【正文】 了極大的危害，作為公路工程的重要組成部分，路基強(qiáng)度及穩(wěn)定性在確保公路的正常使用方面具有重要的意義，在季節(jié)性冰凍區(qū)，于影響路基穩(wěn)定的原因更為復(fù)雜，路基凍害后造成的損失更為巨大，并且季凍區(qū)又缺乏成熟的路基設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。為此，一些凍土大國(guó)，諸如前蘇聯(lián)、加拿大和美國(guó)在上世紀(jì)紛紛展開(kāi)了凍土研究工作。在進(jìn)行凍融 作用對(duì)土工程性質(zhì)的影響研究時(shí)，則需先對(duì)土進(jìn)行一定方式的凍融，然后對(duì)凍融前后的試樣進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)試驗(yàn)分析，以考察土工程性質(zhì)在凍融前后的變化。 土的顆粒分析試驗(yàn) 顆粒分析就是用試驗(yàn)的方法求出土中小于某種粒徑的顆粒所占總土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)或確定土中各粒組的相對(duì)含量。 土是由各種大小和形狀不同的顆粒所組成，根據(jù)顆粒大小劃分為若干組，稱為顆粒粒組。 本試驗(yàn)?zāi)康臑闄z測(cè)被測(cè)區(qū)土樣的顆粒級(jí)配 顆粒分析試驗(yàn)的方法主要有兩大類：一是機(jī)械分析法，如篩析法；二是物理分析法，如密度計(jì)法、虹吸管法（移液管法）等。 篩析法 原理 篩析法是將土樣通過(guò)各種不同孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩，并按篩孔的大小由上至下依次疊好，對(duì)顆粒加以篩析，然后再稱量篩上土質(zhì)量，并計(jì)算出各個(gè)粒組占土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。（在天平的右托盤放 300g 砝碼，就可以直接稱得試樣的質(zhì)量） （ 2）從風(fēng)干松散的土樣中，用四分對(duì)角取 樣法按規(guī)定數(shù)量取試樣（如表所示） 四分對(duì)角取樣法：把試樣拌均勻，鋪成矩形，用兩條對(duì)角線把試樣分成四份，合并相對(duì)角的兩部分，根據(jù)需要的數(shù)量，多次重復(fù)進(jìn)行取樣。漏下的試樣應(yīng)全部倒入下級(jí)篩內(nèi)，并將篩好的篩上試樣 稱質(zhì)量，準(zhǔn)確至 。 4．成果整理 （ 1）小于某粒徑的試樣質(zhì)量占總重量的百分比，應(yīng)按下式計(jì)算 X= a XBm dm? 式中 X—— 小于某粒徑的試樣占總質(zhì)量的百分比， %； am —— 小于某粒徑試樣質(zhì)量， g； Bm —— 當(dāng)細(xì)篩分析時(shí)或用密度計(jì)法分析時(shí)所取試樣質(zhì)量（粗篩分析時(shí)則為試樣總質(zhì)量）， g； xd —— 顆粒小于 2mm 的試樣質(zhì)量占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，在計(jì)算粗篩分析時(shí) xd =100%。甲種密度計(jì)讀數(shù)表示 1000mL 懸液中的干土重；乙種密度計(jì)讀數(shù)表示懸液比重。 凍融循環(huán)作用下水泥改良土靜力學(xué)特性研究 8 密度計(jì)（甲種，如圖所示）、細(xì)篩、煮沸設(shè)備、三角燒瓶 500mL、 量筒 1000mL、攪拌器、六偏磷酸鈉（ 4%）、秒表、溫度計(jì)等。 （ 3）將冷卻后的懸液倒入瓷杯中，靜置 1min，將上部懸液倒入筒內(nèi)。 （ 4）將留在洗篩上的顆粒洗入蒸發(fā)皿內(nèi)，傾去上部的清水，烘干稱重量，然后按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行細(xì)篩篩析。測(cè)經(jīng) 120min 和1440min 時(shí)的密度計(jì)讀數(shù)。甲種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至 ，乙種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至 ，每次讀數(shù)完畢立即取出密 度計(jì)放入盛有純水的量筒中，并測(cè)定各相應(yīng)的懸液溫度，準(zhǔn)確至 ℃。 甲種密度計(jì) X= td100 mm SDC（ R+ C ） 式中 X—— 小于某粒徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)， %； dm —— 試樣干土質(zhì)量， g； sC —— 土粒比重校正值，查表； tm —— 溫度校正值，查表； DC —— 分散劑校正值； n—— 彎液面校正值； R—— 甲種密度計(jì)讀數(shù)； 按公式計(jì)算 2020sss2 .6 5 = 2 .6 5C ?????? ? 