1、冻融循环下玄武岩纤维一水泥改良土静力学特性研究赵士忠，朱福！，李家宇？（1.吉林建筑大学交通科学与工程学院，吉林长春130 118；2.中交综合规划设计院有限公司，北京10 0 0 0 0）摘要：以吉林省北部粉砂土为研究对象，通过静三轴试验探究了冻融循环条件下玄武岩纤维-水泥改良土的静力学特性。玄武岩纤维一水泥改良土的内摩擦角和抗剪强度增大、黏聚力变化幅度较小，弹性模量在冻融循环4 6 次时增幅最大。试验表明通过玄武岩纤维-水泥改良，可以提升粉砂土的抗冻性、耐久性，且玄武岩纤维掺量0.3%+水泥掺量2%效果最佳。关键词：道路工程；静力学；三轴试验；粉砂土；抗剪强度中图分类号：U414Study
2、 on static properties of basaltfiber cement modified soil underfreeze-thaw cyclingZHAO Shizhong,ZHU Fu,LI Jiayu?(1.Jilin University of Architecture,School of Transportation Science andEngineering,Jilin Changchun 130118 China;2.CCCC ComprehensivePlanning and Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 100000 C
3、hina)Abstract:The static triaxial test was conducted to investigatethe static properties of basalt fiber cement modified soilunder freeze-thaw cycles,taking the silty soil in northernJilin Province as the research object.The internal frictionangle and shear strength of basalt fiber cement modifiedso
4、il increase,while the cohesion changes slightly.Theelastic modulus increases most during 4 6 freeze-thaw cycles.The test shows that the frost resistance anddurability of silty sand can be improved through basalt收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 7作者简介：赵士忠（19 9 8 一），男，安徽淮北人，硕士研究生，研究方向为道路建筑材料。fiber cement improvement
5、,and the best effect is to add0.3%basalt fiber and 2%cement.Key words:road engineering;statics;triaxial test;siltysoil;shear strength0引言季冻区道路路面每年新增的病害大多数与路基冻害相关 1-2 1。路基土体在冻结和融化过程中，土体内部的水、热层分布及土颗粒结构等都会发生变化，进而土体在宏观上会表现出冻胀现象【3。土体在经历冻融循环后，力学性质变差，进一步影响土体的应力应变特性 4-5。因此，处理这些路基问题文献标识码：A成为我国东北部地区道路工程建设的中需要面
6、临的技术性难题【。此前的无机改良剂虽能加强季冻区路基土的抗冻性能，但对环境污染较大，不利于环保。根据国内外有关研究显示：把玄武岩纤维作为改良剂掺人土体中，可以增加土体的水稳定性、抗侵蚀性和抗冻性 7-10 。1试验概况及方案1.1试验材料试验所用粉砂土取自吉林省北部某高速公路施工现场，原状土呈现淡黄色。土体的颗粒相对密度为2.6 0 5，液限为12.6 4%，塑限为17.1%。试验所用水泥选自诸城市大型水泥粉磨厂，该水泥具有早后期强度高，可塑性、均匀性优良、色泽美观、含碱性较低等优点。玄武岩纤维产地为湖南长沙，具有抗低温性强、抗酸碱性极高、导热性低、拉伸强度高等优点。其主要化学成分有SiO2、
7、Fe 2 0 3、A l,0 3、Cao等。1.2试件制备及试验仪器通过击实试验分别测出素土（1号土）、2%水泥（2 号土）、2%水泥+0.1%玄武岩纤维（3号土）、2%水泥+0.3%玄武岩纤维（4号土）、2%水泥+0.5%玄武岩纤维（5号土）的最大干密度和最佳含水率。击实试验所用仪器为LH-I多功能电动击实仪和YDT-20电动液压脱模器-27-赵士忠，朱福，李家宇：冻融循环下玄武岩纤维水泥改良土静力学特性研究在三轴试件压实仪上制成高8 0 mm、直径39.1mm的三轴试样。将所有制备的试件放在标准恒温恒湿养护箱进行养护，设置温度为2 0，湿度为9 5%，养护时间为7 d。养护期结束后将试件放
8、人高低温交变箱进行冻融，设置冻结温度为-2 0，融化温度为2 0，各12 h，此为一个完整的冻融循环周期，设计冻融循环次数为0 次、2 次、4次、6 次、8 次、10 次。1.3试验方案依据实验室设备条件，探究玄武岩纤维掺量、冻融循环次数及围压等因素对改良土的静力学特性的影响变化规律。试验方案见表1。表1静三轴试验方案纤维掺量1%冻融循环次数/次0.10、2、4、6、8、100.30、2、4、6、8、100.50、2、4、6、8、102试验结果及分析2.1最大干密度和最佳含水率不同玄武岩纤维掺量的改良土的击实试验结果见表2。表中字母C表示水泥，土样标号1 5分别代表素土、2%掺人水泥改良土、2
