彭麗云， 華小寧， 劉德欣， 齊吉琳

（1.北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，北京 100044； 2.北京建筑大學(xué)大型多功能振動(dòng)臺陣實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；3.清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100084）

0 引言

粉土在黃河中下游地區(qū)分布廣泛，它具有顆粒細(xì)小、級配均勻、黏聚力低和水穩(wěn)定性差等特點(diǎn)[1-2］。大量研究表明[3-7］，在有充足地下水補(bǔ)給的情況下，粉土凍脹敏感性強(qiáng)，易發(fā)生凍脹融沉，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐墓こ探ㄔO(shè)。然而，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，大量的工程建設(shè)中涉及粉土，對其進(jìn)行改良來抑制凍脹，是一種較為經(jīng)濟(jì)、有效的措施。

現(xiàn)有研究表明，摻加無機(jī)結(jié)合料對土體凍脹有抑制作用。韓春鵬等[8］指出摻加石灰能在一定程度上抑制黏土凍脹；張立新等[9］認(rèn)為石灰摻量12%~15%對細(xì)顆粒土凍脹抑制作用最顯著，但高摻量的石灰會影響土體以及地下水的pH 值，不利于其上植被的生長，有悖于綠色環(huán)保的工程理念。除石灰外，摻加水泥也能抑制土體凍脹[10］，然而當(dāng)土中水泥含量過高時(shí)，除具有上述問題外，土體還將呈現(xiàn)出脆性特征而易開裂[11］，導(dǎo)致水分滲入量大，對凍脹也不利。因此，需要探尋環(huán)保的土體凍脹抑制新方法。

在新方法的探索中，人工合成纖維由于具有較好的分散性和較高的抗拉強(qiáng)度，引起了人們的關(guān)注。Khattak等[12］研究表明，人工纖維素纖維能夠增強(qiáng)黏土和粉土的抗拉伸開裂能力。而這個(gè)能力，正如Gilpin[13］所述是凍結(jié)過程中新的冰透鏡體形成時(shí)需要克服的；也如Konrad[14］所述，當(dāng)凍結(jié)緣內(nèi)某點(diǎn)的線性應(yīng)變達(dá)到凍土的即時(shí)拉伸破壞應(yīng)變時(shí)，新的透鏡體出現(xiàn)需要克服的。據(jù)此推斷，人工纖維素纖維既然能增強(qiáng)土體的抗拉伸開裂能力[12］，那么也將會對土體凍脹起到抑制作用。陳輪等[15］的研究證明了上述推斷，指出0.3%的聚酯纖維加筋將使粉土的凍脹量減小27%，凍脹抑制效果顯著。此外，0.8 kg·m-3的聚酯纖維加筋也使黃土的抗凍性能得到改善，減小了凍融循環(huán)下土體的質(zhì)量和強(qiáng)度損失[16］。

綜上，除摻加無機(jī)結(jié)合料外，人工合成纖維加筋也對土體凍脹有一定的抑制作用，但人工合成纖維難降解，且多是從天然氣、石油、煤和石灰石等物質(zhì)中經(jīng)過復(fù)雜的提煉、化學(xué)合成和紡絲工藝制成，制備成本高，且有一定的環(huán)境污染。相比之下，天然纖維綠色環(huán)保、成本低廉，是否可作為人工合成纖維的替代材料用于土體凍脹抑制，需進(jìn)一步研究。

天然纖維中的典型代表，麥秸稈也具有一定的抗拉強(qiáng)度和較好的分散性，理應(yīng)會對凍脹起到抑制作用。然而，目前相關(guān)研究缺乏，僅有的少量研究也主要針對從麥秸稈中提取出來的物質(zhì)展開，且主要集中在抗凍性能的研究方面。如陳誠等[17］指出木質(zhì)素纖維摻量為0.75%時(shí)，軟黏土的彈性模量、破壞強(qiáng)度和黏聚力均達(dá)到最大值，內(nèi)摩擦角變化最穩(wěn)定，抵抗凍融劣化能力最強(qiáng)。鄧宗才等[18］研究則表明，秸稈中的纖維素纖維對混凝土抗凍性能的改善優(yōu)于人工合成聚丙烯纖維。此外未見其他研究。可見，與人工合成纖維一樣，天然纖維摻入土體是否也會抑制土體凍脹，有待進(jìn)一步研究。

