許 雷，魯 洋，薛 洋，宋迎俊，楊 齊

(1.國(guó)家能源局 大壩安全監(jiān)察中心，杭州 310014；2.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 210098)

凍融循環(huán)下水泥改性膨脹土物理力學(xué)特性研究

許 雷1，2，魯 洋2，薛 洋1，宋迎俊2，楊 齊2

(1.國(guó)家能源局 大壩安全監(jiān)察中心，杭州 310014；2.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 210098)

為探究?jī)鋈谘h(huán)作用對(duì)水泥改性膨脹土物理力學(xué)特性的影響，以南陽(yáng)膨脹土為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行不同摻灰比的水泥改性，然后對(duì)經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)后的試樣進(jìn)行變形測(cè)量和無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在凍融循環(huán)過(guò)程中，水泥改性膨脹土試樣的含水率損失量較小，不同摻灰比試樣的體積變化規(guī)律均呈現(xiàn)為“凍縮融脹”，摻灰比越大，試樣體積的變化幅度越小，最大凍縮量和最大融脹量也越小，但會(huì)存在一個(gè)最優(yōu)水泥摻灰比。凍融循環(huán)作用對(duì)水泥改性膨脹土力學(xué)特性的影響較大，尤其是初次凍融。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多，不同摻灰比試樣的強(qiáng)度與彈性模量逐漸降低并趨于穩(wěn)定，摻灰比越大，強(qiáng)度和彈性模量的衰減量越小。水泥改性膨脹土經(jīng)歷凍融后韌性變好。

膨脹土；水泥改性；凍融循環(huán)；體積變化；應(yīng)力-應(yīng)變曲線；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；彈性模量

1 研究背景

膨脹土是一種由強(qiáng)親水性礦物蒙脫石和伊利石等組成并具有多裂隙性和顯著脹縮性的典型非飽和土，在我國(guó)20多個(gè)省份中廣泛分布，其中以河南、云南、四川等地表現(xiàn)得最為突出[1]。在自然條件下，膨脹土極易發(fā)生反復(fù)的脹縮變形，增大了土體的變形并降低其強(qiáng)度，這對(duì)公路、鐵路、水利工程等建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。南水北調(diào)中線工程是遭遇膨脹土問(wèn)題的典型水利工程，該工程由南向北穿過(guò)了5個(gè)省市地區(qū)，約有180 km的挖方渠段要經(jīng)過(guò)膨脹土地區(qū)，因此，在工程建設(shè)過(guò)程中針對(duì)膨脹土問(wèn)題采取了積極有效的措施，其中以水泥改性最為經(jīng)濟(jì)有效。但考慮到該工程處在長(zhǎng)江以北地區(qū)，大部分膨脹土渠道工程處在我國(guó)季節(jié)性凍土區(qū)，這些渠道邊坡易受到凍融循環(huán)的作用，在季節(jié)和晝夜交替過(guò)程中，土體內(nèi)部的水分會(huì)發(fā)生凍結(jié)與融化，進(jìn)而產(chǎn)生脹縮變形和凍融變形，嚴(yán)重威脅著工程的安全與穩(wěn)定。

目前，針對(duì)水泥改性膨脹土物理力學(xué)特性的研究已經(jīng)取得了不少成果。胡波等[2]進(jìn)行水泥改性膨脹土控制吸力條件下的直剪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，3%的水泥摻量能使得膨脹土的自由膨脹率由51%下降到30%，在不同的基質(zhì)吸力和豎向壓力下，水泥改性膨脹土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為應(yīng)變軟化特性，水泥改性不僅提高了膨脹土的飽和抗剪強(qiáng)度參數(shù)c′和φ′，還提高了非飽和抗剪強(qiáng)度參數(shù)φb。黃斌等[3]通過(guò)膨脹土水泥改性試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著水泥摻量的增加，其脹縮特性降低，但存在一個(gè)最優(yōu)摻量；水泥改性能很好地抑制膨脹土的強(qiáng)度軟化和模量降低。劉志彬等[4]利用自動(dòng)吸附儀對(duì)水泥改性膨脹土進(jìn)行液氮吸附試驗(yàn)，結(jié)果表明水泥的摻入使得膨脹土內(nèi)的微孔體積減小，中孔以上孔隙體積增加。上述研究成果表明水泥改性可以有效地降低膨脹土的自由膨脹率和脹縮性并提高其強(qiáng)度，有利于膨脹土工程的安全穩(wěn)定。但是處于季節(jié)性凍土區(qū)的膨脹土工程極易受到凍融循環(huán)作用，影響其物理力學(xué)特性，而現(xiàn)有的研究成果較少考慮凍融循環(huán)這一因素，故進(jìn)行凍融循環(huán)下水泥改性膨脹土物理力學(xué)特性研究具有重大的實(shí)際意義和工程價(jià)值。

