楊 俊，雷俊安，張國棟

(1.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002;2.三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

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凍融循環(huán)對風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響研究

楊 俊1,2，雷俊安1,2，張國棟1,2

(1.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002;2.三峽大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

研究了風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與風(fēng)化砂摻量、凍融循環(huán)次數(shù)之間的定性和定量關(guān)系。在膨脹土中分別摻入0,10%,20%,30%,40%,50%的風(fēng)化砂，在經(jīng)過0,1,3,6,9,12次凍融循環(huán)后，在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試。試驗(yàn)結(jié)果表明：在同一凍融循環(huán)次數(shù)下，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻砂比例的增大總體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)摻砂比例為10%時，風(fēng)化砂改良膨脹土試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大；在同一摻砂比例下，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大而減小，其降低的幅度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大也呈減小的趨勢；對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，二者之間表現(xiàn)出良好的自然對數(shù)關(guān)系，且無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)的自然對數(shù)呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。

風(fēng)化砂改良；膨脹土；凍融循環(huán)；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；摻砂比例

1 研究進(jìn)展

膨脹土是一種由伊利石、蒙脫石及高嶺土等強(qiáng)親水性礦物構(gòu)成的特殊黏土。它遇水后發(fā)生膨脹，土體強(qiáng)度急劇下降，失水后發(fā)生干縮，產(chǎn)生大量裂隙，這種反復(fù)的脹縮變形給公路工程造成巨大的危害。在公路施工中，當(dāng)遇到膨脹土路基，如果采用全部換填，不僅會大大增加工程成本，還會帶來難以恢復(fù)的生態(tài)影響[1-6]。目前普遍采用的方法是在膨脹土中摻入石灰、水泥或粉煤灰等材料進(jìn)行改良，抑制膨脹土的脹縮變形。這些粉末狀材料與強(qiáng)親水性的膨脹土在實(shí)際施工過程中很難拌和均勻，使得實(shí)驗(yàn)室的效果與工地現(xiàn)場的效果相差甚遠(yuǎn)。湖北省宜昌市小鴉一級公路在實(shí)施過程中，遇到了大量的膨脹土，結(jié)合三峽庫區(qū)廣泛分布的風(fēng)化砂，本課題組提出了采用風(fēng)化砂改良膨脹土的設(shè)想。經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究得出，摻風(fēng)化砂能有效地抑制膨脹土的脹縮變形。

本文擬在不同凍融循環(huán)作用次數(shù)下，對膨脹土摻入不同比例的風(fēng)化砂，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。探討了摻砂比例及凍融循環(huán)次數(shù)對風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，為風(fēng)化砂改良膨脹土在季節(jié)性凍土地區(qū)的進(jìn)一步推廣使用提供理論依據(jù)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)參考。

風(fēng)化砂改良膨脹土用于公路路基，要求它必須具有較高的強(qiáng)度才能抵抗車輛荷載的反復(fù)作用。而無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是土在無側(cè)向壓力條件下抵抗軸向壓力的極限強(qiáng)度，是反映改良土物理力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，常常作為改良土路基設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的降低是導(dǎo)致改良土路基產(chǎn)生不均勻變形的一個重要原因。風(fēng)化砂的摻入改變了原狀膨脹土的結(jié)構(gòu)，這種改變勢必會影響無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。小鴉公路位于季節(jié)性凍土地區(qū)，路基土體會因氣候變化而受到凍融作用，經(jīng)過反復(fù)凍融循環(huán)的土體，其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，凍融作用能夠改變土體的結(jié)構(gòu)，破壞土顆粒之間的聯(lián)結(jié)力，使土顆粒重新排列。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多，土體的強(qiáng)度將會逐漸衰減，路基土體發(fā)生融沉的同時沉降變形也隨之增加，從而引起路基沉陷、邊坡失穩(wěn)等一系列的工程災(zāi)害，威脅行車安全，嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸和公路工程的使用壽命。因此，研究凍融循環(huán)作用對風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響具有重要意義[7-14]。

2 試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)材料

2.1.1 膨脹土

本次試驗(yàn)選用湖北省宜昌市小溪塔至鴉雀嶺一級公路改建工程沿線的灰白色膨脹土，取樣深度為0.8～1.5 m。對膨脹土的基本物理性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)測定，其基本物理性質(zhì)指標(biāo)見表1所示。