基于此，本文將以粉土為研究對象，以防腐處理后的麥秸稈作為加筋材料，分別對粉土和秸稈加筋粉土進(jìn)行了開敞系統(tǒng)下的一維凍脹試驗(yàn)，研究摻加秸稈對土體凍脹特性的影響。研究結(jié)果將為凍土區(qū)凍害的防治提供新的方法和依據(jù)，為凍脹理論的發(fā)展提供支撐，為工程設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器為土體凍脹試驗(yàn)儀，主要由試樣筒、溫度控制系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，示意如圖1 所示。其中，試樣筒為內(nèi)徑20 cm、壁厚1 cm 的有機(jī)玻璃筒；溫度控制系統(tǒng)采用二級控溫，其中一級控溫為高精度的低溫恒溫箱（控溫精度±0.2 ℃），二級控溫系統(tǒng)（控溫精度±0.1 ℃）由試樣頂?shù)撞坷浒?、冷板外界恒溫冷?。販鼐取?.01 ℃）和周圍的保溫系統(tǒng)組成。補(bǔ)水系統(tǒng)為馬氏補(bǔ)水瓶（量程為380 mL）與凍脹試驗(yàn)筒底板相連組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由高精度溫度探頭（精度為±0.001 ℃）、位移傳感器（精度為±0.001 mm）、質(zhì)量傳感器（精度為±1 g）分別與dataTaker DT80 數(shù)據(jù)采集儀相連，分別用來監(jiān)測試樣內(nèi)溫度、土體凍脹變形和試驗(yàn)過程中的補(bǔ)水量。

圖1 土體凍脹儀示意圖Fig.1 Schematic diagram of soil frost heaving apparatus

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選自黃河中下游地區(qū)廣泛分布的粉土，其基本物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。該土粉粒含量高、黏粒缺乏，級配嚴(yán)重不良，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）[19］可判定為低液限粉土。

表1 粉土的基本物理指標(biāo)Table 1 Basic physical indicators of the silt

試驗(yàn)用麥秸稈選自河北省，其基本性質(zhì)如表2所示。由于秸稈莖節(jié)部分的抗拉強(qiáng)度較低且變異性較大，為保證試驗(yàn)結(jié)果的可比性，選用除去莖節(jié)、粗細(xì)均勻的麥秸稈，并按需對其進(jìn)行切斷處理。

表2 秸稈的基本情況Table 2 Basic information of the wheat straw

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)凍脹試驗(yàn)方案（表3），重點(diǎn)研究秸稈長度和摻量對粉土凍脹的影響。土樣制樣時(shí)的含水率采用路基填筑工程中常用的最優(yōu)含水率14.6%，壓實(shí)中采用的壓實(shí)度為90%。由于目前對秸稈加筋土凍脹相關(guān)研究的缺乏，就秸稈長度和摻量的選擇，采用了其在力學(xué)性能測試中常用的長度和摻量[20-21］；同時(shí)較短長度的選擇，使秸稈在土中的分布更加均勻、更具隨機(jī)性，增加了不同試樣結(jié)果之間的可比性。

1.4 試驗(yàn)方法

（1）材料準(zhǔn)備。由于麥秸稈易在水的腐蝕下喪失抗拉強(qiáng)度，影響凍脹抑制作用的發(fā)揮。因此先將麥秸稈按照長度15 mm、20 mm、25 mm 和30 mm 剪斷，并將其放置在10%的聚乙烯醇溶液中防腐處理4 天，此時(shí)秸稈的防腐性能最優(yōu)，即具有較強(qiáng)的防水腐蝕能力和較高的抗拉強(qiáng)度，將其摻入土中后，即使受到長時(shí)間降雨的影響，其抗拉強(qiáng)度降幅很小[20］。之后，模擬自然風(fēng)干條件，將浸泡后的麥秸稈置入烘箱中在40 ℃的溫度下烘干處理10 h，以排出水分的影響。

（2）試樣制備。以最優(yōu)含水率為配料控制指標(biāo)，分別計(jì)算出試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中各試樣所需水、粉土和秸稈的質(zhì)量，分別將其拌和均勻后，燜料24 h，使水在土中均勻分布。以壓實(shí)度90%為制樣時(shí)的控制指標(biāo)，計(jì)算出所需土料的質(zhì)量，稱取土料并將其分層填筑到直徑20 cm 的試樣筒內(nèi)，每層單獨(dú)擊實(shí)，達(dá)到要求高度后對接觸面處進(jìn)行刮毛處理，成型試樣總高度14 cm。每組制備兩個(gè)試樣以進(jìn)行平行試驗(yàn)。

