畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）水泥改良黃土實(shí)驗(yàn)研究

1、摘 要本文是以蘭州九州地區(qū)隧道口黃土為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)原狀黃土和重塑黃土工程力學(xué)性質(zhì)的室內(nèi)試驗(yàn)，熟悉黃土強(qiáng)度的試驗(yàn)方法和參數(shù)取值，結(jié)合黃土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的對(duì)比試驗(yàn)研究，掌握影響黃土抗拉強(qiáng)度和各向異性的主要影響因素。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)不同摻量水泥的改良黃土的力學(xué)性質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)水泥改良黃土的工程性質(zhì)，提出水泥改良黃土的建議摻量比例參數(shù)。主要試驗(yàn)項(xiàng)目包括：不同水泥摻量情況下的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)、密度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。對(duì)黃土改良的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)共采用三個(gè)因素進(jìn)行制樣和試驗(yàn)，力求在不同影響因素下了解最優(yōu)的強(qiáng)度值。各項(xiàng)試驗(yàn)均符合國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范、規(guī)定，設(shè)計(jì)內(nèi)容合理可行。關(guān)鍵詞：巖土工程 黃土性質(zhì)試驗(yàn)

2、水泥改良 最優(yōu)參數(shù)abstractthis article is the loess of lanzhou jiuzhou region as study object, undisturbed loess and remodeling of the indoor test of the mechanical properties of loess engineering, familiar with the loess strength test methods and parameter values, combined with loess no unconfined compressi

3、ve strength and tensile strengthcontrast to experimental research, to grasp the main factors affect the the loess tensile strength and anisotropy.on this basis, through the mechanical properties of loess with different contents of cement improved indoor test, evaluation of the engineering properties

4、 of the cement modified loess proposed cement loess recommended dosage ratio parameters. the main pilot projects include: compaction experiments in the case of different cement content, density, unconfined compressive strength. loess improved compressive strength tests were used in the three factors

5、 for sample preparation and testing, the optimal intensity value and strive to understand the different factors. the test are in line with current national norms, regulations, design content is reasonably practicable.keywords: geotechnical engineering loess properties test cement improvement the opt

6、imal parameters目錄 摘要.i abstract.ii 1. 緒論.5 1.1 概述.5 1.2 黃土的堆積時(shí)代及代表地層.5 1.3 濕陷性黃土的工程性質(zhì).6 1.3.1 濕陷性黃土的物理性質(zhì).6 1.3.2 濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì).6 1.4黃土的結(jié)構(gòu)特征 .7 1.4.1結(jié)構(gòu)概述.7 1.4.2骨架顆粒的形態(tài).7 1.4.3骨架顆粒的連接形式.8 1.4.4 骨架顆粒的排列方式和孔隙.8 1.4.5 黏膠顆粒的賦存狀態(tài).9 1.4.6碳酸鈣的存在形式.9 1.4.7黃土的濕陷機(jī)理.92. 原狀土性質(zhì)實(shí)驗(yàn) .10 2.1原狀土性質(zhì)實(shí)驗(yàn) .10 2.1.1液塑限實(shí)驗(yàn).10 2.1

7、.2擊實(shí)實(shí)驗(yàn).11 2.1.3土粒比重.13 2.1.4其他數(shù)據(jù).13 2.2原狀土抗壓實(shí)驗(yàn).15 2.2.1黃土抗壓強(qiáng)度影響因素分析.15 2.2.2試驗(yàn)方法.15 2.2.3試驗(yàn)步驟.17 2.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果.18 2.3原狀土抗拉試驗(yàn).19 2.3.1試驗(yàn)方法.20 2.3.2試驗(yàn)步驟.22 2.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果.233. 水泥改良黃土抗壓實(shí)驗(yàn).26 3.1實(shí)驗(yàn)原理.26 3.2試驗(yàn)儀器及方案.26 3.2.1實(shí)驗(yàn)儀器26 3.2.2試驗(yàn)方法.27 3.2.3試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線特征30 3.2.4實(shí)驗(yàn)過(guò)程描述.32 3.2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.364. 結(jié)論.38 4.1主要結(jié)論.38 4.2實(shí)

8、驗(yàn)拓展.39 致謝.40 參考文獻(xiàn).41 附錄.40 附錄1.擊實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄.42 附錄2.原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)記錄.43 附錄3. 90%壓實(shí)度下含水率與最大應(yīng)力關(guān)系表 49 附錄4. 95%壓實(shí)度下含水率與最大應(yīng)力關(guān)系表 50 1. 緒論1.1 概述黃土古稱“黃壤”，本源于土地之色，是一種第四紀(jì)沉積物，具有一系列內(nèi)部物質(zhì)成分和外部形態(tài)的特征，不同于同期的其他的沉積物，在地理分布上也有一定的規(guī)律性。世界許多國(guó)家，如美國(guó)的中西部，俄羅斯的南部和澳大利亞等國(guó)都有分布，全世界各洲黃土和黃土狀土分布的總面積約為1300萬(wàn)km2,占陸地面積的9.3%。我國(guó)的黃土和黃土狀土的分布面積約為64萬(wàn)km

9、2,占國(guó)土面積的6.3%。在黃河中游地區(qū)，西起賀蘭山，東到太行山，北起長(zhǎng)城，南到秦嶺，幾乎全部都被黃土覆蓋，面積約為27萬(wàn)km2。這里黃土發(fā)育最好，地層全，厚度大，分布連續(xù)，是我國(guó)黃土主要分布地區(qū)。由于對(duì)它的開發(fā)利用不合理，造成水土流失，使整個(gè)的黃土高原分割而成丘陵溝壑縱橫，不僅對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展和工業(yè)、水利、交通等工程建設(shè)造成不利影響，也是黃河泥沙的主要來(lái)源，如何合理利用好這部分黃土，具有深遠(yuǎn)的意義。黃土按成因分為原生黃土和次生黃土，一般認(rèn)為不具層理的風(fēng)成黃土為原生黃土。原生黃土經(jīng)過(guò)流水沖刷、搬運(yùn)和重新沉積而形成的為次生黃土，具有層理，并含有較多的砂礫和細(xì)礫。黃土一般分為濕陷性黃土、非濕陷性黃土。在

