刁茹芸
成都理工大学 610059
摘要：利用室内无侧限抗压强度试验研究冻融循环条件下石灰改良土的无侧限抗压强度和破坏形态。试验结果表明，冻融循环会显著影响石灰改良土的无侧限抗压强度，并影响破坏形态和破坏应变。
关键词：石灰 冻融循环 无侧限抗压强度
1引言
随着西部大开发战略的逐步推进，人类工程活动在西藏地区愈发频繁。将会在西藏地区修建大量的公路和铁路，特别是在修建铁路的过程中会辅建大量的临时公路。在季节性冻土地区，路基下部土壤中的水分在秋冬季结冰冻胀，春夏季融化下渗等影响，导致路基土的力学性质发生变化，从而影响工程的建设。
在土壤中加入外加剂改良土体力学性能是一种常用的办法，张振寰（2019）在季冻区土中加入水泥改良土体力学性能[1]，王春阳（2020）探讨了石灰对路基填料的静力性能影响[2]，谭毓清（2020）探讨了石灰对路基填料的动力性能影响[3]。在冻融循环条件下，前人分别以石灰[4]、水泥石灰[5]、木质素[6]、钢渣粉[7]为外加剂研究土壤力学性能变化，以及木质素对改良土微观结构的影响[8]，取得了一系列成果。而石灰作为一种无机粘结剂，可以有效的加固土体，在工程中应用广泛，本文研究了不同冻融循环次数对石灰改良土的无侧限抗压强度和破坏应变的影响，为后续研究掺入不同糯米石灰浆液对改性土力学性能影响提供参考。
2试验材料与试验方法
2.1试验材料
试验使用土样取自西藏某铁路沿线地区，依据《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019）规定进行测试。试验使用土样的基本物理指标表1所示，土颗粒粒径如表 2所示。
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2.2试验方法
本次试验试件为标准的三轴试件，试件直径为39.1mm，高度为80mm。试样含水率为21%，根据前人研究结果，石灰（氧化钙的含量大于或等于95%）的掺入量为10%；根据西藏地区的天气温度情况，确定本文的冻融循环的冻结温度为-20℃，冻结时间为8h；融化温度为15℃，融化时间为8h，一次冻融循环时间为16h。制作好的试样在室温（17±5℃）下养护，7d后拆模开始进行冻融循环试验。冻融循环的次数分别为0、1、3、6次。然后将试样放入应变控制式无侧限压力仪进行试验。
3试验结果分析
以改良土在不同冻融循环次数下的无侧限抗压强度变化和破坏特征来分析研究以石灰作为外加剂下对改良土的力学性能影响。
3.1冻融循环对改良土无侧限抗压强度的影响
石灰改良土养生龄期7d不同冻融循环次数下的应力应变曲线如图 3 1所示。从图中可以发现，冻融循环0次的土样破坏时应力应变曲线较为平缓，完全破坏时间较长；冻融循环1和3次的试样，破坏时应力应变曲线陡峭，完全破坏时间极短，其中冻融循环1次尤为明显；冻融循环6次后的试样在破坏时应力应变曲线平缓，完全破坏时间长。说明冻融循环可以显著影响试样的破坏形态，使得试样完全破坏时间发生改变。
石灰改良土养生龄期7d不同冻融循环次数下无侧限抗压强度如图 3 2所示。从图中可以看出，冻融循环对改良土的无侧限抗压性能有着显著的影响，无侧限抗压强度呈现减小-增大-再减小的趋势。第一次冻融循环后，试样无侧限抗压强度从119.40kPa降至91.94kPa，下降幅度为23%；第三次冻融循环后强度升至102.10kPa，上升幅度为11%；第六次冻融循环后再次下降至78.81kPa，下降幅度为23%。说明石灰改良土在6次冻融循环后不一定达到稳定的状态，需要增加试验的冻融循环次数。
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3.2冻融循环对试样破坏形态的影响
石灰改良土养生龄期7d不同冻融循环次数下破坏形态和破坏应变如图 3 3所示。从图中可以发现，试样的破坏形态主要表现为45°裂纹破坏。冻融循环0、1、3次时，试样破坏是由于微裂纹贯通成一条主裂缝并产生错动引起的，；冻融循环6次后，微裂纹广泛发育，在破坏时裂纹贯通形成多条裂缝，从而导致试样破坏。与上文的应力应变曲线结合分析，在冻融0、6次试样破坏时裂纹贯通较慢，可以观察到裂纹贯通的过程（0.5~1s），而冻融循环1、3次试样破坏时，裂纹贯通较快，以肉眼不可见的速度贯通发生破坏。说明冻融循环会使土样的破坏形态发生改变，从脆性破坏到塑性破坏。
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图 3- 3 石灰改良土在不同冻融循环次数下的破坏形态及破坏应变
4结论
通过对石灰改良土在不同冻融循环作用下进行室内无侧限抗压试验，并对试验结果进行分析得到以下结论：
（1）冻融循环可以改变石灰改良土的破坏形态和破坏应变，先从塑性破坏变为脆性破坏，再过渡成为塑性破坏。
（2）冻融循环会使石灰改良土的无侧限抗压强度发生改变，而且6次冻融循环不足以使试样强度到达稳定阶段，需要增加次数。
参考文献(References)：
[1]张振寰,杨兴然,何静云,王伟浩,王文涛.水泥改良土力学性质研究[J].价值工程,2019,38(24):202-203.
[2]王春阳.石灰改良软土填料路用性能试件研究[J].粉煤灰综合利用,2020,34(04):118-123.
[3]谭毓清,彭成,田宗坤.石灰改良路基填料的动力特性试验研究[J].南华大学学报(自然科学版),2020,34(01):81-87.
[4]胡再强,梁志超,吴传意,折海成,冯哲,郭婧.冻融循环作用下石灰改性黄土的力学特性试验研究[J].土木工程学报,2019,52(S1):211-217.
[5]梁家红.冻融循环下水泥石灰改良软土力学特性试验研究[J].粉煤灰综合利用,2020,34(03):79-84.
[6]张建伟,亢飞翔,边汉亮,余杭.冻融循环下木质素改良黄泛区粉土无侧限抗压强度试验研究[J/OL].岩土力学,2020(S2):1-6[2020-10-21].https://doi.org/10.16285/j.rsm.2020.0097.
[7]吴燕开,王浩,于佳丽,史可健,韩天,李丹丹,曹玉鹏.冻融循环作用下钢渣粉改良膨胀土的膨胀与压缩性能试验[J].中国科技论文,2020,15(02):160-166.
[8]侯琳,董伟智,葛世平,杨添元.冻融循环下木质素改良土的微观结构分析[J].吉林建筑大学学报,2019,36(05):17-22.
作者简介：刁茹芸，性别：女，民族：汉族，籍贯：四川南充，出生年月：1999年7月，文化程度：本科在读，研究方向：冻土性能.