李清

摘要：不同含水率的粘性土摻入不同配合比的石灰，試驗(yàn)得到無側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)有很大不同，本文通過粘性土含水率和摻入石灰量二因子五水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出粘性土含水率是影響灰土強(qiáng)度的主要因素。

關(guān)鍵詞：灰土、含水率、配合比、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、正交試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：S155文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

0 前言

石灰是一種資源極為廣泛的建筑材料，用其改善和提高土的性能，早已被人們熟知并應(yīng)用，并取得了許多工程技術(shù)成果和良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前石灰被廣泛用于建筑物地基、公路路基處理。本文通過試驗(yàn)得到粘性土在不同含水率與不同石灰配合比的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)含水率和石灰配合比對(duì)灰土強(qiáng)度影響程度是不同的，從試驗(yàn)分析得出含水率是影響灰土強(qiáng)度的主要因素。

1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)所用土料為無錫軌道交通一號(hào)線西漳車輛段土方，為新近堆積的素填土，主要成分為灰黃色粉質(zhì)粘土，其基本物理指標(biāo)見表1，試驗(yàn)所用的石灰為從市場(chǎng)購入的袋裝石灰。

試驗(yàn)用土的物性指標(biāo)表1

土名 天然含水率

% 土粒比重 液限

% 塑限

% 塑性指數(shù) 液性指數(shù) 顆粒組成

〉0.05 0.05-0.005 〈0.005

粉質(zhì)粘土 26.1 2.73 39.2 22.7 16.5 0.21 23.5 56.3 20.2

試樣制備：將土料充分拌勻后均勻分成5部分，分別編號(hào)1、2、3、4、5，1號(hào)樣再分成5部分分別加入1%、3%、4%、6%、8%的石灰，放入攪拌機(jī)內(nèi)充分拌勻，取出，根據(jù)施工實(shí)際情況，拌勻后立即開始制樣，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999中重型擊實(shí)試驗(yàn)的方法，分3層，每層94擊，擊實(shí)完成后，取出制成無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所需的大小。2號(hào)樣經(jīng)過2天自然風(fēng)干后按1號(hào)制備的方法制樣，同樣3號(hào)樣經(jīng)4天、4號(hào)樣經(jīng)6天、5號(hào)經(jīng)8天后制備，共制備25個(gè)試樣。

注：風(fēng)干時(shí)間間隔按當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r，確保每個(gè)試樣含水率按2%遞減。

試驗(yàn)方法：參照國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999中無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過對(duì)不同含水率的土料加入不同配比的石灰，來提高石灰土的強(qiáng)度指標(biāo)。

2.2 試驗(yàn)指標(biāo)：

土料、石灰混合土經(jīng)過重型擊實(shí)后，用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)來表示灰土的強(qiáng)度，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越大，則灰土的強(qiáng)度越大。

2.3 確定因子和水平

安排試驗(yàn)時(shí)考慮土料石灰摻入量、土料含水率的大小對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，采用二因子五水平的正交試驗(yàn)方法，見表2。