10、一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土稱之為濕陷性黃土；在一定壓力下受水浸濕，無(wú)顯著附加下沉的黃土稱之為非濕陷性黃土。濕陷性黃土又分為自重濕陷性黃土、非自重濕陷性黃土。在上覆土的自重壓力下受水浸濕，發(fā)生顯著附加下沉的濕陷性黃土稱之為自重濕陷性黃土；在上覆土的自重壓力下受水浸濕，不發(fā)生顯著附加下沉的濕陷性黃土稱之為非自重濕陷性黃土。1.2 黃土的堆積時(shí)代及代表地層我國(guó)黃土堆積時(shí)代包括整個(gè)第四紀(jì)。形成于距今120萬(wàn)70萬(wàn)年之間的下更新世()午城黃土和形成于距今約70萬(wàn)10萬(wàn)年；之間的中更新世()離石黃土稱為老黃土，其大孔結(jié)構(gòu)多已退化，一般僅在黃土的上部有輕微濕陷性，或在大壓力

11、下有濕陷性。黃土分布普遍，厚度為5070m，在黃河中游最厚可達(dá)170m。全新世黃土狀土為新近堆積，多分布在塬、梁表層及河谷階地上，坡腳以及階地上及地層的頂部，受各種自然應(yīng)力的影響，其物理力學(xué)性質(zhì)的差異較大。質(zhì)地較疏松，成巖性差，具有濕陷性，甚至強(qiáng)烈的濕陷性。晚更新世（q3）馬蘭黃土構(gòu)成黃土層的上部，為典型土。其質(zhì)地疏松，無(wú)層理，大孔結(jié)構(gòu)發(fā)育，有垂直節(jié)理裂隙，有較強(qiáng)的濕陷性或自重濕陷性。如處理不善常會(huì)發(fā)生較大的濕陷事故，威脅建筑物安全。中更新世（q2）離石黃土為馬蘭黃土下面的埋藏黃土層，其間夾有多層古土壤層和鈣質(zhì)結(jié)核厚度較大，構(gòu)成黃土塬的主體。質(zhì)地較密實(shí)，一般無(wú)濕陷性，但在高壓下仍具有一定的濕陷

12、性。早更新世（q1）午城黃土為老黃土的下部，顏色呈淡紅色，含有棕紅色的埋藏古土壤層。其質(zhì)地密實(shí)、強(qiáng)度大、壓縮性小、厚度較薄，幾乎不透水，無(wú)濕陷性。黃土的沉積具有沉積分選作用，因此根據(jù)黃土沉積的特點(diǎn)，中國(guó)黃土分布自西而東則有：（1）西北干燥內(nèi)陸盆地；（2）中部黃土高原；（3）東部山前丘陵及平原三個(gè)大區(qū)，各區(qū)在地里分布和時(shí)間演化上各有不同特點(diǎn)。 1.3 濕陷性黃土的工程性質(zhì)1.3.1 濕陷性黃土的物理性質(zhì)(1)顆粒組成：不同地質(zhì)時(shí)代的黃土，其顆粒組成不同。(2)干容重：變化范圍一般在11.416.9之間。干容重是衡量黃土密實(shí)程度的一個(gè)重要指標(biāo)，與土的濕陷性也有較明顯的關(guān)系。一般情況下，干容重越小，

13、濕陷性越強(qiáng)；反之，則弱。(3)孔隙比：變化范圍一般在0.851.24之間，大多數(shù)在1.01.1之間。孔隙比是影響黃土濕陷性的主要指標(biāo)之一，在其他條件相同的情況下，土的孔隙比越大，濕陷性越強(qiáng)。(4)天然含水量：土的天然含水量與濕陷性和承載力的關(guān)系都十分密切。含水量低時(shí)，濕陷性強(qiáng)烈，但土的承載力卻較高，隨著含水量的增大，濕陷性逐漸減弱。(5)飽和度：濕陷性黃土的飽和度在15%77%之間變化，多數(shù)為40%50%，亦即處于稍濕狀態(tài)。稍濕狀態(tài)的黃土，其濕陷性一般比很濕的土要強(qiáng)。隨著飽和度的增加，濕陷性減弱。當(dāng)飽和度接近于80%時(shí)，濕陷性就基本消失。(6)液限：是決定黃土性質(zhì)的另一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)液限在30

14、%以上時(shí)，黃土的濕陷性較弱，且多為非自重濕陷性黃土。當(dāng)液限小于30%時(shí)，則濕陷一般較強(qiáng)烈。液限越高，黃土的承載力也越高。1.3.2 濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)1.3.2.1 壓縮性壓縮性是土的一項(xiàng)重要工程性質(zhì)，它反映地基土在外荷載作用下所產(chǎn)生的壓縮變形的大小。對(duì)濕陷性黃土來(lái)說(shuō)，壓縮變形是指地基土在天然含水量條件下受外荷作用時(shí)所產(chǎn)生的變形，它不包括地基受水浸濕后的濕陷變形。濕陷性黃土的壓縮性質(zhì)指標(biāo)我國(guó)目前仍用壓縮系數(shù)壓縮模量和變形模量來(lái)表示。我國(guó)濕陷性黃土的壓縮系數(shù)介于0.11.0之間，除受土的天然含水量影響外，地質(zhì)年代也是一個(gè)重要因素。和早期黃土，其壓縮性多為中等偏低，或低壓縮性，而晚期和黃土，多為