9、%水泥+0.1%玄武岩纤维改良土、2%水泥+0.3%玄武岩纤维改良土、2%水泥+0.5%玄武岩纤维改良土。表2 不同纤维掺量的粉砂土的最佳含水率和最大干密度掺量/%最佳含水率/%最大干密度/（gcm）07.9280(2%C)8.0120.18.2410.38.3180.57.956图1（a）、（b）分别是不同土样粉砂土的最佳含水率和最大干密度变化曲线。由图1（a）可知，改良土的最佳含水率曲线波动明显，但当玄武岩纤维掺人量 0.5%时最佳含水率呈现急剧递减趋势。经分析，当玄武岩纤维和水泥同时掺人土体后相互结合形成了更稳定牢固的结构系统，限制了土体颗粒之间的相对位移，从而导致局部水分减少。由图1（
10、b）可知，加人水泥后土的最大干密度增大，0.3%玄武岩纤维-水泥改良土最大干密度最大，此后随着玄武岩纤维的增加，改良土的最大干密度减小，这是因为玄武岩纤维的掺人导致土体颗粒之间空隙变大且不能被完全压缩，-28-导致土体试件的最大干密度减少。8.38.28.18.07.91(a）不同土样最佳含水率围压/kPa2.05(su3.8)/器?50、10 0、15050、10 0、15050、10 0、1501.7971.9922.0192.0382.020234土样编号2.001.951.901.851.801(b)不同土样最大干密度图1不同土样的最佳含水率和最大干密度2.2冻融循环对改良土黏聚力的影
11、响黏聚力是土体抗剪强度的一个重要指标。土的黏聚力产生原因主要是土体颗粒之间存在排斥力和吸引力。玄武岩纤维-水泥改良粉砂土在不同围压和冻融循环次数下，黏聚力变化曲线见图2。120100806040200图2 不同冻融循环条件下各类改良土黏聚力变化曲线由图2 可以看出，粉砂土、水泥土和玄武岩纤维-水泥改良土在经历冻融循环后，黏聚力均减小，其中0.3%玄武岩纤维-水泥改良土减小幅度最低，整体表现优于其他各类改良土。因玄武岩纤维的掺人，颗粒之间胶结作用变强，形成了更加牢固的加筋结构，提升了土体的黏聚力。523土样编号246810冻融循环/次45土样！主样22主祥主样4主样5山东交通科技2.3冻融循环对
12、改良土内摩擦角的影响内摩擦角主要反映土的摩擦强度大小。各类改良土的内摩擦角的变化见图3。40353025201502冻融循环/次图3冻融循环条件下各类改良土内摩擦角变化曲线从图3可以观察到在不同冻融循环次数下，改良土的内摩擦角整体呈现微弱的增长趋势。2.4冻融循环对改良土抗剪强度的影响土体的抗剪强度是土在接受剪切时所产生的极限强度。玄武岩纤维-水泥改良粉砂土在不同冻融循环次数和不同围压下的抗剪强度变化曲线见图4。王样1土样2400土样3土样4350一土样5300250200F150100500246810冻融循环/次(a)围压50 kPa5004504003503002502001501000
13、246810冻融循环/次(b)围压10 0 kPa2023年第5期一土样1600一土样2一土样3500一土样4一土样5一土样1400一土样2一土样3一土样4一土样5468103002001000246810冻融循环/次(c）围压 150 kPa图4冻融循环条件下各类改良土抗剪强度变化曲线随着冻融次数的增加水泥改良土的抗剪强度先增大后减小。加入水泥后，粉砂土的抗剪强度增幅明显，50 kPa围压下约增大3.5倍，10 0 kPa围压下增大约2.4倍，150 kPa围压下增大约2.1倍。0.1%掺量玄武岩纤维分别比水泥改良土增大1.0 9 倍、1.48 倍和1.51倍，0.3%掺量玄武岩纤维分别增大
14、1.2 9 倍、1.76倍和1.9 6 倍，0.5%掺量玄武岩纤维分别增大1.14倍、1.53倍和1.7 1倍。2.5冻融循环对改良土弹性模量的影响弹性模量是路基土形变和结构稳定性分析的重要指标参数，见图5。2423222120191817161502土村样123土村主祥4主样3一土样1一土样2一土样3土样4一土样546冻融循环/次(a)围压50 kPa2827262524232221200246810冻融循环/次(b)围压10 0 kPa810一土样1一土样2一土样3一土样4一土样5-29-赵士忠，朱福，李家宇：冻融循环下玄武岩纤维一水泥改良土静力学特性研究32302826240246810
15、冻融循环/次(c）围压 150 kPa图5冻融循环条件下各类改良土弹性模量变化曲线随冻融循环次数的增加，水泥改良土的弹性模量先减小后增加，在经过46 次冻融循环后达到最低值，而玄武岩纤维-水泥改良粉砂土弹性模量呈现先增大后减小的趋势。3结语（1）掺人玄武岩纤维后，改良土的最佳含水率和最大干密度均增大。玄武岩纤维掺量对于改良粉砂土的最大干密度影响显著。（2)改良土在经历冻融循环后，黏聚力减小，0.3%玄武岩纤维掺量改良土减小幅度最小，整体表现优于原状土和水泥改良土。改良后的土体内摩擦角增大。（3）经过7 d养生后，水泥改良土的抗剪强度增幅明显，水泥改良土的弹性模量先减小后增大。玄武岩纤维-水泥改
16、良土的弹性模量先增大后减小，当玄武岩纤维掺入量为0.3%时，土体的抗剪强度达到最大。（4）通过玄武岩纤维-水泥改良，可以提升粉砂土的抗冻性、耐久性，一土样1一土样2一土样3一土样4土样5玄武岩纤维掺量0.3%+水泥掺量2%效果最佳。参考文献：1崔宏环，刘建坤，张立群，等.寒区路基改良土冻融循环与荷载耦合作用下损伤力学研究J】.冰川冻土，2 0 16,38(4):1183-1188.【2 宋金华，林园皓.冻融循环条件下石灰改良土路基回弹模量研究J.重庆交通大学学报（自然科学版）,2 0 19,38(12):76-80.3穆彦虎，陈涛，陈国良，等.冻融循环对黏质粗粒土抗剪强度影响的试验研究J防灾减
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