蔣必鳳 凌 毅 梁安銘 王浩屹

(1.三亞學院，海南 三亞 572000； 2.海南陽光鑫海發(fā)展有限公司，海南 三亞 572000)

土的崩解在土工試驗中稱為濕化，是指土體浸水后發(fā)生碎散解體、塌落的現(xiàn)象，是由于水流入滲擠壓氣體，引發(fā)土體內部應力集中，使斥力超過吸力，進而造成土體崩落解體[1]。土體遇水濕化崩解是一種常見現(xiàn)象，土體崩解程度不一造成岸坡失穩(wěn)，危及工程安全[2]。土體的抗崩解能力能夠反映出土體結構被水浸潤解體的特性[3]，研究土體的抗崩解能力具有非常重要的意義。而植被護坡技術是提高邊坡土體穩(wěn)定性的一種重要手段，國內外的學者在此方面的研究成果較多，植物根系能將土壤單粒粘結起來，并且發(fā)達的根系在土體中形成了縱橫交錯的根系網(wǎng)，將土壤顆粒緊緊束縛包裹住，形成“加筋土”，對土體抗崩解能力有很大的增強作用，根據(jù)研究表明，根系越多，土體抗崩解能力越強，土體抵抗流水沖刷的能力越強，從而達到增強邊坡土體穩(wěn)定性的作用[3]。關于土體抗崩解性能的影響，相關學者研究成果較為豐富，在研究崩解特性的影響因素方面，曾慶建等[4]研究不同含水率和溫度下紅黏土的崩解特性，認為在自然氣候范圍內，含水率是土體崩解的主要影響因素；李家春等[5]認為壓實土的含水量、壓實度是影響崩解的主要因素，崩解速度隨壓實度增大、含水量增加而減?。煌豕饒虻萚6]認為草類根系能顯著提高根—土復合體的抗崩解特性；張澤等[7]發(fā)現(xiàn)隨著初始含水量的增大，其崩解時間越長，崩解速率逐漸變?。焕钕舶驳萚8]研究把原狀黃土的崩解主要分為崩離、迸離和解離3個過程，并認為天然含水率和結構性是影響崩解性的重要因素；談云志等[9]研究認為紅黏土的初始壓實狀態(tài)對其變形影響顯著；薛璟等[10]設計了正三棱柱、正四棱柱、正五棱柱、正六棱柱、圓柱的試樣進行了原位黃土崩解試驗，研究表明黃土的崩解速率與邊界有關，橫截面越尖銳則其相應的崩解速率也就越快，試樣棱邊數(shù)越少，相同條件下所產生的崩解量越多；袁亮等[11]認為造成黃土崩解性差異的主要因素有顆粒級配、含水率、礦物成分等，其中，顆粒成分、礦物成分是造成粉土與黏性土崩解差異的主要因素；沙琳川等[12]認為崩解量和崩解速率隨著試樣的初始含水率的降低而增加，稻秸稈摻加比例對試樣崩解現(xiàn)象影響不大；鄧仁貴等[13]認為林木根系能大大增強坡面土抗崩解能力。

從文獻資料可知，含水率和植物根系含量是影響含根土體崩解性能的主要因素，本文通過設計多組初始含水率和根系含量進行正交試驗，研究兩者對根土復合體崩解性能的影響。

1 試樣制備與試驗方法

1)試驗材料。

試驗用土為海南省一般紅黏土，過2 mm篩，并在室內用鼓風干燥機將土樣連續(xù)24 h進行烘干。試驗采用椰殼纖維代替植物根系，研究根系對土體抗崩解能力的影響。椰纖維如圖1所示。

2)試驗儀器。

參照蔣定生設計的土壤崩解儀自制崩解儀進行土壤崩解試驗，主要試驗所用儀器為JY5001型電子靜水天平，方格網(wǎng)采用1 cm×1 cm自制方格網(wǎng)。儀器如圖2所示。

3)試件制作。

為避免試件大小、形狀等因素對實驗結果的影響，本實驗試樣制作統(tǒng)一采用100 cm3的環(huán)刀進行制樣，每個重塑土樣的直徑為50.46 mm，高度為50 mm。

4)實驗設計。

正交試驗設計方法是多因子實驗中較為常用的一種方法。本試驗設計纖維含量和含水率兩個因素，纖維含量設計0‰，1‰，2‰，3‰，5‰，7‰，共6個水平；含水率設計15%，17%，20%，23%，25%，共5個水平，共設計30組試驗，每組設計3個平行試樣進行試驗。