15、中等偏高壓縮性。新近堆積黃土一般具有高壓縮性，且其峰值往往在壓力不到200時(shí)出現(xiàn)，壓縮系數(shù)最大值達(dá)1.02.0。1.3.2.2 抗剪強(qiáng)度黃土的抗剪強(qiáng)度主要取決于土的含水量和密實(shí)程度。含水量越低，密實(shí)程度越高，則抗剪強(qiáng)度越大。當(dāng)黃土的天然含水量低于塑限時(shí)，水分變化對(duì)強(qiáng)度影響最大，隨含水量的增加，土的內(nèi)摩擦角和黏聚力都降低較多，但當(dāng)天然含水量大于塑限時(shí)，含水量對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響減小，而超過(guò)飽和含水量時(shí)，抗剪強(qiáng)度變化不大。當(dāng)土的含水量相同，則密實(shí)程度越大，即土的干重度越大，抗剪強(qiáng)度越大。在浸水過(guò)程中，黃土濕陷處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度降低最多，但當(dāng)黃土的濕陷壓密過(guò)程已基本結(jié)束，此時(shí)土的含水量雖然

16、很高，但抗剪強(qiáng)度卻高于濕陷過(guò)程。因此，濕陷性黃土處于地下水位變動(dòng)帶時(shí)，其抗剪強(qiáng)度最低，而處于地下水位以下的黃土，抗剪強(qiáng)度反而高些。1.4 黃土的結(jié)構(gòu)特征1.4.1 結(jié)構(gòu)概述我國(guó)黃土的顯微結(jié)構(gòu)有明顯的區(qū)域性變化規(guī)律，由西北部的粒狀架空接觸式結(jié)構(gòu)逐漸過(guò)渡到東南的凝塊鑲嵌膠結(jié)式結(jié)構(gòu)，這種顯微結(jié)構(gòu)的地區(qū)性和黃土濕陷性由西北向東南逐漸減弱的總趨勢(shì)相吻合。構(gòu)成黃土結(jié)構(gòu)體系的支柱是骨架顆粒，其形態(tài)表征傳力性能和變形特征，其連接形式直接影響黃土結(jié)構(gòu)體系的膠結(jié)強(qiáng)度，而排列方式?jīng)Q定結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。1.4.2 骨架顆粒的形態(tài)骨架顆粒的形態(tài)分為粒狀和凝塊狀兩種。在西北地區(qū)以粒狀為主，一般為碳酸鹽牢固膠結(jié)，有較大的剛

17、性，由于氣候干燥，加固黏聚阻礙了土體有效壓密，在浸水條件下易產(chǎn)生強(qiáng)烈濕陷。而東南部地區(qū)的集粒和外包黏土顆粒，質(zhì)體柔軟，剛性差。凝塊是由柔性集粒進(jìn)一步軟化合并而成，剛性更差。隨著凝塊的形成和增多，作為黃土特點(diǎn)的濕陷性將完全消失。在黃土中，粒狀和凝塊同時(shí)存在，但一般西北部以粒狀為主，東南部以凝塊為主，中間地帶粒狀、凝塊都有。1.4.3 骨架顆粒的連接形式骨架顆粒的連接形式分點(diǎn)接觸和面膠結(jié)兩種。點(diǎn)接觸：顆粒直接接觸，接觸面很小，連接強(qiáng)度主要由接觸點(diǎn)處的鹽晶膠結(jié)造成的加固黏聚力所成，在水浸入時(shí)，部分鹽晶溶解，削弱了連接強(qiáng)度，即使在較小的壓力下，這種連接也極易破壞。面膠結(jié)：接觸面積較大，接觸處有較厚的黏

18、土膜或集聚相當(dāng)多的黏土片，同時(shí)也夾有鹽晶薄膜的連接，這種連接具有較高的強(qiáng)度，在浸水條件下剩余強(qiáng)度要比點(diǎn)接觸為高，在自重壓力下浸水將不會(huì)濕陷。由此可認(rèn)為點(diǎn)接觸易發(fā)生濕陷，且濕陷速度快，而面膠結(jié)則不易濕陷，其速度也較慢，但連接形式與氣候條件、碳酸鈣淋溶和黏土化程度有關(guān)，氣候干燥的西北地區(qū)，點(diǎn)接觸連接占優(yōu)勢(shì)，東南地區(qū)面膠結(jié)占優(yōu)勢(shì)，介于兩者之間的地區(qū)往往兩種連接形式同時(shí)存在。1.4.4 骨架顆粒的排列方式和孔隙黃土中存在各種各樣的孔隙，其中與其骨架顆粒排列方式有關(guān)的有大孔隙、架空孔隙和鑲嵌排列孔隙等。大孔隙為一般肉眼可見的孔隙，一般占孔隙總體積的6%18%，不是產(chǎn)生濕陷變形的主要原因。架空孔隙是由一定

19、數(shù)量的骨架顆粒松散堆積所造成的孔隙，孔徑遠(yuǎn)比構(gòu)成孔隙的粒徑為大。當(dāng)水浸入并削弱連接強(qiáng)度時(shí)，在一定壓力下就會(huì)失去穩(wěn)定，孔隙周圍的顆粒落人孔內(nèi)，造成濕陷現(xiàn)象。點(diǎn)接觸連接的架空孔隙比面膠結(jié)連接的架空孔隙更容易產(chǎn)生濕陷。鑲嵌排列孔隙是指顆粒在平面排列成犬牙交錯(cuò)，在空間呈鑲嵌排列所構(gòu)成的孔隙，較周圍粒徑為小，因而比較穩(wěn)定，一般不會(huì)發(fā)生濕陷。在黃土中架空孔隙和鑲嵌排列孔隙往往同時(shí)存在，由于氣候干燥鹽晶膠結(jié)形成的加固黏聚力，阻礙了土體的有效壓密，架空子孔隙占優(yōu)勢(shì)，因此極易濕陷。1.4.5 黏膠顆粒的賦存狀態(tài)黏膠顆粒的賦存狀態(tài)同樣隨地區(qū)變化有明顯不同，西北地區(qū)大部分黏膠顆粒被碳酸鈣膠結(jié)成集?；蚰z結(jié)在碎屑顆粒周