因子水平表表2

因子 水平1 水平2 水平3 水平4 水平5

A．石灰摻入量 1% 3% 4% 6% 8%

B．土料含水率 21.2 18.5 16.3 13.7. 11.9

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

共進(jìn)行了25組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3

試驗(yàn)計(jì)劃與試驗(yàn)結(jié)果表3

試驗(yàn)號(hào) 石灰摻入量

% 土料含水率

% 無側(cè)限強(qiáng)度

KPa

1 （1） 1 （1） 21.2 280.7

2 （1） 1 （2） 18.5 629.0

3 （1） 1 （3） 16.3 1134.1

4 （1） 1 （4） 13.7 1422.4

5 （1） 1 （5） 11.9 1083.7

6 （2） 3 （1） 21.2 406.8

7 （2） 3 （2） 18.5 993.2

8 （2） 3 （3） 16.3 1456.5

9 （2） 3 （4） 13.7 1174.3

10 （2） 3 （5） 11.9 981.0

11 （3） 4 （1） 21.2 488.9

12 （3） 4 （2） 18.5 936.2

13 （3） 4 （3） 16.3 1485.5

14 （3） 4 （4） 13.7 1000.3

15 （3） 4 （5） 11.9 768.0

16 （4） 6 （1） 21.2 379.1

17 （4） 6 （2） 18.5 653.4

18 （4） 6 （3） 16.3 1541.7

19 （4） 6 （4） 13.7 1318.2

20 （4） 6 （5） 11.9 813.7

21 （5） 8 （1） 21.2 523.5

22 （5） 8 （2） 18.5 1250.4

23 （5） 8 （3） 16.3 1583.4

24 （5） 8 （4） 13.7 923.1

25 （5） 8 （5） 11.9 711.4

3數(shù)據(jù)分析

3.1 尋找最好的試驗(yàn)條件

試驗(yàn)號(hào) A．石灰摻入量

% B.土料含水率

% 無側(cè)限強(qiáng)度

KPa

1 （1） （1） 280.7

2 （1） （2） 629.0

3 （1） （3） 1134.1

4 （1） （4） 1422.4

5 （1） （5） 1083.7

6 （2） （1） 406.8

7 （2） （2） 653.4

8 （2） （3） 1456.5

9 （2） （4） 1174.3

10 （2） （5） 981.0

11 （3） （1） 488.9

12 （3） （2） 936.2

13 （3） （3） 1485.5

14 （3） （4） 1000.3

15 （3） （5） 768.0

16 （4） （1） 379.1

17 （4） （2） 993.2

18 （4） （3） 1583.4

19 （4） （4） 1318.2

20 （4） （5） 813.7

21 （5） （1） 523.5

22 （5） （2） 1250.4

23 （5） （3） 1541.7

24 （5） （4） 923.1

25 （5） （5） 711.4

T1 4549.9 2079.0

T2 4672 4462.2

T3 4678.9 7201.2

T4 5087.6 5838.3

T5 4950.1 4357.8

平均值T1 909.98 415.8

平均值T2 934.4 892.44

平均值T3 935.78 1440.24

平均值T4 1017.52 1167.66

平均值T5 990.02 871.56

極差R 107.54 1024.44

從上面各組試驗(yàn)結(jié)果看，第18組（含水率為16.3%摻入6%石灰的灰土）強(qiáng)度最大。

3.2 各因子對(duì)強(qiáng)度影響程度大小的分析

因子A．石灰摻入量的極差為107.54KPa，因子B土料含水率的極差為1024.44KPa。因子極差越大，說明改變這一因子的水平對(duì)指標(biāo)造成較大的變化，反之就較小。在灰土試驗(yàn)中，土料含水率的極差遠(yuǎn)大于石灰摻入量的極差，說明土料含水率的變化對(duì)灰土強(qiáng)度的變化影響較大。

3.3 各因子不同水平對(duì)強(qiáng)度的影響圖

土料含水率變化對(duì)灰土強(qiáng)度的影響 圖一

石灰摻入量對(duì)灰土強(qiáng)度的影響 圖二

3.4 方差分析

方差分析計(jì)算表

試驗(yàn)號(hào) A石灰摻入量

% B.土料含水率

% C D E F 無側(cè)限強(qiáng)度

KPa

1 （1） （1） 2 4 3 2 280.7

2 （1） （2） 5 5 5 4 629.0

3 （1） （3） 4 1 4 1 1134.1

4 （1） （4） 1 3 1 3 1422.4

5 （1） （5） 3 2 2 5 1083.7

6 （2） （1） 3 3 4 4 406.8

7 （2） （2） 2 2 1 1 653.4

8 （2） （3） 5 4 2 3 1456.5

9 （2） （4） 4 5 3 5 1174.3

10 （2） （5） 1 1 5 2 981.0

11 （3） （1） 1 5 2 1 488.9

12 （3） （2） 3 1 3 3 936.2

13 （3） （3） 2 3 5 5 1485.5

14 （3） （4） 5 2 4 2 1000.3

15 （3） （5） 4 4 1 4 768.0

16 （4） （1） 4 2 5 3 379.1

17 （4） （2） 1 4 4 5 993.2

18 （4） （3） 3 5 1 2 1583.4

19 （4） （4） 2 1 2 4 1318.2

20 （4） （5） 5 3 3 1 813.7

21 （5） （1） 5 1 1 5 523.5

22 （5） （2） 4 3 2 2 1250.4

23 （5） （3） 1 2 3 4 1541.7

24 （5） （4） 3 4 5 1 923.1

25 （5） （5） 2 5 4 3 711.4

T1 4549.9 2079.0 5427.2 4893.0 4950.7 4013.2 T=23938.5

26535695.7

3613624.4

T2 4672 4462.2 4449.2 4658.2 5597.7 5095.8

T3 4678.9 7201.2 4933.2 5378.8 4746.6 4905.6

T4 5087.6 5838.3 4705.9 4421.5 4245.8 4663.7

T5 4950.1 4357.8 4423.0 4587.0 4397.7 5260.2

S 39617.3 2911312.6 136882.1 110328.1 226022.8 189461.7

方差分析表

來源 平方和 自由度 均方 F比

A.石灰摻入量 39617.3 4 9904.3 0.239

B.土料含水率 2911312.6 4 727828.2 17.57

誤差e 662694.5 16 41418.4

總計(jì) 3613624.4 24 F0.90（4，16）=2.33，F(xiàn)0.95（4.，16）=3.01

由于FA=0.239，小于F0.90（4，16）=2.33；FB大于F0.95（4，16）=3.01，因此因子B.土料含水率在顯著性水平0.05是顯著的，因子A.石灰摻入量顯著性水平0.10是不顯著。

因子與誤差的貢獻(xiàn)率

來源 平方和 自由度 貢獻(xiàn)率（%）

A.石灰摻入量 39617.3 4 1.1

B.土料含水率 2911312.6 4 80.6

誤差e 662694.5 16 18.3

總計(jì) 3613624.4 24 100

從表中可看出因子B.土料含水率最重要，它的水平變化引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)在總平方和占了80.6%，因子A.石灰摻入量1.1%，影響最小，試驗(yàn)誤差所占比例較大，占18.3%，說明灰土的無側(cè)限強(qiáng)度指標(biāo)的離散性不能忽視。

4結(jié)論

1、粘性土摻入石灰后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均得到了大幅度的提升，本次試驗(yàn)中石灰摻入量從1%加至8%，4%時(shí)強(qiáng)度最大。

2、不同含水率的土料，加入一定量的石灰后，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)隨著含水率的升高，強(qiáng)度由低到高，再逐步下降的趨勢(shì)，本次試驗(yàn)含水率從11.9%~21.2%，在13.7%平均強(qiáng)度最大。

3、灰土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，影響其強(qiáng)度大小的主要因素是土料的含水率，占80%以上，石灰摻入量的影響僅占1.1%。這說明灰土的質(zhì)量控制應(yīng)以土料的含水率為主，與以往在施工現(xiàn)場(chǎng)以控制石灰摻入量為主要控制手段不同。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范

[2] 中華人民共和國國家國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T50123-1999 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

[3] 張公緒 質(zhì)量工程師手冊(cè)