（3）調(diào)節(jié)馬氏補(bǔ)水瓶中的自由液面和試樣底部補(bǔ)水孔齊平，關(guān)閉馬氏補(bǔ)水瓶的進(jìn)水管。將試樣連同頂?shù)撞坷浒逡煌胖玫降蜏睾銣叵渲?，在試樣頂部冷板上部安裝位移傳感器。將溫度傳感器通過試樣筒側(cè)壁的圓孔由試樣筒底部沿土樣高度每隔2 cm 插入試樣中。設(shè)置數(shù)據(jù)采集儀采集頻率為5 min/次。在試樣筒的周圍包裹二氧化硅氣凝膠毯進(jìn)行保溫。

（4）關(guān)閉低溫恒溫箱箱門，調(diào)節(jié)試樣頂?shù)装暹B接的低溫恒溫冷浴和低溫恒溫箱溫度對土樣進(jìn)行恒溫，待試樣溫度降至1 ℃后恒溫24 h。之后，保持底部冷板和周圍環(huán)境溫度不變，僅調(diào)節(jié)頂部冷板溫度，使土樣頂面溫度降至試驗(yàn)設(shè)計(jì)的冷卻溫度后，打開馬氏補(bǔ)水瓶的進(jìn)水管；進(jìn)行試樣在設(shè)計(jì)頂端冷卻溫度下，開敞系統(tǒng)中的一維凍脹試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中全程采集試樣內(nèi)的溫度、試樣的凍脹變形和補(bǔ)水量。

（5）當(dāng)試樣凍結(jié)完成后，將試樣從恒溫箱中取出，在低溫環(huán)境下用切樣器將土樣從試樣筒中推出，并沿高度方向每隔2 cm進(jìn)行切割，每個(gè)切面取3個(gè)試樣采用烘干法測定其含水率。

2 粉土的凍脹特性分析

圖2 為開敞系統(tǒng)下相同初始含水率（14.6%）、壓實(shí)度（90%），不同頂端冷卻溫度下粉土凍結(jié)深度曲線和凍脹變形曲線。

從圖2（a）可以看出，當(dāng)頂端冷卻溫度一定時(shí)，土樣的凍結(jié)深度隨凍結(jié)時(shí)間先增加，至某一深度后逐漸穩(wěn)定；隨頂端冷卻溫度的降低，土樣凍結(jié)速率逐漸增大，最大凍結(jié)深度也增加，但凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)間減小。從圖2（b）可以看出，土樣的凍脹量隨凍結(jié)時(shí)間的增長而不斷增大，最終趨于穩(wěn)定；不同頂端冷卻溫度下，總凍脹量隨溫度的升高而增大，即-3 ℃、-5 ℃和-10 ℃土樣的總凍脹量分別為5.99 mm、3.46 mm 和2.23 mm，計(jì)算得到的凍脹率分別為5.22%、3.05%和1.74%，根據(jù)《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 118—2011）[22］中粉土的凍脹性分類，-3 ℃時(shí)的凍脹率5.22%介于3.5%和6%之間，可判定為凍脹，且為接近6%的強(qiáng)凍脹。

圖2 不同頂端冷卻溫度下粉土的凍脹曲線Fig.2 Frost heaving curves of silt with various top cooling temperatures：frost depth with time（a）and amount of frost heaving with time（b）

3 秸稈加筋對粉土凍脹特性的影響

試驗(yàn)粉土在-3 ℃時(shí)具有較強(qiáng)的凍脹性，用該溫度作為秸稈加筋粉土凍脹試驗(yàn)的控制溫度，重點(diǎn)從秸稈摻量和長度兩個(gè)方面研究秸稈加筋對粉土凍脹特性的影響。

3.1 不同秸稈摻量下粉土的凍脹特性

3.1.1 秸稈摻量對土樣內(nèi)溫度和凍結(jié)深度的影響圖3 顯示的是不同秸稈摻量下、不同土樣高度內(nèi)的溫度隨時(shí)間變化曲線，圖中虛線為各摻量下的凍結(jié)深度隨凍結(jié)時(shí)間變化曲線。其中-0.029 ℃、-0.036 ℃和-0.050 ℃分別為0.2%、0.4%和0.8%摻量下粉土的凍結(jié)溫度。