本文主要以南陽(yáng)膨脹土為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行水泥改性，研究?jī)鋈谘h(huán)和摻灰比對(duì)水泥改性膨脹土物理力學(xué)特性的影響，并與素膨脹土的試驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比，為南水北調(diào)中線工程水泥改性膨脹土渠道邊坡在凍融循環(huán)條件下的安全運(yùn)行提供參考，并為處于季節(jié)性凍土區(qū)的膨脹土工程防凍融破壞設(shè)計(jì)提供一種思路。

2 試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)土料及試樣制備

本次試驗(yàn)所用土料取自南水北調(diào)中線工程輸水總干渠南陽(yáng)段建設(shè)工地，根據(jù)規(guī)范[5]測(cè)得其基本物理性質(zhì)指標(biāo)和顆粒組成如表1所示。土料呈棕黃色，屬于中膨脹土。試驗(yàn)所用水泥為海螺牌P.O 32.5普通硅酸鹽水泥。

表1 膨脹土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)Table 1 Basic physical properties of expansive soil

本試驗(yàn)采用圓柱形重塑土試樣，首先將試驗(yàn)土料從工地現(xiàn)場(chǎng)取回，自然風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，再根據(jù)預(yù)設(shè)的摻灰比(水泥質(zhì)量與膨脹土質(zhì)量比)向風(fēng)干土中添加水泥并混合均勻，然后根據(jù)試樣的含水率向土中噴灑一定量的水，攪拌均勻后立即制樣，確保在初凝時(shí)間前完成制樣。試樣采用分5層的擊樣法制得，由于水泥土的最大干密度一般比素土高0.01～0.03 g/cm3，但隨摻灰比的增減變化不明顯，其最優(yōu)含水率接近素土，隨摻灰比的增加而緩慢增加[6]，故控制干密度均為1.60 g/cm3(壓實(shí)度90%)，含水率均為20%，試樣高度125 mm，直徑61.8 mm。最后將制備好的試樣按照摻灰比的不同進(jìn)行分組，放入恒溫恒濕箱中養(yǎng)護(hù)28 d。每組共包含13個(gè)試樣，其中4個(gè)用于每次凍結(jié)或融化后試樣的變形測(cè)量，8個(gè)用于經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)作用后試樣的無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)，1個(gè)備用，共計(jì)42個(gè)試樣。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取摻灰比分別為2%，5%，8%的水泥改性膨脹土和素膨脹土(摻灰比為0%)試樣進(jìn)行不同凍融循環(huán)次數(shù)條件下的變形測(cè)量與無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)。

待試樣養(yǎng)護(hù)完成后，在自主研發(fā)的凍融循環(huán)模型試驗(yàn)裝置[7]中進(jìn)行室內(nèi)凍融循環(huán)試驗(yàn)。該裝置的溫度控制裝置具有自整定功能，控制精度為±1 ℃，通過(guò)外接馬氏瓶還可以進(jìn)行凍融循環(huán)過(guò)程中試樣的補(bǔ)水控制，由于本次試驗(yàn)所用試樣體積較小，補(bǔ)水控制困難，故進(jìn)行不補(bǔ)水條件下的凍融循環(huán)試驗(yàn)。在一次凍融循環(huán)過(guò)程中，先在-10 ℃的低溫環(huán)境中凍結(jié)12 h，凍結(jié)完成后，在室溫條件下融化12 h。研究表明，8～12次可以滿足研究?jī)鋈谘h(huán)作用對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)影響的要求[8]，故本次試驗(yàn)共進(jìn)行了12次凍融循環(huán)。