5)試驗方法。

根據(jù)土工試驗規(guī)范相關要求進行崩解試驗，試驗方法具體如下：a.按照試驗設計要求制作好試樣，如圖3所示；b.調整好儀器，懸掛好方格網(wǎng)，并在桶中加入水，保證每次試驗用水量一致；c.將制作好的試樣放置在方格網(wǎng)中央，保持方格網(wǎng)水平并不要傾斜，立即記錄試樣在水中的讀數(shù)即崩解時間為0時刻的讀數(shù)，并開始記錄崩解時間；d.時間以min為單位，記錄0 min,0.5 min,1 min,2 min,3 min,4 min,5 min,6 min,7 min,8 min,9 min,10 min,15 min,20 min,25 min,30 min時試樣在水中的讀數(shù)；并觀察土體在水中的崩解情況；e.試驗結束后，整理試驗結果，計算土體在每一個讀數(shù)時刻的累計崩解百分比，計算公式如式(1)所示。

(1)

其中，Bt為試塊的累計崩解百分比,%；Dt為試塊在崩解時靜水天平顯示的實時度數(shù),g；D0為試塊在放入水中時靜水天平顯示的初始度數(shù)。

2 實驗結果分析

2.1 初始含水率對加筋土體抗崩解性能的影響

根據(jù)相關的文獻資料研究，大多數(shù)學者認為初始含水率對土體的崩解具有較大的影響。該實驗選擇了初始含水率為15%，17%，20%，23%，25%共5種情況進行探討。不同初始含水率下根土復合體累計崩解量的曲線如圖4所示。從圖4可以看出隨著初始含水率的增加，含根土體累計崩解量降低，初始含水率為20%時，累計崩解量達到最低，然后隨著初始含水率繼續(xù)增加，累計崩解量又開始增加。如圖5所示，從崩解的速率來看，土樣放入水中，一開始有氣泡冒出，水開始渾濁，試驗開始10 min內試樣崩解速率較快，15 min以后趨于平穩(wěn)，但偶爾會出現(xiàn)試塊突然增大崩解量的情況。試驗結束后試塊放置在靜水中24 h，一般試塊會發(fā)生完全崩解。

2.2 纖維含量對加筋土體抗崩解性能的影響

纖維如同植物根系，纖維之間的交錯形成加筋網(wǎng)，緊緊包裹住土體，增強土體的抗崩解能力。從圖6可以看出，添加一定量的纖維后，加筋土體的抗崩解能力明顯提高，隨著纖維含量提高，加筋土體抗崩解能力提高，但當纖維含量增加到5‰之后，再增加纖維含量，土體抗崩解能力開始減弱。從圖7可以看出，崩解試驗開始10 min內土體的崩解速度較快，然后慢慢趨于平緩，對于不含纖維的土體，在30 min時，全部崩解。

2.3 正交作用下加筋土體抗崩解能力

利用含水率和纖維含量兩因素進行正交試驗，崩解時間為30 min時的累計崩解量百分比如表1所示，根據(jù)試驗結果可知，當初始含水率為20%、纖維含量為5‰時，土體的累計崩解量最低；其次初始含水率為20%、纖維含量為7‰時，累計崩解量也較低。當含水率為15%，纖維含量為0‰時，30 min累計崩解量最高。

表1 含水率和纖維含量正交作用下土體累計崩解量

3 結論

通過對不同初始含水率和纖維含量的加筋土體進行正交崩解試驗，得到如下結論：

1)初始含水率對加筋土體崩解能力有較大影響，隨著初始含水率增加，加筋土體累計崩解量降低，在初始含水率為20%時，30 min累計崩解量最低，超過20%時，30 min累計崩解量又開始增加，即存在初始含水率的一個峰值。

2)纖維含量對加筋土體抗崩解能力也有較大影響，少量的纖維加筋即可以提高土體的抗崩解能力，隨著纖維含量增加，土體的抗崩解能力也增加，但是纖維含量具有一個峰值，超過峰值以后，纖維增加而土體抗崩解能力反而下降。

3)試樣剛放入水中時有大量氣泡產生，重塑土體試樣表面土層開始發(fā)生崩解，開始速率相對較慢，崩解速率一般在實驗的5 min～10 min內達到峰值，之后趨于平緩，不含纖維土體在30 min內全部崩解。

4)通過正交實驗，初始含水率為20%和纖維含量為5‰時，重塑加筋土體的30 min累計崩解量最低，可以作為較優(yōu)的配合比。