圖3 不同秸稈摻量下不同土樣高度處溫度隨時(shí)間的變化（T=-3 ℃，l=15 mm）Fig.3 Variations of soil temperature with time at different heights with various straw contents：c=0.2%（a），c=0.4%（b）and c=0.8%（c）（T=-3 ℃，l=15 mm）

可見，秸稈加筋試樣在不同秸稈摻量下的土樣內(nèi)溫度總體變化趨勢基本相同，即距冷端不同深度處試樣內(nèi)的溫度隨凍結(jié)時(shí)間的增長而降低，最終趨于穩(wěn)定。不同之處在于，高秸稈摻量下，試樣內(nèi)凍結(jié)深度線的位置出現(xiàn)了上移。

從圖3中提取出各試樣的凍結(jié)深度隨時(shí)間的變化曲線，如圖4所示?？梢?，素土在凍結(jié)初期的凍結(jié)速率較秸稈加筋土大，后期差異減小。高摻量下，秸稈對土體凍結(jié)深度的影響較明顯，當(dāng)秸稈摻量為0.2%和0.4%時(shí)，其凍結(jié)深度曲線接近，最大凍結(jié)深度和素土相差不大；而當(dāng)秸稈摻量從0.2%增大到0.8%，最大凍結(jié)深度減小了26.4 mm，降幅較大。

3.1.2 秸稈摻量對土樣凍脹變形和凍脹率的影響圖5 為相同初始含水率（14.6%）、壓實(shí)度（90%）、頂端冷卻溫度（T=-3 ℃）和秸稈長度（l=15 mm）條件下，不同秸稈摻量粉土試樣的凍脹曲線。圖6 為秸稈摻量和土體凍脹關(guān)系曲線。圖7 為凍結(jié)完成后不同摻量下土樣內(nèi)的含水率沿試樣高度的分布曲線。

圖5 不同秸稈摻量下土樣凍脹量隨時(shí)間的變化（T=-3 ℃，l=15 mm）Fig.5 Variations of amount of frost heaving of soil samples with time and various straw contents（T=-3 ℃，l=15 mm）

圖6 秸稈摻量和土體凍脹量的關(guān)系（T=-3 ℃，l=15 mm）Fig.6 Relationship between straw content and amount of frost heaving of soil samples（T=-3 ℃，l=15 mm）

圖7 土樣含水率隨高度的變化（T=-3 ℃，l=15 mm）Fig.7 Variations of soil moisture content of soil samples with height（T=-3 ℃，l=15 mm）

從圖5 可以看出，秸稈的摻加對土體凍脹有明顯的抑制作用。當(dāng)摻量為0.2%時(shí)，土體凍脹量僅為0.74 mm，相比素土5.99 mm 的凍脹，大幅降低。但上述抑制作用并不隨秸稈摻量的增大而增強(qiáng)，而是呈現(xiàn)圖6所示凍脹量隨秸稈摻量的增加呈近似線性增大的趨勢。具體原因如下：在凍結(jié)過程中，隨著土中的水分相變成冰，土骨架受拉分離。冰的生長需要克服秸稈加筋土的抗拉強(qiáng)度，而秸稈的摻加對土體抗拉強(qiáng)度有提高作用，從而抑制凍脹。較小摻量對土體凍脹的抑制作用比較大摻量下顯著，原因在于隨著摻入量的增加，抗拉強(qiáng)度增長較慢，但秸稈外表面比較光滑，摻量增加后，土中水分通過麥秸稈和土顆粒的接觸面向冷端遷移的途徑增多，遷移的水量增大，凍結(jié)過程中產(chǎn)生的冰晶更多，從而產(chǎn)生較大的凍脹。此時(shí)盡管凍脹抑制作用減弱，但總體上均遠(yuǎn)小于素土的凍脹量。此外可以看出，較小摻量下加筋粉土的凍脹量更小，說明少量摻加秸稈即可抑制土體的凍脹。