20、圍，作為一個(gè)整體顆粒成為結(jié)構(gòu)體系的骨架，很少單獨(dú)分散存在，因此在連接處只有很薄一層黏土膜膠，而大量的黏膠顆粒不能發(fā)揮黏結(jié)作用。在東南地區(qū)隨著碳酸鈣的淋失，構(gòu)成集粒的黏膠顆粒變軟，并互相黏結(jié)為凝塊，部分黏膠顆粒分散在孔隙溶液中充填孔隙，水分蒸發(fā)縮聚到顆粒連接處，使顆粒間由接觸連接變成膠結(jié)連接形態(tài)。1.4.6 碳酸鈣的存在形式原生碳酸鈣碎屑顆粒只起骨架顆粒的作用，不起膠結(jié)作用。微晶粉末狀碳酸鈣均勻分布在黃土中，將細(xì)碎屑膠結(jié)成集粒或膠結(jié)在碎屑顆粒的表面。在非常干旱的荒漠地帶，幾乎不發(fā)生鈣的淋溶，因此碳酸鈣碎屑顆粒占優(yōu)勢(shì)。在潮濕地帶，鈣的大量遷移，往往富集于某一層位或大孔隙內(nèi)。只有在大陸性的干濕交替并

21、以干旱占優(yōu)勢(shì)的條件下，使存在于碎屑內(nèi)的鈣質(zhì)緩慢淋出，將附近已凝聚的黏膠顆粒群進(jìn)一步膠結(jié)成集粒，致使未經(jīng)壓密的土體逐漸變成多孔的松散土體，形成導(dǎo)致黃土濕陷的特殊結(jié)構(gòu)。因此，黃土的微觀結(jié)構(gòu)是在一定的地質(zhì)歷史條件下形成的，它反映了黃土的堆積方式、堆積環(huán)境以及堆積后的風(fēng)化成土作用和應(yīng)力歷史的變遷過(guò)程，它是在特定條件下地球物理化學(xué)作用的綜合，是包含濕陷性形成在內(nèi)的一切物理化學(xué)過(guò)程的產(chǎn)物。 1.4.7 黃土的濕陷機(jī)理 對(duì)黃土的濕陷機(jī)理，國(guó)內(nèi)外有種種假說(shuō)，如毛細(xì)管假說(shuō)、溶鹽假說(shuō)、膠體不足說(shuō)、欠壓密理論和結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)等。其中欠壓密理論有較多的擁護(hù)者。該假說(shuō)認(rèn)為黃土是在干旱和半干旱條件下形成的，在干燥少雨的條件下，

22、由于蒸發(fā)量大，水分不斷減少，鹽類析出，膠體凝結(jié)，產(chǎn)生了加固黏聚力，在土濕度不很大的情況下，上覆土層不足以克服土中形成的黏聚力，因而形成欠壓密狀態(tài)，一旦受水浸濕，加固黏聚力消失，就產(chǎn)生濕陷。2. 原狀土性質(zhì)實(shí)驗(yàn)2.1 原狀土性質(zhì)實(shí)驗(yàn)2.1.1 液塑限實(shí)驗(yàn)2.1.1.1 液塑限實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.本試樣采用風(fēng)干試樣，并過(guò)0.5mm篩，取0.5mm篩下的代表性土樣200g。2.將試樣放在橡皮板上用純水將土樣調(diào)成均勻膏狀，放入調(diào)土皿，浸潤(rùn)過(guò)夜。圖2.1.1.13.將制備的試樣充分調(diào)拌均勻，填入試樣杯中，填樣時(shí)不應(yīng)留有空隙，對(duì)較干的試樣應(yīng)充分搓揉，密實(shí)地填入試樣杯中，填滿后刮平表面（圖2.1.1.1）。4. 將

23、試樣杯放在聯(lián)合測(cè)定儀的升降座上，在圓錐上抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。 5. 調(diào)節(jié)零點(diǎn)將屏幕上的標(biāo)尺調(diào)在零位，調(diào)整升降座、使圓錐尖接觸試樣表面，指示燈亮?xí)r圓錐在自重下沉入試樣，經(jīng)5s后測(cè)讀圓錐下沉深度（顯示在屏幕上），取出試樣杯，挖去錐尖入土處的凡士林，取錐體附近的試樣不少于10g，放入稱量盒內(nèi)，測(cè)定含水率（圖2.1.1.1）。6. 將全部試樣再加水或吹干并調(diào)勻重復(fù)本條3至5款的步驟分別測(cè)定第二點(diǎn)第三點(diǎn)試樣的圓錐下沉深度及相應(yīng)的含水率液塑限聯(lián)合測(cè)定應(yīng)不少于三點(diǎn)。2.1.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表2-1 界限含水率實(shí)驗(yàn)表含水量(%)平均下沉深度(mm)實(shí)測(cè)值(mm)11.681.130.8

24、0.60.91.21.81.614.052.572.492.942.82.42.52.315.382.432.761.721.92.23.42.116.933.532.293.192.74.64.43.419.254.644.584.8954.43.5521.555.485.695.465.555.85.523.028.3210.97.97.68.37.58.122.558.448.888.69.37.18.824.1612.6513.813.613121113圖2-1 液塑限圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線由此可以得到，液限27.56，塑限15.03，塑性指數(shù)12.542.1.2 擊實(shí)實(shí)驗(yàn)2.1