為了探究?jī)鋈谘h(huán)作用對(duì)試樣體積的影響，每組均有4個(gè)試樣用來(lái)測(cè)量其直徑和高度，即在每次凍結(jié)或融化后，將這4個(gè)試樣從試驗(yàn)裝置中小心取出，然后用數(shù)顯游標(biāo)卡尺對(duì)其直徑與高度進(jìn)行測(cè)量?？紤]到試樣在凍融過(guò)程中變形的不均勻性，對(duì)每個(gè)試樣進(jìn)行沿高度方向5個(gè)斷面的直徑測(cè)量與沿頂面2個(gè)垂直方向的高度測(cè)量，然后各取平均值。為了解在凍融過(guò)程中試樣的含水率變化情況，在尺寸測(cè)量后對(duì)其進(jìn)行稱重，反算出含水率。

為了研究?jī)鋈谘h(huán)作用對(duì)試樣力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律，對(duì)分別經(jīng)過(guò)0(初始狀態(tài))，1，2，3，5，7，9，12次凍融循環(huán)作用后的膨脹土試樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)，在微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，均采用控制應(yīng)變法進(jìn)行加載，加載速率為1.25 mm/min。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 凍融循環(huán)過(guò)程中試樣含水率變化

凍融循環(huán)是高低溫交替變化的具體表現(xiàn)形式，會(huì)使土體內(nèi)部水分發(fā)生相變，并進(jìn)行遷移。若將試樣與大氣直接接觸，土體在凍融過(guò)程中就會(huì)發(fā)生水分損失，進(jìn)而會(huì)引起膨脹土的脹縮變形與強(qiáng)度變化。而本次試驗(yàn)重點(diǎn)考察凍融循環(huán)作用對(duì)膨脹土物理力學(xué)特性的影響，故將每個(gè)試樣用密封袋進(jìn)行包裹[9]，封閉在一個(gè)狹小的空間中，防止試樣水分的損失。圖1為凍融循環(huán)過(guò)程中不同摻灰比條件下膨脹土試樣水分損失情況(橫坐標(biāo)的0代表初始狀態(tài)，0.5代表第一次凍結(jié)完，1代表第一次融化完，以此類推，下同)。

從圖1中可以看出隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的水分損失率逐漸增大，即含水率逐漸減小，并趨于穩(wěn)定，損失率均<5%，其中凍結(jié)的時(shí)候，水分損失較為厲害。這主要是因?yàn)樵嚇釉趦鼋Y(jié)過(guò)程中，內(nèi)部水分向外遷移，表面附著許多冰晶，有部分冰晶粘到密封袋上，與試樣分離，融化時(shí)密封袋上的水分又被試樣吸回。不同摻灰比的試樣水分損失情況不同，水泥改性膨脹土試樣水分損失較少，且摻灰比越大，水分損失越少。

圖1 凍融循環(huán)過(guò)程中試樣水分損失情況Fig.1 Water loss of samples during the freeze-thaw cycles

3.2 凍融循環(huán)對(duì)試樣體積的影響

圖2為不同摻灰比試樣體積隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化情況。由圖2可知，在凍融循環(huán)過(guò)程中，試樣體積總體呈現(xiàn)的規(guī)律為“凍縮融脹”，即凍結(jié)時(shí)體積變小，融化時(shí)體積增大。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，體積變化幅度漸趨穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诘蜏貤l件下，土體內(nèi)部水分凍結(jié)，雖然冰的體積比水大，但是水凍結(jié)成冰的過(guò)程也是膨脹土失水收縮的過(guò)程，試樣內(nèi)部存在較多的孔隙，土顆粒有充足的空間向內(nèi)收縮，故在這一過(guò)程中試樣的體積發(fā)生了較大程度的減?。蝗诨瘎t為凍結(jié)的逆過(guò)程，對(duì)于素膨脹土而言，每次凍融后試樣的體積隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大并趨于穩(wěn)定，水泥改性膨脹土試樣的體積則基本穩(wěn)定，即其干密度基本不變。

圖2 試樣體積隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化Fig.2 Volume change of samples vs. number of freeze-thaw cycles

