袋装黏土路基抗冻胀性能试验研究

袋装黏土路基抗冻胀性能试验研究

周星星李伟

沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168

摘要：目的研究黏土砂袋对土冻胀的影响。方法本文阐述了黏土在相同的含水量，不同的冻结温度下研究裸土与袋装土冻胀率的变化规律，通过对比分析袋装土对土冻胀的影响。结果黏土在同等含水量条件下，随着温度的不断降低，土的冻结速率不断增大，土的冻胀率有减小的趋势，同时砂袋对-15℃冻胀束缚作用最为明显。结论黏土路基可以发挥着有效的束缚作用，黏土砂袋防治冻胀其束缚率可以达到1.9；土的冻胀规律曲线为不均匀冻胀曲线；砂袋有减小冻结速率的作用。

关键词：黏土；冻胀；袋装土

中图分类号：U213.1文献标志码：A

随着地基处理技术的日渐成熟，土工袋地基处理技术也得到了大力的发展。利用土工袋良好的加固性能，在防洪堤以及地基处理抗震方面，国内外已经得到了大量的理论基础以及工程实例。但东北地区的路基冻胀导致道路翻浆这类灾害一直困扰着这一地区设计施工人士。所以处理冻胀的问题现今在北方也是个焦点性的问题。而在此背景之下，本文提出了一种新方式处理路基的冻胀，就是把土工袋技术植入路基土冻胀问题上来。具体的说，就是把各种土类装入砂袋，当土发生冻胀时利用土工袋的加固束缚作用以及减小毛细作用进而达到减小冻胀量的效果。

近年来，国内外学者对冻土和土工袋进行了大量研究[1-5]。其中2011年黑龙江大学的李兆宇选取黑龙江地区的某种土（粉质黏土）作为研究对象，对其进行了封闭型冻胀试验，分析了冻结温度、土的含水量以及压实情况对土的冻结速率的影响，为在季节冻土区此种土的施工做了充分的理论基础。但土工袋对土冻胀的影响缺乏系统的研究。为此，本文提出土工袋在季节性冻土区防止路基冻胀处理技术。试验结果对砂袋降低冻胀率工程实践具有指导性意义，也为以后形成系统理论奠定良好的基础。

1试验概况

1.1试验设备

为了研究土工袋对减小土的冻胀影响，笔者采取了室内模型试验。本次模型试验是在沈阳建筑大学岩土工程实验室进行的。模型中的模拟冻融箱为自制冻融箱。垫板采用的是硬质有机玻璃板，试验测量装置为微式位移计，微式位移计的量层为20mm，精度为0.01mm，可以准确的量测出冻胀的微小变化。位移采集系统为浙江嘉兴产数显仪，其采集速率可以达到1s，可以精确的满足数据的采集要求。

1.2模型土工袋制作

根据试验冻融箱的尺寸以及模型试验相似性准则，本次试验采用的是1：5模型试验，模型试验的土工袋用PE自封袋代替，该自封袋为PE材质，为无色透明。规格尺寸如下：外形尺寸为95×65（长×宽mm），未装土厚度为1mm（是由上海PE自封袋厂家生产的）。土工袋的填充度是土工袋中装入砂土量与砂袋体积的比值，根据以往的研究，最适宜填充度为砂袋体积的75%，此时土工袋在受到冻胀的时候受力性能是最优的。由最佳填充度的定义以及本实验所使用PE自封袋尺寸，笔者经过多次测量，最后得出实验中使用的自封袋中添加370g实验用土是最为合适的，每个砂袋都经过精确测量，误差严格控制在1%范围内。土样装袋如图1：

图1标准土样装袋图

1.3试验步骤

袋装土冻胀试验每次试验采用了370g的标准袋装土，以每层9个，3层形式摆放，共计27个袋装土。并且在袋装土最上层盖上硬质有机玻璃板，之后在硬质有机玻璃板上加放微式位移计，之后连接位移采集装置，进行冻胀的采集。试验的冻胀量通过采集系统采集，之后通过土的总高度求出土的冻胀率。

1.4试验方案

黏土在同样的含水量（18.5%、23.5%），不同温度（-5℃、-10℃、-15℃）下研究土工袋对土体冻胀的影响。

2试验结果分析

（a）含水量18.5%

（b）含水量23.5%

图2含水量：18.5、23.5%，温度：-5、-10、-15℃曲线图

根据各组黏土在不同情况下，即含水量18.5%、23.5%，冷端温度-15℃、-10℃、-5℃，裸土与袋装土，由图2分析可知，土的冻胀规律曲线为不均匀冻胀曲线；黏土在同等含水量条件下，随着温度的不断降低，土的冻结速率不断增大，土的冻胀率有减小的趋势；砂袋在束缚黏土冻胀方面起着重要的作用，当黏土含水量为18.5%时，砂袋的束缚率可达到1.9倍左右。当黏土的含水率为23.5%时，砂袋的束缚率为1.6倍左右，其中砂袋对-15℃冻胀束缚作用最为明显。

3结语

（1）冻结过程温度越低会导致黏土的冻结速率越大，而在相同情况之下，把黏土装入砂袋当中，这样可以减小土的冻胀速率。说明了砂袋有减小冻结速率的作用。

（2）砂袋加固路基是防止路基冻胀的一种有效的工法，对于黏土砂袋的束缚率可以达到1.9。

参考文献：

[1]李兆宇.季节冻土区粉质黏土冻胀性试验研究[D].黑龙江大学，2011.01：531-538.

[2]李卓，刘斯宏.冻融循环作用下土工袋冻胀量和融沉量试验[J].岩土力学，2013，33：2541-2545.

[3]刘斯宏，王柳江，李卓等.土工袋加固软土地基现场荷载试验的数值模拟[J].水利水电科技进展，2012，32（1）：78－82.

[4]松岡元，劉斯宏，長谷部智久，島尾陸.土のう積層体の変形強度特性と設計法[J].JournalofGeotechnicalEngineering，JSCE，2004，764/Ⅲ-67：169－182.

[5]刘斯宏，王柳江，李卓等.土工袋加固软土地基现场荷载试验的数值模拟[J].水利水电科技进展，2012，32（1）：78－82.

作者简介：

李伟，男，辽宁沈阳人，博士，教授，沈阳建筑大学土木工程学院，岩土工程研究院副院长，主要从事岩土工程方面的研究。