25、.2.1 主要儀器 由于黃土屬于粒徑小于5mm的粘性土，故采用輕型擊實(shí)桶，并且分三層擊實(shí)。輕型擊實(shí)桶型號(hào)數(shù)據(jù)如表2所示。表2-2 擊實(shí)儀主要部件規(guī)格表11試驗(yàn)方法錘底直徑（mm）錘質(zhì)量（kg）落高（mm）擊實(shí)筒護(hù)筒高度（mm）內(nèi)徑（mm）筒高（mm）容積（cm3）輕型512.5305102116947.4502.1.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟1. 取天然含水率的代表性土樣20kg碾碎，過(guò)5mm篩，將篩下土樣拌勻，并測(cè)定土樣的天然含水率。經(jīng)測(cè)得原狀土天然含水率為3.85%，如表3所示。根據(jù)土樣的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，由以上液塑限實(shí)驗(yàn)選擇含水量分別為11%、13%、15%、17%、19%五個(gè)含水量的土樣，分別

26、將天然含水率的土樣風(fēng)干或加水進(jìn)行制備，使制備好的土樣水分均勻分布。表2-3 原狀土天然含水量盒號(hào)271a98a23b77198169b23274盒重（g）10.2312.8812.6911.989.729.7612.289.85初重(g)58.8351.3845.7262.0752.5955.1450.1550.23干重(g)57.5350.3745.1361.0850.6553.1148.1648.06含水量(%)2.752.691.822.024.744.685.555.68含水量均值(%)2.721.924.715.61最終含水量(%)3.852將擊實(shí)儀平穩(wěn)置于剛性基礎(chǔ)上，擊實(shí)筒與底座聯(lián)

27、接好，安裝好護(hù)筒，在擊實(shí)筒內(nèi)壁均勻涂一薄層潤(rùn)滑油，稱取一定量試樣，倒入擊實(shí)筒內(nèi)，分層擊實(shí)，擊實(shí)試樣為25kg，分3層每層25擊每層試樣高度相等，兩層交界處的土面刨毛，擊實(shí)完成時(shí)超出擊實(shí)筒頂?shù)脑嚇痈叨刃∮?mm。3. 卸下護(hù)筒，用直刮刀修平擊實(shí)筒頂部的試樣，拆除底板，試樣底部若超出筒外，也應(yīng)修平，擦凈筒外壁，稱筒與試樣的總質(zhì)量，準(zhǔn)確至1g，并計(jì)算試樣的濕密度。4. 用推土器將試樣從擊實(shí)筒中推出，取2個(gè)代表性試樣測(cè)定含水率,2個(gè)含水率的差值應(yīng)不大于1%。并且對(duì)不同含水率試樣依次擊實(shí)。5. 將數(shù)據(jù)記錄入表4所示。6. 試樣干密度應(yīng)按2.1.1式計(jì)算：1 （2.1.1） 某點(diǎn)試樣的含水率（%）由表4繪

28、出含水率與干密度關(guān)系曲線，如圖2所示。圖2-2 含水率與干密度關(guān)系曲線由圖2中可以得到最佳含水率為15.67%，最大干密度為1.87g/cm32.2 原狀土性質(zhì)數(shù)據(jù)整理2.1.3土粒比重由表5可以求出塑性指數(shù)與土粒比重之間的關(guān)系，從而了解原狀黃土的土粒比重11表2-5 塑性指數(shù)與土顆粒密度關(guān)系塑性指數(shù)3.6-5.85.9-7.98.0-9.010.0-11.811.9-13.713.8-15.815.9-18.318.4-21.421.5-27.027.1顆粒密度2.682.692.72.712.722.732.742.752.762.77由表5可以得出原狀黃土的顆粒密度（s）為2.72g/c

29、m32.1.4 其他數(shù)據(jù)2.1.4.1 天然密度在測(cè)天然密度時(shí)，我們將原狀土進(jìn)行削樣，成圓柱狀，以便測(cè)其含水量。表6即是測(cè)得原狀土的尺寸求的數(shù)據(jù)表。表2-6 原狀土尺寸表編號(hào)試樣高度（cm）試樣直徑（cm）質(zhì)量（g）密度（g/cm3）均值（g/cm3）0180平均090平均h16.296.286.296.096.026.06310.951.721.69h26.396.436.416.116.106.11317.741.69h36.436.456.446.116.096.10296.401.57h46.406.426.416.086.026.05287.431.56h56.206.256.236

30、.005.955.98325.661.87h66.416.436.426.065.946.00255.961.41z16.486.486.486.015.996.00322.071.76z26.436.426.436.216.206.21331.711.71z36.386.366.375.895.935.91277.141.59z46.416.426.426.096.046.07351.491.90z66.496.426.466.096.026.06347.591.87z76.406.436.426.156.106.13348.701.84z86.396.496.446.036.056.042

31、77.351.502.1.4.2 天然干密度原狀土天然干密度由式2.2.1計(jì)算得出：12 （2.2.1）-天然密度（g/cm3）-天然含水量（%）2.1.4.3 天然孔隙率原狀土天然孔隙率由式2.2.2計(jì)算得出1： （2.2.2）s-顆粒密度（g/cm3）d-天然干密度(g/cm3)2.2.3 數(shù)據(jù)整理原狀土性質(zhì)由表7整理所得：表2-7 原狀土性質(zhì)表含水率(%)顆粒比重（s）空隙比飽和度（%）液限塑限塑性指數(shù)密度（g/cm3）干密度(g/cm3)3.852.721.676.2727.5615.0312.541.691.632.2 原狀土抗壓實(shí)驗(yàn)土的抗壓強(qiáng)度是指土體對(duì)外荷載所產(chǎn)生的壓應(yīng)力的極限抵

