水泥改良膨胀土压缩特性试验研究

张雄,李兵杰,李逸凡,刘紫俊

【摘要】膨胀土具有显著的膨胀特性，对工程结构造成了很大的危害。在大学生创新创业训练项目（S202210519013）资助下，开展了水泥掺量对膨胀土的压缩特性试验研究工作，具体研究了不同改良剂掺量、不同养护龄期等变化因素对膨胀土的压缩特性的变化规律。结果表明：水泥掺量增大压缩性减小，水泥掺量减小压缩性增加；在水泥改良作用下，膨胀土土体压缩性显著降低。论文工作可为膨胀土的工程实践应用提供科学依据和技术支持。

【关键词】：膨胀土；水泥；压缩特性；压缩系数;室内试验

1.引言

膨胀土是一种塑性粘土，因土壤中含有较多的蒙脱石、伊利石，具有较强的亲水性。膨胀土地段建筑物基经常出现边坡坍塌、路基下沉和陷槽等病害[1]。膨胀土的吸水膨胀失水收缩的特点,导致其工程力学极其不稳定[2].根据《土工试验方法标准》[3]规定的实验流程，采用固结仪试验设备开展了不同水泥掺量，养护龄期不同膨胀土土样的力学性质实验，初步探讨了水泥掺量和养护天数对其膨胀土压缩特性的影响规律。

2.实验材料和方法

根据《土工试验方法标准》的规定，将所取土样烘干粉碎制作含水率为30%的土样，且测其干密度为1.76g/cm³，养护3天的孔隙比为0.833、0.841、0.83，养护时间为28天的孔隙比为0.903、0.843、0.837。土比重2.70。

本次试验对其三种水泥掺量1%、5%、10%的土样分别开展了养护龄期为3天，28天试样的压缩特性实验，采用恒温恒湿养护箱模养护土样。具体试验步骤流程如图1所示。

图1 试验步骤和流程

破碎膨胀土时，将膨胀土分批放入破碎机。测量换刀时，需要将环刀进行编号，记录其环刀质量，高及直径。制备好的土样需要按照环刀的编号再次称量总质量。压缩试验荷载按压缩试验荷载按12.5，25，50，100，200，300，400，800kPa分级加载。在各级荷载加载后，按照规定时间和加载顺序记录土样沉降的百分表读数；上述试验完成后依次对各试验数据进行整理，获得试样的压缩曲线，并得到压缩系数a1-2。

3.水泥掺量对膨胀土压缩特性结果与分析

水泥掺量对膨胀土压缩特性影响的试验结果分别如图2和图3所示。

图2 水泥掺量对膨胀土压缩曲线的影响

图3 水泥掺量对膨胀土压缩系数的影响

根据图2可以发现，随着荷载的增加，孔隙比逐渐减小，且早期衰减速度较快，后期曲线趋于平稳，试样逐渐密实。但相比于素土，改良膨胀土的最终孔隙比较大，说明改良剂水泥可抑制孔隙比的下降，在相同荷载下，土壤具有更大的承载能力，不易变形。根据图3可以发现，随着水泥掺量的增加，膨胀土的压缩系数逐渐降低，即土壤的可压缩性逐渐降低，在相同的荷载下，土壤沉降量更低，具有更高的稳定性与承载力。

4.结 论

本文开展了水泥掺量为1%、5%、10%的膨胀土试样在3，28天养护下的压缩特性试验，得到以下结论:

（1）水泥对土样压缩性有明显影响，水泥掺量增大压缩性减小，水泥掺量减小压缩性增加；在水泥改良作用下，膨胀土土体压缩性显著降低。

（2）膨胀土的强度、抗裂性和抗渗性等降低，从而导致工程结构的安全隐患。在实际工程应用中，合理选择水泥掺量可以提高膨胀土的适用性和工程安全性，可为膨胀土的资源化利用提供科学依据。

参考文献：

[1]谭丽华. 水泥改良土冻胀融沉特性研究[D].同济大学，2008.

[2] 何克扬，颜志铭，容洪流，等.水泥改良过湿复杂土不同评价方法研究及应用[J].公路，2021，(09):156-160.

[3]中华人民共和国水利部.GB/T50123-2019土工试验方法标准[S].北京；中国计划出版社，2019.