3.3 水泥摻量對(duì)試樣體積的影響

將水泥摻入膨脹土中后會(huì)與土中水分發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物與土顆粒進(jìn)一步反應(yīng)，從而將土從離散狀態(tài)變成一種均勻的膠結(jié)結(jié)構(gòu)[10]，提高了膨脹土的強(qiáng)度，降低了其脹縮特性。由圖2可知，水泥的摻入極大地影響了膨脹土在凍融循環(huán)過(guò)程中的體積變化，水泥改性膨脹土試樣的體積受凍融循環(huán)作用的影響較小。水泥摻量的不同也改變著試樣體積受凍融循環(huán)作用的影響程度，摻灰比越大，試樣在凍融循環(huán)過(guò)程中體積的變化幅度越小，最大凍縮量和最大融脹量也越小，由此可以說(shuō)明增大水泥摻量可以減小凍融循環(huán)過(guò)程中試樣的體積變化。但是摻灰比為7%的試樣的體積受凍融循環(huán)的影響程度略小于摻灰比5%的試樣，說(shuō)明在減小凍融循環(huán)對(duì)土體變形的影響程度上，并不是水泥摻量越多越好，考慮到經(jīng)濟(jì)性和施工的可操作性，會(huì)存在一個(gè)最優(yōu)水泥摻量。

3.4 凍融循環(huán)對(duì)試樣力學(xué)特性的影響

凍融循環(huán)作為自然界常見的強(qiáng)風(fēng)化作用，極大地影響著土石材料的結(jié)構(gòu)性，進(jìn)而改變了其力學(xué)性質(zhì)[11]。經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)作用后試樣的力學(xué)參數(shù)主要通過(guò)無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)測(cè)得，主要包括應(yīng)力-應(yīng)變曲線、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、彈性模量和破壞應(yīng)變。

3.4.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖3為不同凍融循環(huán)次數(shù)條件下不同摻灰比試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從圖3中可以看出，不同摻灰比試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均呈現(xiàn)為“軟化型”。

圖3 不同凍融循環(huán)次數(shù)下試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of samples under different freeze-thaw cycles

由圖3(a)可知，素膨脹土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線總體呈現(xiàn)為“胖矮”，即土體可在較大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持較高的強(qiáng)度;由圖3(b)—圖3(d)可知，水泥改性膨脹土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線總體呈現(xiàn)為“瘦高”，即土體只能在較小的應(yīng)變范圍內(nèi)保持較高強(qiáng)度。試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線受凍融循環(huán)作用的影響較大，對(duì)于素膨脹土來(lái)說(shuō)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線越來(lái)越變得“瘦矮”，而水泥改性膨脹土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線則越來(lái)越變得“胖矮”，即凍融循環(huán)作用在降低水泥改性膨脹土強(qiáng)度的同時(shí)，提升了其韌性。

3.4.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

對(duì)于應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)“軟化型”的試樣來(lái)說(shuō)，可取其軸應(yīng)力的峰值點(diǎn)作為試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。由于初始狀態(tài)下不同摻灰比試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不同，為了方便比較凍融循環(huán)作用對(duì)不同摻灰比試樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，引入一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)F(無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比)，即不同凍融循環(huán)次數(shù)作用后試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始狀態(tài)下強(qiáng)度的比值。圖4為不同摻灰比試樣的F隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化情況。

圖4 F隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化Fig.4 Curves of F vs. number of freeze-thaw cycles

由圖4可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，不同摻灰比試樣的強(qiáng)度逐漸降低，尤其是第一次凍融。這主要是因?yàn)樵诔醮蝺鋈谶^(guò)程中，土體內(nèi)部的水分分別經(jīng)歷了一次凍結(jié)與一次融化，在凍結(jié)過(guò)程中，水轉(zhuǎn)化為冰，體積增大9%，將土顆粒撐開，但是液態(tài)水的減少導(dǎo)致膨脹土的收縮變形，土顆粒向內(nèi)擠壓孔隙，融化過(guò)程是凍結(jié)的逆過(guò)程，在復(fù)雜的冰水相態(tài)轉(zhuǎn)變和膨脹土脹縮變形的影響下，土體的結(jié)構(gòu)性遭到嚴(yán)重的破壞，孔隙分布發(fā)生變化[12-13]，試樣在宏觀上顯得更加疏松。初次凍融后，試樣強(qiáng)度的衰減量逐漸降低，經(jīng)過(guò)7次凍融循環(huán)后基本趨于穩(wěn)定。