表1 膨脹土基本性質(zhì)指標(biāo)

由表1及膨脹土相關(guān)規(guī)范可知，該膨脹土為弱膨脹土。

2.1.2 風(fēng)化砂

試驗(yàn)所用風(fēng)化砂取自宜昌市夷陵區(qū)樂天溪，該地區(qū)風(fēng)化砂分布廣泛，便于就地取材，且離小鴉一級公路施工現(xiàn)場距離較近。對該風(fēng)化砂進(jìn)行了顆粒分析試驗(yàn)、比重試驗(yàn)、天然含水率及天然密度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

表2 風(fēng)化砂基本性質(zhì)指標(biāo)

從表2可以看出，該風(fēng)化砂粒徑分布較均勻，級配較差。

2.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

本試驗(yàn)采用的主要儀器設(shè)備：內(nèi)徑為100 mm、高為200 mm的金屬圓柱形試件成型模具；直徑100 mm、高為50 mm的墊塊；電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)(最大壓力2 000 kN);電動脫模機(jī)；可控溫冷凍箱，最低可調(diào)溫至-20℃。

2.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)中的摻砂比例即風(fēng)化砂干重占試樣總干重的百分比。由于風(fēng)化砂改良膨脹土屬于物理改良，摻量過小，難以起到改良的效果，因此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)摻砂比例分別為0,10%,20%,30%,40%,50%，根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40—2007)的要求[15]，進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，得到各摻砂比例下風(fēng)化砂改良膨脹土試樣的最佳含水率及最大干密度。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

取具有代表性的風(fēng)干膨脹土，碾碎后過5 mm圓孔篩，在確定風(fēng)干土樣的含水率后，分別根據(jù)其最佳含水率配制試樣。在加水配制前，先將素膨脹土與風(fēng)化砂拌合均勻，加水配制好后用塑料薄膜密閉封存擱置24 h，使得土中水分分布均勻。采用靜壓法制作試件，將土樣裝入內(nèi)徑100 mm、高200 mm的圓柱狀制樣模具中，試件尺寸為100 mm×100 mm的圓柱體，按最佳含水率、最大干密度及試件尺寸計(jì)算每個試件所需試樣的質(zhì)量，裝模時將試樣分3層裝入并層層進(jìn)行搗固密實(shí)。脫模后將試件用塑料薄膜密封，以防止水分散失，用于凍融循環(huán)的試件放入溫度為-20°C的恒溫冷凍箱內(nèi)(見圖1)，擱置24 h，使試樣完全凍結(jié)，然后將其取出放置在室溫(25°C左右)條件下24 h，使其充分融化，此為1次完整的凍融循環(huán)。重復(fù)以上步驟，可得經(jīng)歷凍融3,6,9,12次的風(fēng)化砂改良膨脹土凍融試件。采用電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，控制試件變形速率為1 mm/min，得到試件的最大壓力值，根據(jù)式(1)計(jì)算試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

表3 不同摻砂量改良膨脹土的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

(1)

式中：qu為試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(MPa)；p為試驗(yàn)最大壓力(kN)；A為試件的橫截面積(cm2)。

圖1 風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件凍融Fig.1 Freezing and thawing of weathered sand improved expansive soil samples

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

不同摻砂比例、不同凍融循環(huán)次數(shù)下風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表4。

表4 不同摻砂比例、不同凍融循環(huán)次數(shù)下風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

3.1 凍融循環(huán)試驗(yàn)下，摻砂比例對風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響

根據(jù)表4中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以摻砂比例為橫坐標(biāo)、風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制風(fēng)化砂改良膨脹土試樣在不同凍融循環(huán)次數(shù)作用下，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂比例的關(guān)系曲線，如圖2所示。

圖2 不同凍融循環(huán)次數(shù)下風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂比例的關(guān)系曲線Fig.2 Curves of unconfined compressive strength vs.sand ratio in the presence of different times of freeze-thaw cycle

從圖2可以看出，同一凍融循環(huán)次數(shù)下，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻砂比例的增大總體呈現(xiàn)為先增大后減小的趨勢。

