不同垂直荷载与剪切速率条件下水泥稳定风化砂直剪试验研究-论文.pdf

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1、第3期水利水运工程学报No．32014年6月IIYDR0-SCIENCEAND同1l口珏圃GJun．2014不同垂直荷载与剪切速率条件下水泥稳定风化砂直剪试验研究杨俊，杨志，张国栋，唐云伟。，陈红萍(1．三峡大学三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北宜昌443002；2．三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002；3．宜昌市交通运输局，湖北宜昌43002；4．宜昌市公路管理局，湖北宜昌43002)捅要：以湖北宜昌三峡库区风化砂为研究对象，在风化砂中掺人不同量的水泥，然后改变剪切速率、改变上覆垂直荷载，进行室内直接剪切试验

2、，研究了剪切速率、垂直荷载对不同掺量水泥稳定风化砂抗剪强度指标的影响。试验结果表明：剪切速率、垂直荷载对水泥稳定风化砂抗剪强度指标有明显影响。在相同的剪切速率和垂直荷载下，水泥稳定风化砂的黏聚力会随着水泥掺量的增加显著提高，但内摩擦角会先增大再减小；在相同的水泥掺量下，增大剪切速率和垂直荷载均会显著增大水泥稳定风化砂的黏聚力而减小其内摩擦角。剪切速率较大时，试样在剪切破坏过程中不仅要克服颗粒间的滑移，还要克服颗粒的旋转、滚动与换位阻力，使黏聚力增大。较大的垂直荷载会使试样产生较大的压缩固结，粒间的孔隙减少，孔隙间的水应力和垂向附加应力

3、增大，砂颗粒间的相互作用力加强，抗剪强度提高。关键词：z／~b2；风化砂；剪切速率；垂直荷载；抗剪强度；黏聚力；内摩擦角中图分类号：TU411．7文献标志码：A文章编号：1009—640X(2014)03—0077--07风化砂是一种颗粒呈棱角状、强度较弱、物理力学性质不稳定的岩石风化产物，在我国许多地区广泛存在。根据风化程度的不同，风化砂颗粒常伴有或多或少的裂缝，而这些含有细微裂缝的风化砂颗粒在外力作用下容易破碎，使风化砂的强度大大降低，再加上风化砂为松散粒料不能产生黏聚力，使得风化砂长期以来被视为废弃原料而未在公路建设中进行开发利

4、用J。然而风化砂具有很强的抗水性，固结较快，可以作为良好的透水或半透水材料，如果采用资源丰富的风化砂作为筑路原料，掺人适当的化学物质改善其力学性能，达到路用标准，则具有取料方便、成本低廉、工艺合理、技术可行的特点。在湖北宜昌三峡库区广泛分布着大量的废弃风化砂。本文拟在该地区风化砂中掺人黏聚力强的水泥进行改良，研究水泥稳定废弃风化砂的路用特性，以期达到就地取材、变废为宝、节约成本的目的。路用材料性能的关键指标之一是抗剪强度，开展对水泥稳定废弃风化砂抗剪强度的研究具有重要意义。关于剪切速率及上覆垂直荷载对红黏土、膨胀土、粉土等的抗剪强度的

5、影响，在20世纪七八十年代就有国内外专家开展研究，并得出了许多有益的结论。水泥稳定风化砂应用于公路路面基层，是在近年才开始尝试的。因此，深入开展剪切速率及垂直荷载对水泥稳定风化砂抗剪强度指标的影响，具有重要的理论意义，并能为工程实践提供室内试验依据。本文采用室内直接剪切试验，通过调整上覆荷载及剪切速率，模拟车辆行驶的作用，研究了不同水泥掺量改良废弃风化砂在不同垂直荷载、不同剪切速率下的响应，为水泥稳定废弃风化砂用作道路路面基层提供了理论依据。收稿日期：2013—10—16基金项目：湖北省教育厅自然科学研究重点项目(D20131304)

6、作者简介：杨俊(1976一)，男，湖北武汉人，副教授，博士，主要从事道路特殊土路基处理、路面新材料开发利用、建筑垃圾及工业垃圾的路用特性研究。E．mail：wangjing750301@163．eom78水利水运工程学报2014年6月100．O01试验原材料基本性质曼980J．0D01．1风化砂本试验用风化砂取自湖北省宜昌市三峡库区太平溪重鼎20．O0镇的百岁溪。该风化砂呈土黄色，粒径分布不均，有显著10．O0棱角，粒径大的砂颗粒表面有微小裂缝，容易破碎，经过室0筛孔直径／nun内颗粒分析试验(如图1)，得到其基本物理性质指标，见图1

7、风化砂颗粒分布表1。Fig．1Particledistributionofweatheredsand表1风化砂基本物理性质指标Tab．1Basicphysicalpropertiesindexesofweatheredsand由表1可知：风化砂的不均匀系数C=10．21，曲率系数c。=3．08>3，故该风化砂为级配不良砂。1．2水泥试验所用水泥为市场上销售的普通硅酸盐水泥，具有良好的和易性、保水性、耐磨性和抗冻性，初凝时间大于45min，终凝时间较长达6h以上。2试验方案试验参考《公路土工试验规程》(JTGE40—2007)和《公路工

8、程无机结合料稳定材料试验规程》(J]rGE51—2009)进行。水泥稳定风化砂试样的制作采用外掺法，首先将风化砂风干后过2mm标准筛，并在(105—110)℃下烘干，烘干时间不小于12h，直至恒重，然后在干燥器中冷却至恒