32、抗能力，是評(píng)價(jià)土體強(qiáng)度不可或缺的指標(biāo)。目前對(duì)黃土的研究涉及到黃土的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、微觀結(jié)構(gòu)和變形機(jī)理研究等各個(gè)方面。2.2.1 黃土抗壓強(qiáng)度影響因素分析2.2.2 試驗(yàn)方法首先將原狀土進(jìn)行試樣制備，由于黃土土樣較軟，先用鋼絲鋸或切土刀切取一稍大于規(guī)定尺寸的土柱，放在切土盤上下圓盤之間，用鋼絲鋸或切土刀緊靠側(cè)板，由上往下細(xì)心切削，邊切削邊轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，直至土樣被削成規(guī)定的直徑為止。試樣切削時(shí)應(yīng)避免擾動(dòng)，當(dāng)試樣表面遇有礫石或凹坑時(shí)，允許用削下的余土填補(bǔ)。取出試樣，按規(guī)定的高度將兩端削平，稱量。并取余土測(cè)定試樣的含水率（表2-8）。表2-8 原狀土含水率及干密度表項(xiàng)目縱向試樣橫向

33、試樣 編號(hào)1#2#3#4#5#6#干密度/g/cm31.681.691.711.551.541.52含水量/%4.143.955.15平均干密度/g/cm31.691.54平均含水量/%45.03圖1圖2圖3接下來(lái)進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)。將試樣兩端抹一薄層凡士林，試樣周圍亦需抹一薄層凡士林，防止水分蒸發(fā)。將試樣放在底座上，將底座上升，試樣與加壓板剛好接觸，將測(cè)力計(jì)讀數(shù)調(diào)整為0.我們選用的百分表最小單位為0.01mm，量程為30mm，啟動(dòng)按鈕，緩慢上升，開始讀數(shù)，每隔0.2mm記一次應(yīng)力環(huán)百分表讀數(shù)。當(dāng)測(cè)力計(jì)讀數(shù)達(dá)到峰值時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行3%到5%的應(yīng)變后停止試驗(yàn)。2.2.3 試驗(yàn)步驟試樣剛開始被提升強(qiáng)度

34、時(shí)外觀無(wú)明顯變化，但隨著強(qiáng)度不斷增加，從頂面外圍開始產(chǎn)生細(xì)小裂縫，而且隨著強(qiáng)度的增加裂縫向下延伸，最終在達(dá)到最大強(qiáng)度后，裂縫與底面貫通，試樣最終被破壞，強(qiáng)度為零。（圖1.2.3）2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)整理以及繪圖，可以得到原狀土抗壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖（圖），可以看到原狀黃土中應(yīng)力隨著應(yīng)變呈線性增長(zhǎng)，到達(dá)最高強(qiáng)度后并不是立即強(qiáng)度降為零，而是緩慢下降，并且在達(dá)到最高強(qiáng)度后呈現(xiàn)一定的屈服狀態(tài)。軸向應(yīng)變，應(yīng)按下式計(jì)算：11 1 =hh0100 （2.2.3）圖3-5 縱向抗壓應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-6 橫向抗壓應(yīng)力應(yīng)變曲線 (1) （2）（3） （4）試樣面積的校正，應(yīng)按下式計(jì)算：11 (1) 試樣所受的

35、軸向應(yīng)力,應(yīng)按下式計(jì)算：12 (2)2.3 原狀土抗拉試驗(yàn)土抵抗拉伸的能力通常相當(dāng)弱。一般情況下, 設(shè)計(jì)人員在土工結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定分析中常常忽略不計(jì)土的抗拉強(qiáng)度。由于近幾年來(lái)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 公路、機(jī)場(chǎng)、高土石壩等的修建蓬勃興起, 使人們對(duì)這些建筑物或構(gòu)筑物的抗裂能力提出較高的要求, 這就使得對(duì)土的抗拉強(qiáng)度的研究更具現(xiàn)實(shí)重要的意義。同樣, 從西北地區(qū)的土質(zhì)特點(diǎn)出發(fā), 也要求我們對(duì)黃土的抗拉強(qiáng)度作出研究。2.3.1 試驗(yàn)方法原狀土抗拉實(shí)驗(yàn)的過(guò)程與實(shí)驗(yàn)儀器與原狀土抗壓試驗(yàn)基本一致，只是試樣大小比抗壓試件小，而且在無(wú)側(cè)限三軸儀將試樣放置在上面之前，要在試樣的頂面和底面分別放置直徑為16mm的小型圓

36、柱狀墊石（圖）。這樣使試驗(yàn)從抗壓實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛟嚇又車斓目估瓕?shí)驗(yàn)。抗拉試樣干密度與含水量表如圖所示。表2-x 抗壓試樣含水量與干密度表方向橫向編號(hào)1#2#3#4#5#6#干密度1.711.691.581.571.731.55含水量2.622.64.254.252.644.23方向縱向編號(hào)1#2#3#4#5#6#7#干密度1.731.711.691.871.841.851.68含水量2.382.362.354.884.894.92.332.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟通過(guò)對(duì)拉伸試驗(yàn)全過(guò)程的觀察, 發(fā)現(xiàn)黃土的單軸拉裂破壞為脆性破壞, 其拉裂破壞具有突然性, 破壞面基本垂直于加荷軸, 沿主應(yīng)力面發(fā)生。（圖）（

37、a）（b）（c）2.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果由于本實(shí)驗(yàn)使用的是抗壓試驗(yàn)儀器，其他公式均與抗壓試驗(yàn)的公式一致，但是將測(cè)得的是抗拉應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，故抗拉應(yīng)力的計(jì)算公式為13其中：k-試樣尺寸系數(shù); b-試樣半徑； h-試樣高度；a-圓柱狀墊石半徑，為8mm;p-最大荷載拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線為典型應(yīng)變硬化型, 應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而持續(xù)增加.由于是脆性斷裂，當(dāng)達(dá)到最高強(qiáng)度時(shí)，時(shí)間已經(jīng)斷裂，強(qiáng)度將為零，例如縱2試樣（圖）。有的試樣表現(xiàn)出很低的強(qiáng)度，是由于試樣底面不平整，并且試樣表面有很多空洞，導(dǎo)致試樣偏心受力和試樣承載能力不強(qiáng)，強(qiáng)度在很低的情況下就被破壞了。例如縱3試樣和橫4試樣。（圖）。1 2（a）橫向試樣（b）縱向