從圖7可以看出，在凍結(jié)鋒面以下，素土試樣中的含水量較大；但在凍結(jié)鋒面以上，秸稈摻量越大，土體中的含水量越高，說明摻加秸稈后凍結(jié)過程抽吸至凍結(jié)鋒面以上的水量越多，凍脹量相應(yīng)也就增加。

土體凍脹率隨時(shí)間變化曲線如圖8所示?？梢钥闯?，摻加秸稈后粉土的凍脹率整體小于素土；且隨著凍結(jié)時(shí)間的增長，各試樣的凍脹率都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，原因在于凍結(jié)初期的凍脹變形量相比凍結(jié)深度增加快；隨著凍結(jié)時(shí)間的增長，盡管凍脹變形總量增加，但凍結(jié)深度很深，致使凍脹率有所下降。因此，凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)的凍脹率不是曲線上最大值，此時(shí)土樣凍結(jié)深度、凍脹變形量最大。

圖8 不同秸稈摻量下土樣凍脹率隨時(shí)間的變化（T=-3 ℃，l=15 mm）Fig.8 Variations of frost heaving ratio of soil samples with time and various straw contents（T=-3 ℃，l=15 mm）

凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)土樣的凍脹率和秸稈摻量關(guān)系曲線如圖9 所示?？梢钥闯?，凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)的凍脹率和秸稈摻量間呈線性關(guān)系，原因在于隨著麥秸稈摻量的增加，試樣的最大凍結(jié)深度減小，而最大凍脹量增加，因此凍脹率增大。但值得注意的是，盡管凍脹率增加了，但均小于素土5.22%的凍脹率，且在較小摻量下的凍脹率更小，即少量摻加秸稈就會使得粉土進(jìn)入弱凍脹和不凍脹的范圍。

圖9 秸稈摻量和土體凍脹率的關(guān)系（T=-3 ℃，l=15 mm）Fig.9 Relationship between straw content and frost heaving ratio of soil samples（T=-3 ℃，l=15 mm）

3.2 不同秸稈長度下粉土的凍脹特性

除秸稈摻量外，秸稈長度也會影響秸稈加筋土的抗拉強(qiáng)度，從而影響凍脹，下面重點(diǎn)就這方面的內(nèi)容進(jìn)行研究。

3.2.1 秸稈長度對土樣內(nèi)溫度和凍結(jié)深度的影響

圖10顯示的是不同秸稈長度下、不同土樣高度內(nèi)的溫度隨時(shí)間變化曲線，圖中虛線為各長度下的凍結(jié)深度隨凍結(jié)時(shí)間變化曲線。其中-0.036 ℃、-0.061 ℃、-0.069 ℃、-0.079 ℃分別是秸稈長度為15 mm、20 mm、25 mm、30 mm 下加筋粉土的凍結(jié)溫度。

通過對比分析發(fā)現(xiàn)，四個(gè)試樣溫度的總體變化趨勢基本相同，距離冷端不同位置處土體溫度隨時(shí)間降低，并最終趨于穩(wěn)定，且在凍結(jié)過程中土內(nèi)逐漸形成沿豎向自上而下遞增的溫度分布。

從圖10中提取出各試樣的凍結(jié)深度曲線，如圖11 所示?？梢钥闯觯瑩郊咏斩捄笸馏w的凍結(jié)深度均小于素土凍結(jié)深度，其中當(dāng)秸稈長度為15 mm、25 mm 和30 mm土體的凍結(jié)深度分別為107.3 mm、110.0 mm和110.6 mm，略小于素土；而當(dāng)秸稈長度為20 mm 時(shí)，土體凍結(jié)速率較慢、凍結(jié)深度最小為93.8 mm。

圖10 不同秸稈長度下不同土樣高度處溫度隨時(shí)間的變化（T=-3 ℃，c=0.4%）Fig.10 Variations of soil temperature with time at different heights with various straw lengths：l=15 mm（a），l=20 mm（b），l=25 mm（c）and l=30 mm（d）（T=-3 ℃，c=0.4%）

圖11 不同秸稈長度下土樣凍結(jié)深度隨時(shí)間的變化（T=-3 ℃，c=0.4%）Fig.11 Variations of frost depth of soil samples with time and various straw lengths（T=-3 ℃，c=0.4%）