當(dāng)摻砂比例由0增大到10%時，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值在各種不同凍融循環(huán)作用次數(shù)下，均隨摻砂比例的增加而增大。這主要是因?yàn)轱L(fēng)化砂粒有一定的形狀，具有一定的硬度，砂粒棱角分明，相互之間能產(chǎn)生較大的嵌擠咬合力，阻止了軸向壓力作用下，試樣的橫向變形，從而使得在0～10%的摻砂比例范圍內(nèi)，隨著摻砂量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大。當(dāng)摻砂比例為10%時，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。當(dāng)摻砂比例由0增加到10%，凍融循環(huán)次數(shù)分別為0,1,3,6,9,12次時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增量依次為0.694,0.513,0.404,0.337,0.321,0.290 MPa。由此可見，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增量逐漸減小，經(jīng)過6次凍融循環(huán)后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增量基本趨于穩(wěn)定。

當(dāng)摻砂比例由10%增大到30%時，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻砂比例的增大而減小，且降低的幅度較大，以至于不同凍融循環(huán)次數(shù)作用下，摻砂比例為30%時，試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度甚至略低于原狀膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。當(dāng)摻砂比例由10%增加到30%，凍融循環(huán)次數(shù)分別為0,1,3,6,9,12次時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的降低幅值依次為0.851,0.602,0.450,0.393,0.385,0.359 MPa。由此可見，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的降低幅值逐漸減小，經(jīng)過6次凍融循環(huán)后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低的幅值基本趨于穩(wěn)定。

當(dāng)摻砂比例從30%變化至50%時，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻砂比例的增大出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象，但增大和減小的幅度都很小，說明此時摻砂比例對風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響逐漸減小。這是由于風(fēng)化砂摻入比例較小時，少量的風(fēng)化砂可以被膨脹土所包裹，此時風(fēng)化砂能起到土芯的作用。因此，少量風(fēng)化砂的摻入能增大風(fēng)化砂改良膨脹土試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；隨著摻砂比例的逐漸增大，只有少量的風(fēng)化砂能被包裹，未被包裹的風(fēng)化砂處于游離狀態(tài)，使得風(fēng)化砂改良膨脹土試樣的孔隙率增大，試樣難以密實(shí)，所以風(fēng)化砂改良膨脹土試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度會降低。當(dāng)風(fēng)化砂的摻入比例增大到一定值時，未被包裹風(fēng)化砂的含量越來越高，雖增大了試樣的孔隙率，但大量游離風(fēng)化砂具有嵌擠作用，形成骨架，在這2種因素的同時作用下使得試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度發(fā)生小幅度的波動。

3.2 風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

根據(jù)表4中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以凍融循環(huán)次數(shù)為橫坐標(biāo)，風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 不同摻砂比例下風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線Fig.3 Curves of unconfined compressive strength vs. times of freeze-thaw cycle with different sand ratios

從圖3可以看出，在同一摻砂比例下，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減小。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是：試樣在凍融循環(huán)過程中，水分凍結(jié)形成冰晶體，土體體積發(fā)生膨脹，使得土顆粒間距增大，土粒之間發(fā)生錯動，孔隙率也隨著增大，土體密實(shí)度減小，致使土體強(qiáng)度降低。試件經(jīng)過12次凍融循環(huán)后，相對于未凍融而言，摻砂比例為0,10%,20%,30%,40%,50%的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度總體衰減率分別為58.3%,58.2%,59.9%,59.4%,51.2%,47.3%。凍融循環(huán)1次后，各摻砂比例下試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的衰減率分別為31.6%,28.3%,25.1%,25.7%,17.3%,18.1%。此時，當(dāng)摻砂比例在0～30%時，試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的衰減率占總衰減率的1/2左右；而當(dāng)摻砂比例在40%～50%之間時，試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的衰減率僅為總衰減率的1/3。這一現(xiàn)象說明風(fēng)化砂的摻入可以減小試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的衰減，能提高試樣的抗凍性。當(dāng)摻砂比例較小時，效果并不明顯；當(dāng)摻砂比例>40%后，試樣抗凍性能的提高十分顯著。