摻灰比的不同影響著試樣強(qiáng)度隨著凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，由圖4可知，摻灰比越大，試樣強(qiáng)度在凍融循環(huán)過(guò)程中衰減得越慢、越少。摻灰比越大，試樣內(nèi)部所含的水泥量越大，水化產(chǎn)物越多，土顆粒也就被膠結(jié)得越牢固，受到凍融循環(huán)的破壞作用也就越小。由此可以說(shuō)明，摻灰比的增加有助于減小膨脹土強(qiáng)度受凍融循環(huán)的影響。

3.4.3 彈性模量

土體的彈性模量是一個(gè)重要的力學(xué)參數(shù)，本文取應(yīng)力-應(yīng)變曲線中應(yīng)變?yōu)?.0%所對(duì)應(yīng)的割線模量作為凍融土的彈性模量[14]。不同摻灰比試樣在初始狀態(tài)下彈性模量相差較大，故為方便比較凍融循環(huán)作用對(duì)不同摻灰比試樣彈性模量的影響，引入一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)Q(彈性模量比)，即不同凍融循環(huán)次數(shù)作用后試樣的彈性模量與初始狀態(tài)下彈性模量的比值。圖5為不同摻灰比試樣的Q隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化情況。

圖5 Q隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化Fig.5 Curves of Q vs. number of freeze-thaw cycles

由圖5可知，試樣的彈性模量隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減小，并趨于穩(wěn)定，其中試樣經(jīng)歷第一次凍融作用后彈性模量衰減量較大。水泥的摻入影響了膨脹土彈性模量隨著凍融循環(huán)次數(shù)的變化，水泥改性膨脹土在經(jīng)歷第一次彈性模量衰減后，緩慢減小并趨于穩(wěn)定，且摻灰比的不同對(duì)Q的影響微小。

圖6 破壞應(yīng)變隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化Fig.6 Curves of failure strain vs. number of freeze-thaw cycles

3.4.4 破壞應(yīng)變

破壞應(yīng)變是衡量土體變形特征的重要指標(biāo)。破壞應(yīng)變?cè)酱?，說(shuō)明土體的韌性越好；破壞應(yīng)變?cè)叫。馏w的韌性越差，具有一定的脆性[15]。在“軟化型”的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，破壞應(yīng)變即為軸應(yīng)力峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸應(yīng)變。圖6為不同摻灰比試樣的破壞應(yīng)變隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化。

從圖6中可以看出，素膨脹土試樣的破壞應(yīng)變?cè)趦鋈谘h(huán)過(guò)程中呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，水泥改性膨脹土試樣的破壞應(yīng)變主要受初次凍融的影響，幾乎不受后續(xù)凍融循環(huán)的影響。由此說(shuō)明，水泥改性膨脹土經(jīng)歷初次凍融后韌性變好，隨后基本趨于穩(wěn)定。

4 結(jié) 論

(1) 在凍融循環(huán)過(guò)程中，水泥改性膨脹土試樣的含水率逐漸減小，并趨于穩(wěn)定，摻灰比越大，含水率的損失量越小。

(2) 在凍融循環(huán)過(guò)程中，不同摻灰比的膨脹土試樣的體積變化規(guī)律均呈現(xiàn)為“凍縮融脹”，對(duì)于素膨脹土而言，每次凍融后試樣的體積隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大并趨于穩(wěn)定，而水泥改性膨脹土試樣的體積則基本穩(wěn)定，即其干密度基本不變。

(3) 水泥摻量的不同改變著試樣體積受凍融循環(huán)作用的影響程度，摻灰比越大，試樣在凍融循環(huán)過(guò)程中體積的變化幅度越小，最大凍縮量和最大融脹量也越小，但并不是水泥摻量越多，效果越好，考慮到經(jīng)濟(jì)性和施工的可操作性，會(huì)存在一個(gè)最優(yōu)水泥摻量。

(4) 凍融循環(huán)作用對(duì)水泥改性膨脹土力學(xué)特性的影響較大，尤其是初次凍融。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多，不同摻灰比試樣的強(qiáng)度與彈性模量逐漸降低并趨于穩(wěn)定，摻灰比越大，強(qiáng)度和彈性模量的衰減量越小。水泥改性膨脹土經(jīng)歷初次凍融后韌性變好，隨后基本趨于穩(wěn)定。

[1] 劉特洪．工程建設(shè)中的膨脹土問(wèn)題[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997：4.

[2] 胡 波，龔壁衛(wèi)，黃 斌.水泥改性膨脹土的非飽和強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010，8(4)：12-15.

