崩崗巖土體無側(cè)限抗壓強度及室內(nèi)改良技術(shù)研究.pdf

1、崩崗是中國南方熱帶、亞熱帶花崗巖低山丘陵地區(qū)水土流失的一種特殊類型。崩崗侵蝕的發(fā)生發(fā)展與其巖土體力學(xué)性質(zhì)有著密切的聯(lián)系，由于花崗巖風(fēng)化殼土體疏松深厚，且內(nèi)部存在軟弱結(jié)構(gòu)面，并伴隨有大量的原生節(jié)理和構(gòu)造裂隙，導(dǎo)致崩崗巖土特性差異明顯，因此，崩崗不同層次巖土體力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。崩崗崩壁巖土體在無側(cè)向約束的條件下，抵抗軸向壓力發(fā)生剪切破壞的極限強度稱為無側(cè)限抗壓強度，是反映土體力穩(wěn)性的一項重要指標。因此，有必要對崩崗巖土體無側(cè)限抗壓強度進行系統(tǒng)

2、性研究，這對于豐富和完善崩崗巖土體力學(xué)性質(zhì)具有重要的指導(dǎo)意義。目前，崩崗侵蝕的治理中多采用工程措施和生物措施相結(jié)合的方法，但關(guān)于新工藝和新技術(shù)卻應(yīng)用不足，同時由于崩崗巖土體粘結(jié)性差，且在現(xiàn)實中存在劇烈的干濕變化，極易導(dǎo)致崩崗崩壁失穩(wěn)坍塌。因此，有必要對崩崗巖土體進行適當(dāng)改良，以提高崩崗?fù)馏w強度和穩(wěn)定性。
　　本文以湖北省咸寧市通城縣典型崩崗作為研究對象，通過野外調(diào)查與室內(nèi)試驗相結(jié)合的方法，分別開展典型崩崗不同層次巖土體基本特性研究

3、，揭示崩崗侵蝕成因的物質(zhì)基礎(chǔ);制備重塑土試樣研究崩崗不同層次巖土體無側(cè)限抗壓強度，探討干密度和含水率以及干濕循環(huán)效應(yīng)對無側(cè)限抗壓強度的影響;利用黃麻纖維和石灰對崩崗不同層次巖土體進行改良研究，探討改良崩崗巖土體無側(cè)限抗壓強度的變化規(guī)律。得到相關(guān)研究結(jié)果如下:
　　(1)崩崗?fù)馏w容重的變化規(guī)律為碎屑層＞斑紋層＞紅土層＞表土層;總孔隙度的變化規(guī)律為碎屑層＞表土層＞紅土層＞斑紋層;土壤機械組成變化規(guī)律為從紅土層開始隨著采樣深度的增加，砂

4、粒含量不斷增加，而黏粒含量則不斷減少;紅土層液塑限含水量均為最大，而碎屑層液塑限含水量均為最小;土壤有機質(zhì)含量隨著土層深度的增加而顯著減少，其中碎屑層有機質(zhì)含量極少;崩崗?fù)馏w的pH值均較低，呈酸性;碎屑層陽離子交換量最小;而游離氧化鐵含量則存在明顯差異。
　　(2)崩崗?fù)馏w無側(cè)限抗壓強度隨著含水率的增加呈先增加后減小的趨勢，且出現(xiàn)最大值時的含水率都在15％或20％左右;隨著干密度的增加，無側(cè)限抗壓強度先緩慢增加后呈近似線性減小，且

5、減幅較大，出現(xiàn)最高值時的干密度均為1.30 g/cm3左右;干密度和含水率對崩崗巖土體無側(cè)限抗壓強度產(chǎn)生了明顯的交互效應(yīng)，在等值線圖中可分為三個區(qū)域:干密度主效應(yīng)區(qū)、含水率主效應(yīng)區(qū)、干密度和含水率交互效應(yīng)區(qū)，在三維曲面圖存在“山谷”、“山峰”、“山脊”等曲線形態(tài)。
　　(3)崩崗?fù)馏w的無側(cè)限抗壓強度均隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸衰減，直至最后趨于穩(wěn)定，其變化規(guī)律大致分為3個階段:急速衰減、減速衰減、衰減穩(wěn)定，其中在第1次干濕循環(huán)后

6、衰減幅度最大，分別為26％、15％、40％和49％，在第2～4次干濕循環(huán)后衰減幅度逐漸減小，在第5次干濕循環(huán)后基本保持不變;隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，崩崗?fù)馏w無側(cè)限抗壓強度總體表現(xiàn)為表土層＞紅土層＞斑紋層＞碎屑層。崩崗?fù)馏w無側(cè)限抗壓強度與干濕循環(huán)次數(shù)之間呈現(xiàn)較好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，且在通過考慮崩崗不同層次土體深度比和干濕循環(huán)次數(shù)的共同影響下，建立無側(cè)限抗壓強度的預(yù)估模型。
　　(4)通過對崩崗?fù)馏w的正交試驗設(shè)計，初選出黃麻纖維的最優(yōu)加筋

7、條件，其中表土層:加筋長度15 mm、加筋率0.35％、整體加筋;紅土層:加筋長度15 mm、加筋率0.25％、上部加筋;砂土層:加筋長度15mm、加筋率0.35％、整體加筋;碎屑層:加筋長度15mm、加筋率0.30％、下部加筋;黃麻纖維加筋土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化規(guī)律可分為3個階段:急速衰減階段、減速衰減階段、衰減穩(wěn)定階段。在最優(yōu)加筋條件下崩崗?fù)馏w的無側(cè)限抗壓強度分別提高了27.81％、29.73％、23.26％、39.58％。

8、　　(5)采用響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化得出摻灰率、齡期、含水率三者最佳配比組合。表土層:摻灰率8.99％、齡期28 d、含水率25％;紅土層:摻灰率8.98％、齡期28 d、含水率25％;斑紋層:摻灰率5.84％、齡期18d、含水率20％;碎屑層:摻灰率6.58％、齡期28 d、含水率23％。
　　(6)在今后的崩崗治理工作中，應(yīng)考慮改良材料的組合使用以提高崩崗巖土體的力學(xué)性能，黃麻纖維是一種成本低且綠色環(huán)保的改良材料，可在崩崗表土層和紅土