38、試樣圖2-11 抗拉試樣應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖2.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析抗拉試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2-11所示。由圖可以分析得知，黃土在單軸拉伸過(guò)程中的變形由兩部分組成: 一部分變形可以恢復(fù)是彈性變形, 另一部分變形不可以恢復(fù)是塑性變形, 黃土的拉伸變形性狀是由這兩種變形共同控制。試樣含水率對(duì)這兩種變形有顯著影響。在小含水率下, 土顆粒周圍的水膜較薄, 甚至有些土粒周圍沒(méi)有形成水膜, 此時(shí)土試樣表現(xiàn)為彈性性質(zhì)。此階段試樣變形主要受彈性變形控制, 塑性變形很小。隨試樣含水率的增大試樣產(chǎn)生的彈性變形迅速減小, 試樣變形也隨之減小, 而塑性變形在低含水率隨含水率的增大其增大幅度很小, 基本上不會(huì)影響總變形隨含水

39、率增大而減小的性質(zhì)。當(dāng)試樣含水率超過(guò)某一含水率時(shí), 試樣變形主要由塑性變形控制,試樣的彈性變形對(duì)總變形的貢獻(xiàn)不明顯, 此時(shí)隨含水率的進(jìn)一步增大, 試樣塑性變形迅速增大, 試樣變形也隨之增大, 而在超過(guò)這含水率時(shí)試樣彈性變形已經(jīng)很小, 其隨含水率的增大進(jìn)一步減小基本不會(huì)影響試樣變形隨含水率增大而增大的趨勢(shì).3. 水泥改良黃土抗壓實(shí)驗(yàn)。3.1 實(shí)驗(yàn)原理水泥黃土是由黃土和水泥通過(guò)攪拌而成的介于土與混凝土之間的一種介質(zhì)材料?？箟簭?qiáng)度作為土體材料一種重要性質(zhì)，常常能夠反映材料抵抗變形的能力，在工程上應(yīng)用極為廣泛，故采用土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（gbt50123-1999）中無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)水泥改良黃土進(jìn)行抗

40、壓試驗(yàn)。3.2 試驗(yàn)儀器及方案3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)所使用主要儀器有：1.tsz-6a應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限三軸儀，由測(cè)力計(jì)、加壓框架、升降設(shè)備組成。（圖3-1）。應(yīng)力環(huán)型號(hào)為24560.應(yīng)力環(huán)系數(shù)由應(yīng)力環(huán)說(shuō)明書中可以得知。圖3-1 tsz-6a應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限三軸儀2.量程10mm，分度值0.01mm百分表的軸向位移計(jì)。3.電子稱。表3-1 應(yīng)力環(huán)參數(shù)表負(fù)荷（kn）進(jìn)程（0.01mm）應(yīng)力環(huán)參數(shù)（kn/0.01mm）（1）（2）（3）=（1）/（2）014.127711.24121.48231.72741.96852.2162.45382.94103.423.2.2試驗(yàn)方法本次根據(jù)對(duì)水泥改良黃

41、土的抗壓強(qiáng)度影響因素的分析，我們將其影響因素中的水泥摻量、壓實(shí)度和含水量這三個(gè)變量分別進(jìn)行當(dāng)天制樣當(dāng)天測(cè)量其抗壓強(qiáng)度和試樣7天齡期的抗壓強(qiáng)度。（其中水泥摻量是指水泥劑量占全部土顆粒的干質(zhì)量的百分比，即水泥劑量=水泥質(zhì)量/干土質(zhì)量*100%）其影響因素列表如表3-2.表3-2水泥摻量+7水泥量+5水泥量+3水泥量壓實(shí)度95%90%90%含水量13%15%17%19%抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)圖示13 在上圖示，h代表試件的高度（在本實(shí)驗(yàn)中h=60.0mm），b代表試件的半徑（本實(shí)驗(yàn)中b=30.0mm），a代表圓柱狀墊石半徑（本實(shí)驗(yàn)中a=8.0mm）。其中b/a=0.20.3，所以a=6.0mm9.0mm.首先

42、先要確定各水泥摻量下其最優(yōu)含水量，最優(yōu)含水量求得過(guò)程可通過(guò)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)求得，得到各水泥摻量下的最佳含水量圖如圖所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程和以上求最佳含水量相同，這里再不復(fù)述。水泥的物理性質(zhì)如表3-3所示。表3-3 水泥的物理性質(zhì)指示表細(xì)度初凝時(shí)間終凝時(shí)間安定性水泥抗折強(qiáng)度/mpa水泥抗壓強(qiáng)度/mpa1.3%2h45min3h55min合格4.218.4各水泥摻量中的最佳含水量和最大干密度如表3-4所示。水泥的物理性質(zhì)如表3-4所示。11表3-4 各水泥摻量下最佳含水量和最大干密度表水泥摻量最佳含水量/%最大干密度/g/cm3+7%17.51.783+5%16.81.825+3%16.01.827各水泥摻量下的

43、最佳含水量和最大干密度都已求出，便可進(jìn)行制樣。以+7%水泥摻量為例，每個(gè)樣都制作兩個(gè)，以便進(jìn)行比較。將碾散的風(fēng)干土樣通過(guò)孔徑2mm的篩，取篩下足夠試驗(yàn)用的土樣，充分拌勻，測(cè)定風(fēng)干含水率為1.75%，裝入保濕缸或塑料袋內(nèi)備用。根據(jù)黃土的液塑限實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定重塑土樣的含水量控制標(biāo)準(zhǔn)，然后依據(jù)風(fēng)干含水量1配置成五組不同含水量松散土樣，接近于液塑限一組，兩組低于塑限，兩組高于液限。把配好含水量的土樣用兩層塑料袋包裹扎緊，以使土樣含水量分布均勻。經(jīng)綜合分析確定水泥改良黃土重塑樣分別以95%和90%壓實(shí)度控制的干1.69g/cm3和1.60g/cm3.采用輕型擊樣法制樣，分兩層進(jìn)行擊實(shí)，層間進(jìn)行刨毛，然后再