3.2.2 秸稈長度對土樣凍脹變形和凍脹率的影響

圖12 為相同初始含水率（14.6%）、壓實(shí)度（90%）、頂端冷卻溫度（T=-3 ℃）和秸稈摻量（c=0.4%）時(shí)，不同秸稈長度下粉土試樣的凍脹曲線。圖13 為不同秸稈長度下不同時(shí)刻的粉土凍脹率曲線。從中可見，凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)，秸稈長度為15 mm、20 mm、25 mm 和30 mm 的試樣凍脹量分別為1.26 mm、0.82 mm、1.73 mm 和1.99 mm，凍脹率分別為1.18%、0.88%、1.57%和1.74%，根據(jù)《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 118—2011）[22］，凍脹率為0.88%小于1%，為不凍脹；凍脹率為1.18%、1.57%和1.74%大于1%小于3.5%為弱凍脹，說明上述秸稈長度下粉土的凍脹得到了較好的抑制。同時(shí)可以看出，試樣凍脹量和凍脹率隨秸稈長度的增加呈先減小后增大的趨勢，判定存在一個(gè)最優(yōu)長度，此時(shí)試樣的凍脹變形量、凍脹率均獲得最小值。

圖12 不同秸稈長度下土樣凍脹量隨時(shí)間的變化（T=-3 ℃，c=0.4%）Fig.12 Variations of amount of frost heaving of soil samples with time and various straw lengths（T=-3 ℃，c=0.4%）

圖13 不同秸稈長度下土樣凍脹率隨時(shí)間的變化（T=-3 ℃，c=0.4%）Fig.13 Variations of frost heaving ratio of soil samples with time and various straw lengths（T=-3 ℃，c=0.4%）

圖14 給出了相同摻量（c=0.4%）、溫度（T=-3 ℃）和壓實(shí)度（90%）時(shí)，不同秸稈長度加筋土試樣的縱剖圖。從中可以看出，隨著秸稈長度的增加，秸稈在土中的分布逐漸趨于不均勻。當(dāng)秸稈長度較短時(shí)，如圖14（a）中所示，土樣剖面處可見的秸稈根數(shù)較少，秸稈在土中的分布較隨機(jī)，秸稈交叉搭接數(shù)量少，對土體的約束作用較弱，土體抗拉強(qiáng)度的提升不明顯。當(dāng)秸稈長度太長，如圖14（d）中所示，秸稈分布雜亂，且筋土分離現(xiàn)象嚴(yán)重，影響抗拉強(qiáng)度的發(fā)揮。當(dāng)長度適中時(shí)，秸稈與土體的結(jié)合緊密，秸稈在土樣內(nèi)分布均勻，如圖14（b）中所示，此時(shí)秸稈在土體中會形成較穩(wěn)定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使秸稈的抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大，對土體的約束作用最強(qiáng)，凍脹抑制相應(yīng)較明顯。

圖14 不同秸稈長度下的試樣剖面（T=-3 ℃，c=0.4%）Fig.14 Profiles of soil samples with various straw lengths（T=-3 ℃，c=0.4%）

4 結(jié)論

本文基于秸稈加筋粉土在相同溫度、開敞系統(tǒng)中的一維凍脹試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了秸稈摻量和長度對粉土凍脹特性的影響，通過凍結(jié)深度、凍脹量和凍脹率等指標(biāo)的對比分析，得出如下結(jié)論：

（1）秸稈的摻加對粉土凍脹具有較強(qiáng)的抑制作用，對接近強(qiáng)凍脹的粉土，低摻量如0.2%、短長度如15 mm 的秸稈摻加就會使其進(jìn)入不凍脹范圍。

（2）秸稈的摻加對粉土的凍結(jié)深度有影響，其他條件相同的情況下，凍結(jié)深度隨秸稈摻量的增加而減??；隨秸稈長度的增加先減小后增大，但均小于不摻加秸稈時(shí)粉土的凍結(jié)深度。

（3）在試驗(yàn)范圍內(nèi)，其他條件相同的情況下，秸稈加筋粉土的凍脹量和凍脹率均隨秸稈摻量的增加而線性增大，均隨秸稈長度的增加呈先減小后增大，但均遠(yuǎn)小于素土的凍脹量和凍脹率。本試驗(yàn)條件下，存在一個(gè)最優(yōu)摻量0.4%和最優(yōu)長度20 mm，該組合對秸稈加筋粉土的凍脹變形具有顯著的抑制作用，可在實(shí)際工程中推薦使用。