[3] 黃 斌，聶 瓊，徐言勇，等.膨脹土水泥改性試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2009，26(11)：27-30.

[4] 劉志彬，施 斌，王寶軍.改性膨脹土微觀孔隙定量研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2004，26(4)：526-530.

[5] JTG E40—2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2010.

[6] 王天亮.凍融條件下水泥及石灰路基改良土的動(dòng)靜力特性研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[7] 王柳江，劉斯宏，高軍軍，等.一種凍融凍脹模型試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法：中國(guó)，CN201210425614.5[P]. 2013-01-16.

[8] ZAMAN M M，NAJI K N. Effect of Freeze-thaw Cycles on Class C Fly Ash Stabilized Aggregate Base[C]∥Proceedings of the 82nd Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington, D.C., January 12-16, 2003:1-6.

[9] 許 雷，魯 洋，宗佳敏，等.凍融循環(huán)下南陽(yáng)膨脹土直剪試驗(yàn)[J].南水北調(diào)與水利科技，2015，13(5)：922-925.

[10]趙春吉，趙紅華，常 艷，等.水泥改性強(qiáng)膨脹土理化試驗(yàn)研究[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，54(6)：604-611.

[11]鄭 鄖，馬 巍，邴 慧.凍融循環(huán)對(duì)土結(jié)構(gòu)性影響的機(jī)理與定量研究方法[J].冰川凍土，2015，37(1)：132-137.

[12]談云志，吳 翩，付 偉，等.改良粉土強(qiáng)度的凍融循環(huán)效應(yīng)與微觀機(jī)制[J].巖土力學(xué)，2013，34(10)：2827-2834.

[13]楊 俊，雷俊安,張國(guó)棟.凍融循環(huán)對(duì)風(fēng)化砂改良膨脹土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2016，33(1)：83-88.

[14]LEE W，BOHRA N C，ALTSCHAEFFL A G，etal. Resilient Modulus of Cohesive Soils[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，1997，123(2)：131-136.

[15]范曉秋，洪寶寧，胡 昕，等.水泥砂漿固化土物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30(4)：605-610.

(編輯：羅 娟)

Physico-mechanical Properties of Cement-modifiedExpansive Soil under Freeze-thaw Cycles

XU Lei1，2, LU Yang2, XUE Yang1, SONG Ying-jun2, YANG Qi2

(1.Dam Safety Supervision Center, National Energy Administration, Hangzhou 310014, China;2.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)

In the aim of exploring the effect of freeze-thaw cycles on the physico-mechanical properties of cement-modified expansive soil, Nanyang expansive soil which was modified with cement in different mixed ratios was selected as test objective, and then deformation measurements and unconfined compressive test were carried out after different freeze-thaw cycles. Results showed that the water loss of cement-modified expansive soil samples was little in the process of freeze-thaw cycles. The pattern of volume change of samples with different cement dosages could beall described as “shrinking in frost and expanding in thaw”. The bigger the cement ratio was, the less the variation of volume change was, and the smaller the maximum frozen shrinkage and maximum thaw expansion were. Yet there was an optimum cement ratio. Freeze-thaw cycles had a great effect on the mechanical properties of cement-modified expansive soil, especially for the initial freeze-thaw cycle. With the increasing of freeze-thaw cycles, strength and elastic modulus of samples with different cement ratios decreased gradually and then tended to be stable. The larger the cement ratio was, the smaller the attenuation of strength and elastic modulus were. The toughness of cement-modified expansive soil improved after freeze-thaw cycles.

expansive soil; cement modification; freeze-thaw cycles; volume change; stress-strain curve; unconfined compressive strength; elastic modulus

2016-01-21；

2016-02-23

江蘇省普通高校研究生實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(SJZZ15_0058)

許 雷(1991-)，男，江蘇鹽城人，助理工程師，碩士研究生，主要從事特殊土工程特性方面的研究，(電話)15850603755(電子信箱)xulei_hhu@163.com。

魯 洋(1991-)，男，江蘇南京人，博士研究生，主要從事水工巖土方面的研究，(電話)15161461318(電子信箱)luyhhu@163.com。

10.11988/ckyyb.20160070

2017,34(4):87-91,103

TU43

A

1001-5485(2017)04-0087-05