44、擊下一層，把握好擊實(shí)力度使得每層土樣的擊實(shí)功大致相等以保證擊實(shí)樣的完整性和均勻性，擊實(shí)后的每層試樣高度應(yīng)大致相等。擊實(shí)完成后削平土樣頂面少量浮土，測(cè)定土樣質(zhì)量，計(jì)算土樣密度。相同情況下制兩個(gè)樣，而且分別制作當(dāng)天壓和七天齡期的試樣。本次抗壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用無(wú)側(cè)限抗壓，三軸儀加載速率1.75mm/min。圖3-2 各水泥摻量下含水量-干密度關(guān)系圖3.2.3 試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線特征圖3-3顯示了各個(gè)水泥摻量下水泥改良黃土試樣當(dāng)天壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線。其中根據(jù)曲線中每個(gè)曲線的最大應(yīng)力與含水量的關(guān)系可以得到含水率與最大應(yīng)力關(guān)系表（3-5）。由此可以求得各個(gè)水泥摻量下90%壓實(shí)度下的最大應(yīng)力。由圖3-3（a）（b）

45、 從本圖中可以很清晰看到，在橫向應(yīng)變對(duì)應(yīng)的應(yīng)力中，其值在最初是線性增長(zhǎng)，達(dá)到頂點(diǎn)后開始緩慢下降。每個(gè)樣達(dá)到峰值的時(shí)間基本一致，但是每個(gè)樣的最大強(qiáng)度都不同。（c）圖3-3 90%壓實(shí)度下當(dāng)天壓試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線（a）（b）3.24 實(shí)驗(yàn)過(guò)程描述當(dāng)天齡期的試樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨著強(qiáng)度的增加，試樣頂面率先出現(xiàn)裂紋，然后裂紋逐漸向下延伸。由于試樣是分為兩層擊實(shí)而成，裂紋在層間是停止向下延伸，而是向?qū)娱g水平產(chǎn)生裂縫，最終試樣外表面會(huì)整體脫落，這時(shí)試樣呈沙漏型。在此之前試樣應(yīng)從線性增長(zhǎng)到達(dá)最高點(diǎn)最后試樣從中間產(chǎn)生斷裂，強(qiáng)度緩慢降為零。（c）圖3-4 95%壓實(shí)度下當(dāng)天壓試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線（a）（b）（c）圖3-

46、4 90%壓實(shí)度下七天齡期試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線 七天齡期試樣在進(jìn)行壓實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)的尤為明顯，而且成線性增長(zhǎng)，當(dāng)開始產(chǎn)生裂縫時(shí)，試樣強(qiáng)度依然繼續(xù)增大，只是增大的速率減慢，當(dāng)裂縫從頂面逐漸與底面貫通時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值，試樣直接斷裂，強(qiáng)度從最高點(diǎn)立刻降為零點(diǎn)。（a）（b）（c）圖3-4 95%壓實(shí)度下七天齡期試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線3.2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （1）擊實(shí)特性通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果，作出三種摻量以及素土試樣的干密度與含水量w的關(guān)系曲線（圖3-2）及四組試樣的最大干容重和最優(yōu)含水量關(guān)系（表3-4）。從黃土中加入不同水泥量的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，隨加入水泥量的增加，改良黃土的最大干密度逐漸減小，而對(duì)應(yīng)的最

47、優(yōu)含水量卻逐漸增大。這是由于加入的水泥的容重較黃土小，細(xì)度小，所以水泥改良土容重比黃土的小，需水量較大。并且在最大干密度和最優(yōu)含水量的條件下，隨著水泥摻入量的增大，孔隙比逐漸減小，這是由于水泥和黃土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成了新化合物，水泥吸附包裹土顆粒形成網(wǎng)絡(luò)格架狀水泥土，通過(guò)夯實(shí)后，水泥土顆粒間的孔隙明顯減小，外力機(jī)械夯擊使水泥土顆粒重新定向排列為更加密實(shí)的漩渦狀結(jié)構(gòu)，夯擊使水泥土反應(yīng)及作用生成的凝聚膠結(jié)作用得到更好地發(fā)揮，在土顆粒周圍生成的膠結(jié)物隨水泥摻入量的增大而逐漸增多。即屬于低壓縮性土，且同一齡期下，隨水泥摻合比的增加其壓縮系數(shù)逐漸減小，壓縮模量es逐漸增大。同一摻和比下，隨齡期的增長(zhǎng)，壓

48、縮系數(shù)逐漸降低，壓縮模量逐漸增大，如表3-x。 表3-x 各試樣壓縮變形模量表壓實(shí)度水泥摻量齡期變形模量90%壓實(shí)度7%當(dāng)天4.573.072.382.13七天7.407.437.217.425%當(dāng)天3.122.462.161.44七天8.987.006.155.073%當(dāng)天2.942.271.781.83七天6.255.125.105.3695%壓實(shí)度7%當(dāng)天4.803.773.792.32七天8.738.9110.077.965%當(dāng)天4.403.743.021.39七天8.888.727.112.803%當(dāng)天3.892.052.221.51七天7.054.745.614.35 （2）由于水泥吸附包裹土顆粒形成網(wǎng)絡(luò)格架狀水泥土，通過(guò)夯實(shí)后，水泥土顆粒間的孔隙明顯減小。 （3）無(wú)側(cè)向抗壓試驗(yàn)現(xiàn)以水泥改良黃土7天齡期為例，說(shuō)明水泥改良黃土在不同摻合比下強(qiáng)度增長(zhǎng)的趨勢(shì)。改良黃土的7天齡期強(qiáng)度值隨水泥摻合比增大而增大，且都比重塑土的要大，內(nèi)摩擦角和粘