由圖3還可以看出：當(dāng)摻砂比例為0時，經(jīng)過3次凍融循環(huán)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低值趨于穩(wěn)定；當(dāng)摻砂比例為10%和20%時，經(jīng)過6次凍融循環(huán)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低值趨于穩(wěn)定；當(dāng)摻砂比例為30%時，經(jīng)過1次凍融循環(huán)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低值即趨于穩(wěn)定；當(dāng)摻砂比例為40%和50%時，經(jīng)過3次凍融循環(huán)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低值趨于穩(wěn)定。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是：當(dāng)未摻風(fēng)化砂時，試件在經(jīng)過1次冰凍之后，水分結(jié)冰體積膨脹，導(dǎo)致試件內(nèi)部出現(xiàn)少量微小裂隙；經(jīng)過2次凍融后，裂隙數(shù)量進(jìn)一步加劇；經(jīng)過3次凍融后，裂隙數(shù)量足夠多，能給后續(xù)各次的凍脹提供足夠的變形空間，即裂隙數(shù)量不再發(fā)生變化，故無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低值趨于穩(wěn)定。當(dāng)摻砂比例為10%和20%時，由于風(fēng)化砂顆粒之間摩阻力，使得每一次凍融循環(huán)過程中，試件體積膨脹時，要受到砂粒摩阻力的影響，裂隙產(chǎn)生的數(shù)量較少，經(jīng)過6次凍融循環(huán)之后，才能使裂隙數(shù)量足夠多而讓試件中的微粒有足夠的變形空間，從而使無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低值趨于穩(wěn)定。當(dāng)摻砂比例達(dá)到30%時，此時由于砂粒數(shù)量相對增多，可能產(chǎn)生2種效應(yīng)：一方面會使得試件壓實(shí)度降低、裂隙增多；另一方面砂粒的摩阻力又會抑制每1次凍脹變形。但此時因?yàn)樯傲?shù)量占總比重仍偏低，導(dǎo)致前一方面的情況占優(yōu)，即試件中裂隙增多而砂粒的摩阻力不足以抵抗凍脹力，從而導(dǎo)致1次凍融循環(huán)就能使試件中產(chǎn)生足夠多的裂隙而讓后續(xù)凍脹有足夠的變形空間，使得經(jīng)過1次凍融循環(huán)后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低值趨于穩(wěn)定。當(dāng)摻砂比例為40%和50%時，由于砂粒的含量相對增多，雖然裂隙的數(shù)量也隨著增加，但凍脹過程中，砂粒的摩阻力能克服凍脹力，使得每一次凍脹產(chǎn)生的裂隙數(shù)量較少，故要經(jīng)過3次凍融循環(huán)才能使得試件有足夠的裂隙而讓后續(xù)凍脹有足夠的變形空間，故無側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低值在經(jīng)過了3次凍融循環(huán)后才趨于穩(wěn)定。

總體而言，在各級風(fēng)化砂摻量下，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的逐漸增加，風(fēng)化砂改良膨脹土試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度衰減的速度逐漸降低，試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。這是由于試樣在凍融循環(huán)過程中，水分凍結(jié)形成冰晶體，土體體積發(fā)生膨脹，使得土顆粒間距增大，土粒之間發(fā)生錯動，孔隙率也隨著增大；在土體融化過程中，當(dāng)試樣溫度恢復(fù)至室溫后，冰晶體融化，土體含水率增大，試樣中的親水性礦物吸水膨脹，致使土體發(fā)生膨脹變形，并使得土顆粒之間的連結(jié)方式發(fā)生了改變，經(jīng)過凍融循環(huán)的土體不能恢復(fù)至其原來的結(jié)構(gòu)。而隨著凍融循環(huán)次數(shù)的進(jìn)一步增多，前一次凍融循環(huán)土顆粒間距的增大，為下次凍融循環(huán)的膨脹變形提供了空間，所以隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多，凍融作用會逐漸減弱。

圖4 不同摻砂比例下風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)的擬合曲線Fig.4 Fitting curves of unconfined compressive strength vs. times of freeze-thaw cycle with different sand ratios

4 風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的回歸分析

通過對不同摻砂比例、不同凍融循環(huán)次數(shù)下風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，建立起無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，可用對數(shù)方程式來描述，方程式見式(2)，擬合曲線如圖4所示。

(2)

