材料与仪器
本次试验采用G203国道“松原至金宝屯”段所取扰动土样,土质为盐渍化黏性土。试验仪器为单轴固结仪,试验环刀内径618 mm,高20 mm。
2.2试验方案与方法
试验土样为盐渍化黏性土,由于透水性不良用于公路建设时,容易产生公路病害。为此在试样中加入不同含量的结晶氯化铝,改良该类土的渗透性。
首先根据所取干土质量、最佳含水率(结晶氯化铝含量在05%时最佳含水率为137%、10%为138%、15%为140%)[12-13]、结晶氯化铝的含量计算所需水的体积和结晶氯化铝的质量,将土样、水、结晶氯化铝混合均匀,制备结晶氯化铝含量为0、05%、10%、15%的试样4组,每组8个,共32个。
然后将制备好的试验放在恒温保湿箱里养护1 d、7 d、14 d、28 d。并与试验前一天将试验放进真空箱进行抽真空处理,然后注入蒸馏水使试样饱水24 h。
最后将饱和试样安装至固结仪上施加预压,而后直接加压至400 kPa(相当于40 m水柱压力),按照0、01、015、025、05、1、2、4、9、16、25、36、49、64、90、120、150 min……直到每小时变形量不大于0005 mm为止。
3试验结果分析
根据试验记录数据做变形量与时间的平方根关系曲线求得公式(7)中的tx和E0,从而计算试样的渗透系数(见表1)。
表1不同养护天数不同结晶AlCl3含量土样的渗透系数
3.1养护相同天数不同结晶氯化铝含量试样的渗透系数对比
从表1可以看出,利用固结法计算出改良前的渗透系数为1.2×10-10~2.2×10-10 m/s,改良后的渗透系数为3.0×10-9~5.4×10-9 m/s。加入结晶氯化铝后试样的渗透系数普遍是未加结晶氯化铝的10~40倍。根据前人研究成果,该类土改良前的渗透系数范围为1.0×10-10~2.0×10-10 m/s,改良后的渗透系数范围为1.0×10-9~4.0×10-9 m/s[14]。通过和前人成果对比可以看出,改良前数值比较接近,改良后数值略大于前人研究成果。这可能是由于计算时假设公式中的弹性模量E0为一定值造成的,而在实际过程中该值随着时间增加的。 从图3可以看出,随着加入结晶氯化铝的量增加,渗透系数呈增加趋势。养护前期(1~7 d)随着结晶氯化铝含量的增加渗透系数增加较为明显,养护后期(14~28 d)随着结晶氯化铝含量的增加渗透系数增加没有养护前期增加明显。加入结晶氯化铝后虽然提高了土样的渗透系数,但没有改变土体的性质,仍属于黏性土。
图3养护相同天数不同结晶氯化铝含量试样渗透系数对比
3.2不同养护天数相同结晶氯化铝含量试样的渗透系数对比
从图4可以看出,原土样随着养护天数的增加,其渗透系数先有变现的增大,而后有小幅下降保持一定水平保持稳定;结晶氯化铝含量05%的土样随着养护天数的增加,其渗透系数有小幅的增加,而后有小幅的下降;结晶氯化铝含量10%的土样随着养护天数的增加前14 d基本保持不变,而后有小幅增加保持不变;结晶氯化铝含量15%的土样渗透系数随着养护天数的增加基本保持稳定。
图4养护相同天数不同结晶氯化铝含量试样渗透系数对比
从以上分析可以得出如下结论:(1)原土样的渗透系数很小,其范围为10×10-10~60×10-9 m/s。与前人研究成果10×10-10~40×10-9 m/s相比,略大于前人研究成果。(2)从水文地质意义来说这种渗透系数的土层属于隔水层, 这和现实比较符合。(3)改良后土的渗透性有了很大提高,普遍是改良前的10~40倍。但这并没有改变其根本的性质,即粉质性黏土,这和实际也很符合。(4)一维固结试验属于常规土木试验,比较容易操作,即具有可操作性。(5)利用固结法求解黏性土的渗透系数在实际应用中是可行的[15]。
4讨论
(1)本文中假设土样在压缩过程中弹性模量为一固定值,实际上随着固结的进行其弹性模量是逐渐增加的,所以本文所求渗透系数会比实际的渗透系数偏大。
(2)在一维固结试验中,试样饱水过程中不可避免的会出现试样表面紧实度变小,如何处理表面所带来的计算误差有待于进一步研究。
(3)一维固结法求解黏性土渗透系数是对现有求解岩土样渗透系数的一种补充,特别是对求解黏性土渗透系数,该方法解决了变水头达西试验求解黏性土渗透系数过程中水头差太小的问题。
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