红土中加入土壤强固剂后,可以提高加固红土的强度,减小变形。其实质在于土壤强固剂对红土颗粒具有胶结作用。但随土壤强固剂的种类不同、加入比例不同、浸润时间不同,加固红土的胶结强度则不同,其胶结效果也不同。
1.土壤强固剂种类的影响
土壤强固剂的种类不同,其特性不同,对红土的胶结效果也不同。图3-6给出了固态土壤强固剂和液态土壤强固剂对加固红土胶结强度的影响。图中,A2代表红土+粉煤灰,A3代表红土+路邦,粉煤灰是固态土壤强固剂,路邦是液态土壤强固剂。
图3-6 土壤强固剂的种类对加固红土胶结强度的影响
图3-6表明:
(1)A3的胶结强度线的位置高于A2的胶结强度线的位置,说明A3(红土+路邦)的胶结强度大于A2(红土+粉煤灰)的胶结强度。当垂直压力按100kPa,200kPa,300kPa,400kPa顺序增大时,加固红土A2的胶结强度按27.3kPa,35.1kPa,42.3kPa,48.2kPa的趋势增大,加固红土A3的胶结强度按35.7kPa,43.0kPa,48.3kPa,52.4kPa的趋势增大。对应各级压力下的胶结强度,A3>A2;100~400kPa垂直压力下的加权胶结强度,A3为47.6kPa,A2为41.7kPa,A3>A2。说明对加固红土的胶结效果,路邦液态土壤强固剂优于粉煤灰固态土壤强固剂。
(2)表3-11、表3-13和表3-14表明,红土中加入路邦液态土壤强固剂(A3)的最大干密度为1.38g/cm3,最优含水率为36.2%;加入粉煤灰固态土壤强固剂(A2)的最大干密度为1.26g/cm3,最优含水率为34.5%。说明A3的最大干密度和最优含水率大于A2的。最大干密度增大了9.5%,最优含水率增大了4.9%,加权胶结强度提高了14.1%,胶结黏聚力指标提高了49.0%,胶结内摩擦角降低了19.4%。说明液态土壤强固剂对红土的胶结效果优于固态土壤强固剂对红土的胶结效果。
(3)由于液态土壤强固剂(路邦)更能均匀、全面地包裹红土颗粒和渗入红土颗粒内部,使胶结红土的稳定性增强;而固态土壤强固剂(粉煤灰)在红土中分布不均匀,且只能包裹红土颗粒,不能渗入红土颗粒内部,因而其胶结能力较低。
2.土壤强固剂加入比例的影响
图3-7给出了在红土中加入不同比例的路邦液态土壤强固剂对加固红土胶结强度的影响。
图3-7表明:
(1)红土中加入土壤强固剂的比例不同,对加固红土的胶结效果影响也不同。随路邦土壤强固剂加入比例的增大,加固红土的胶结强度逐渐增大,但存在极大值。当土壤强固剂加入比例分别按0.5%,0.7%,1.0%增大时,加固红土的胶结强度按14.9kPa,48.5kPa,27.5kPa的趋势变化,在0.69%处出现极大值。说明路邦土壤强固剂加固红土的胶结效果,并不与土壤强固剂加入比例的多少成正比,而是存在一个适宜的加入比例(0.69%),相当于配比为1∶144.5,与厂家提供的1∶140接近。
图3-7 路邦液态土壤强固剂的比例对红土胶结强度的影响
(2)实际上,红土中的土壤强固剂加得太多或者太少,都不能使红土颗粒构成的土体骨架达到最稳定状态,只有当土壤强固剂加入比例合适时,土壤强固剂在红土中刚好能把红土颗粒紧密地胶结在一起,使土体骨架足够稳定地承受较大的外荷载。
这是因为如果土壤强固剂加入比例太小,分布在红土中的浓度则低,对红土颗粒的包裹作用和渗透作用则弱,在外荷载作用下,红土颗粒之间的相互吸附和相互嵌入作用能力也弱,红土颗粒构成的骨架不稳定,承受外荷载的能力不强,导致红土的胶结强度不高;随着加入比例的增大,土壤强固剂分布在红土中的浓度增大,对红土颗粒的包裹作用和渗透作用增强,承受外荷载的能力提高,胶结强度增大;随着土壤强固剂加入比例的进一步增大,土壤强固剂分布在红土中的浓度过大,这时,土壤强固剂不但起不了胶结作用,反而起着隔离作用,导致红土颗粒之间的相互吸附和相互嵌入作用能力减弱,承受外荷载的能力降低,胶结强度相应减小。所以,实际工程应用时,应注意研究不同土壤强固剂的最佳配合比问题。
3.土样浸润时间的影响
图3-8表明了红土中加入相同比例的路邦土壤强固剂后,加固红土的胶结强度随浸润时间的变化。图中浸润时间分别为2h,24h,30h。
图3-8 浸润时间对加固红土胶结强度的影响
图3-8表明:土壤强固剂加入红土中的浸润时间不同,则强固剂在红土中发挥的功效不同,对加固红土的胶结效果也不同。
随试样浸润时间的延长,曲线存在极小值。当浸润时间较短时,加固红土的胶结强度较大;随着浸润时间延长,加固红土的胶结强度逐渐降低,当浸润时间达到24h左右时,加固红土的胶结强度最小,约22.0kPa;随着浸润时间的进一步延长,加固红土的胶结强度又逐渐增大。当浸润时间按2h,24h,30h延长时,加固红土的胶结强度按47.5kPa,27.5kPa,42.0kPa的趋势变化,存在极小值,对应一个最不宜浸润时间。这是由于路邦土壤强固剂存在活性,加入红土中后与红土颗粒相互作用,导致其活性降低,逐渐进入“冬眠”状态,等到逐渐适应红土中的环境时,其活性又慢慢激发出来,与红土颗粒的作用逐渐增强,红土的胶结强度提高。
实际应用时,为提高加固红土的胶结强度,红土中加入路邦土壤强固剂后,应选择合适的浸润时间制样,虽然浸润时间长可以增大红土的胶结强度,但由于费时费力,所以一般建议选取较短的浸润时间,厂家提供的浸润时间以2h为宜。
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