不同改良剂对红粘土强度影响实验设计

岑万杰 李光梅 张诺 郑丹 石林

（六盘水师范学院矿业与土木工程学院，贵州六盘水 553004）

0 前言

随着中国经济的迅速发展，推动工程建设的行业的发展，使得工程建筑项目数量不断增加，投资建设规模也是越来越大。建筑工程中出现的问题和挑战也随之变得越发的艰巨，其中红粘土对工程建设安全有着很大的影响，所以在红粘土分布地区进行施工，其工程设计与施工中必须要对红粘土进行考虑。我们将不同的改良剂添加到红粘土中，对红粘土进行改良，观测在相同掺入量的情况下哪一种改良剂对红粘土的改良效果更好。

1 红粘土及其主要特性

红粘土是指在湿热气候条件下由碳酸盐类岩石风化后形成具有塑性的粘性土，可分为原生红粘土和次生红粘土。原生红粘土是指出露在地表上的石灰岩、泥灰岩等碳酸盐系岩石，在热带或者亚热带的气候条件的作用下，风化和红土化作用后在基岩上形成一种棕红色或者褐红色的高塑性粘土层。次生红粘土是由于水力搬运作用下，重新堆积而形成的粘性土，且再次堆积以后，其原始凝聚力又产生了一定的变化，土的结构强度更是近期才重新形成的，所以强度与原生红粘土有着很大的差异[1]。

2 研究区域概况与研究方法

2.1 研究区域概况

六盘水市，位于云贵高原的乌蒙山地区，云、贵两省的交界处，且南盘江和北盘江两大河流的两岸，地域跨越了北纬25°～27°、东经104°～105.5°之间，全市范围内海拔大概在500 米～3000 米之间，在六盘水市的北部地区与毕节市的交汇处，是贵州省的海拔最高处，是最为经典的红粘土聚集地区。六盘水市是贵州省不良地质条件发育的地区，其中红粘土在当地的土壤构成分布较为广泛，具有代表性[2]。

2.2 研究方法

（1）界限含水量试验：通过比较土层的塑限和液限并对其进行分类一种试验方法。界限含水量试验在采矿和建设工程中是不可缺少的，主要用于确定土壤的技术特性，并提供设计参数和设计依据，同时也是对建筑物的地基基础施工进行监测和防控的一种重要手段[3]。

（2）固结（压缩）试验；是指测定饱和粘性土试样在侧限条件下施加竖向压力的试验方法。将制备好的土样放在试验的刚性金属盒内，通过承压活塞对土样施加竖向压力，竖向压力应从小到大逐级增加，最后根据各级竖向压力与相应孔隙比，绘出相应土的压缩曲线，求出压缩系数及压缩模量。

（3）直剪试验：直接剪切试验是一种常用的测定土抗剪强度的试验方法。试验中至少制备四个相同的试样，用直接剪切仪分别在不同的竖向压力下剪切，测定出土的抗剪强度，并绘制出τf-σ 拟合直线图，根据拟合直线图得出抗剪强度参数内摩擦角Ф和凝聚力C。

（4）击实试验：是指用标准击实土样的方法，测定土的含水率与其干密度之间的关系，从而了解土的压缩性质的一种试验方法。进一步求得最优含水量和最大干密度，是工程建筑密实度的重要指标，更好的为工程的设计、施工提供数据依据[4]。

3 试验设计

通过查阅相关资料我们可知消石灰对红粘土的改良的最佳掺量是2%-10%；沙砾对红粘土的改良的最佳掺量是20%-30%；水泥对红粘土的改良的最佳掺量是10%-15%；粉煤对红粘土的改良的最佳掺量是10%；二灰对红粘土的改良的最佳掺量是消石灰2%，粉煤灰8%。所以我们取10%掺量为不变量进行实验研究。

3.1 界限含水量设计

取天然状态下的红粘土，经烘干后碾碎，过0.05mm 筛，称取过筛后红粘土600g，分成三份，分别按干、中、湿加水拌匀，拌匀后标明编号A1、A2、A3并用湿毛巾盖住以备试验。同理制备掺入消石灰、砂砾、水泥、粉煤灰、二灰的试验试样并标明对应试样编号。根据试验步骤将每组试样在光电式液、塑限联合试验仪下进行测定试验，并根据试验数据计算得出掺入各个改良剂后红粘土的液限与塑限。

3.2 压缩试验设计

取天然状态下的红粘土制备一个试样，并标明编号A；取消石灰加入红粘土混合做一个试样，并标明编号B；取沙砾加入红粘土混合做一个试样，并标明编号C；取水泥加入红粘土混合做一个试样，并标明编号D；取粉煤灰加入红粘土混合做一个试样，并标明编号E；取二灰加入红粘土混合做一个试样，标明编号F，每个试样都在垂直压力为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa 下从小到大逐级进行试验，每级垂直压力压缩时间为一个小时，根据测量数据计算压缩系数和压缩模量。

3.3 直剪试验设计

取天然红粘土制备成四个相同的试样，为了实验方便，将四个试样其编号为A1、A2、A3、A4。按照相同的方法分别制备掺入消石灰、砂砾、水泥、粉煤灰、二灰的红粘土试样并标明对应掺入改良剂红粘土试样的编号。将制备好的试样分别在50kPa、100kPa、200kPa、400kPa 四个不同的垂直压力σ 下进行剪切，根据剪切后数据按下列公式分别计算出添加不同改良剂后红粘土的抗剪强度τf。

将计算出的数据分别绘制出对应掺入改良剂红粘土的τf-σ 拟合直线图，根据图得相应红粘土的抗剪强度参数内摩擦角Ф和凝聚力C。

3.4 击实试验设计

取天然状态下的红粘土，经烘干后，过5mm 筛，称取15kg，根据相关资料国内关于击实试验指标的研究结果表明，土的最优含水率约在土的塑限附近，所以通过界限含水率试验得出的塑限，取最优含水率ωop的近似值，制作五个含水率不同的试样，使得各试样的含水率的依次差值在2%以内，其中两个比最优含水率近似值大，两个比最优含水率近似值小。并按照选定好的含水率根据下列公式计算各个式样所需加的水量mω。

式中mω—式样所需的加水质量，g；

mωo—含水率为ωo时式样的质量，g；

ωo—式样原有风干含水率，%；

ω—预定含水率，%。

按预定含水率制备试样，并编号A1，A2，A3，A4，A5。

同上方法制备掺入消石灰、沙砾、水泥、粉煤灰、二灰试样，并编号。制备好试样后便可分别进行击实试验。

4 结语

通过添加不同改良剂后改性红粘土，使得红粘土强度得到相应的增强，从而达到工程建设需要。再综合经济实用等方面情况选择出最优的改良剂，发挥其最大的实际效果和利用价值，有效整合资源管理效果。