式中：A，B為與摻砂比例有關(guān)的系數(shù)，其值見表5；N為凍融循環(huán)次數(shù)(次)。

表5 擬合結(jié)果

綜合表5和圖4可以看出，在同一摻砂比例下，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)的自然對數(shù)呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。A，B均為與摻砂比例有關(guān)的系數(shù)，系數(shù)A反映了某一摻砂比例下風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大而降低的速率，系數(shù)B為某一摻砂比例下凍融循環(huán)次數(shù)為1次時，風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的理論值。系數(shù)A的絕對值與系數(shù)B均隨摻砂比例的增大總體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)摻砂比例為10%時，系數(shù)A的絕對值與系數(shù)B均最大，說明摻砂比例為10%的試樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大而降低的速率最快，且此摻砂比例下試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大，因此，建議施工時選取的摻砂比例在10%左右。R2為相關(guān)系數(shù)的平方，反映了采用此模型進(jìn)行擬合的優(yōu)化程度，其值越大，模型越接近實(shí)際情況。各摻砂比例下相關(guān)系數(shù)的平方均接近于1，說明采用自然對數(shù)對其擬合很接近實(shí)際情況，誤差較小。

5 結(jié) 論

通過對凍融循環(huán)后的風(fēng)化砂改良膨脹土試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，分析了風(fēng)化砂改良膨脹土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與摻砂比例、凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，得出了以下結(jié)論：

(1) 在膨脹土中摻入風(fēng)化砂可以有效地提高土體的抗壓強(qiáng)度，并能增加其抗凍性能。

(2) 在同一凍融循環(huán)次數(shù)下，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨摻砂比例的增加總體呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，當(dāng)摻砂比例為10%時，風(fēng)化砂改良膨脹土試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大。

(3) 在同一摻砂比例下，風(fēng)化砂改良膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大而減小，其降低的幅度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增大也呈減小趨勢。

(4) 同一摻砂比例下風(fēng)化砂改良膨脹土試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值與凍融循環(huán)次數(shù)之間表現(xiàn)良好的自然對數(shù)關(guān)系。

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(編輯：王 慰)

Influence of Freeze-thaw Cycles on the Unconfined CompressiveStrength of Expansive Soil Improved by Weathered Sand

YANG Jun1,2，LEI Jun-an1,2，ZHANG Guo-dong1,2

(1.Collaborative Innovation Center of Geological Hazards and Ecological Environment in Three Gorges Area in Hubei Province, Yichang 443002, China; 2.College of Civil Engineering and Architecture, China Three Gorges University, Yichang 443002, China)

Qualitative and quantitative relationships among unconfined compressive strength of expansive soil improved by weathered sand, weathered sand content and freeze-thaw cycle were researched. Expansive soil samples were improved by weathered sand with different blending ratios (0, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%) and were put in universal testing machine to test the unconfined compressive strength after different cycles (0, 1, 3, 6, 9, 12) of freezing and thawing. Test results showed that: with the increasing of weathered sand ratio, the unconfined compressive strength of expansive soil improved by weathered sand first increased and then decreased at the same cycles of freeze-thaw. When sand ratio was 10%, the unconfined compressive strength reached the maximum. With the increasing of freeze-thaw cycles, the unconfined compressive strength decreased in the presence of the same sand ratio, and the magnitude of the decrease also reduced with the increasing of freeze-thaw cycles. After regression analysis of test data, the mathematical model between unconfined compressive strength and freeze-thaw cycle was established. These two variables showed a natural logarithmic relationship, and this natural logarithm between unconfined compressive strength and freeze-thaw cycle displayed a linear negative correlation.

improvement by weathered sand; expansive soil; freeze-thaw cycle; unconfined compressive strength;sand ratio

2014-05-05;

2014-06-16

國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(41302275)；湖北省教育廳自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(D20131304)

楊 俊(1976-)，男，湖北武漢人，副教授，博士，主要從事公路特殊土路基處理、路面新材料開發(fā)利用、建筑垃圾及工業(yè)垃圾的路用特性研究，(電話)15971646394(電子信箱)Wangjing750301@163.com。

10.11988/ckyyb.20140354

2016,33(01):83-88

U416.2

A

1001-5485(2016)01-0083-06