式中 s? —— 土粒密度， g∕ cm3； 20?? —— 20℃時(shí)水的密度， g∕ cm3； 計(jì)算顆粒直徑，也可按圖確定。如與篩析法聯(lián)合分析，應(yīng)將兩段曲線繪成一平滑曲線。各種粘土 都有一個(gè)處于塑性狀態(tài)的含水率范圍，塑限含水率就是這個(gè)范圍的量度值。液限能較好的反應(yīng)土的某些物理力學(xué)性質(zhì)。本次試驗(yàn)采用的是液塑限聯(lián)合測(cè)定法。高 25mm，距錐尖 10mm處有環(huán)形刻度； ② 用金屬材料或有機(jī)玻璃制成的試驗(yàn)杯，直徑不小于 40mm，高度不小于 20mm； ③ 硬木或金屬制成的平穩(wěn)底座。 試驗(yàn)步驟 采用風(fēng)干土制備試樣。 調(diào)節(jié)升降座待試杯剛好上升至 土面剛好與圓錐的錐尖相接觸，接觸指示燈亮?xí)r，調(diào)節(jié)屏幕準(zhǔn)線，使初讀數(shù)為零位刻度線，關(guān)閉電源使磁鐵失磁，圓錐儀在自重下沉入土中，經(jīng)五秒測(cè)讀圓錐沉入深度。 成果整理 含水率安下列公式計(jì)算 m= ( 1) 1 0 0 %md? ? 式中 ? 含水率 % m 濕土質(zhì)量， g md 干土質(zhì)量， g 塑性指數(shù)和液性指數(shù)計(jì)算按下列兩式： pp= LI ?? PLPI I???? 式中 PI 塑性指數(shù) L? 液限， % p? 塑限， % LI 液性指數(shù) 以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐下沉深度為縱坐標(biāo)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系內(nèi)繪制關(guān)系曲線。 土的壓實(shí)程度與含水率、壓實(shí)功能和壓實(shí)方法等有密切的關(guān)系，工程經(jīng)驗(yàn)表明：欲將填土壓實(shí)，必須使其水分降低到飽和度以下，要求土處于三相狀 態(tài)。 輕型擊實(shí)試驗(yàn)的單位擊實(shí)功為 ∕ m3 ，輕型擊實(shí)試驗(yàn)分 3 層擊實(shí)，每層25 擊。 擊實(shí)試驗(yàn)就是利用標(biāo)準(zhǔn)化的擊實(shí)裝置，確定土的干密度與含水率間的關(guān)系曲線，即擊實(shí)曲線，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土密度的測(cè)定，得出填土的壓實(shí)度。 （ 2）為使試驗(yàn)結(jié)果更可靠，一般最少做 5 個(gè)含水率試樣，含水率依次相差 2%，且其中至少有兩個(gè)大于最優(yōu)含水率及兩個(gè)小于最優(yōu)含水率。 （ 4）從制備好的一份試樣中稱取一定數(shù)量土料，分 3 層或 5 層倒入擊實(shí)筒內(nèi)并將土面整平，分層擊實(shí)。擊實(shí)完成后，超出擊實(shí)筒的試樣高度小于 6mm。從試樣中心取出兩個(gè)一定量的土料（輕型為 15— 20g）平行測(cè)定土的含水率，稱量準(zhǔn)確至 ，含水率的平行誤差不得超過(guò) 1%。曲線上峰值點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)分別代表土的最大干密度和最優(yōu)含水率，如果曲線不能給出峰值點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)試驗(yàn)。 （ 2）加水及浸潤(rùn)。 （ 4）應(yīng)控 制擊實(shí)容器中的余土高度符合試驗(yàn)規(guī)定，否則試驗(yàn)無(wú)效。 （ 7）兩次平行試驗(yàn)最大干密度的差值應(yīng)不超過(guò) g／ cm3。液限 19% 塑限 34%。 制得土樣如圖（ 圖 3圖 3 圖 33）所示： 圖 31 素土試樣 圖 32素土剪切后土試樣 圖 33 素土試樣 （ 2） 試驗(yàn)的儀器 凍融試驗(yàn)主要由環(huán)刀、擊實(shí)儀、天平、電子稱、恒溫箱（ 冰箱代替）、養(yǎng)護(hù)箱。 凍融循環(huán)過(guò)程的實(shí)現(xiàn) 進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，首先要確定凍結(jié)方式。在相同凍結(jié)時(shí)間下，單向凍結(jié)時(shí)，由于存在明顯的溫度梯度，水分遷移尤其明顯，凍結(jié)后在試樣靠近上表面附近會(huì)出現(xiàn)水分相對(duì)集中的區(qū)域，但在三向凍結(jié)過(guò)程中，由于不存在單一方向的冷、暖面，凍結(jié)方向是由土體周圍指向土體中心，因此水分遷移以及凍結(jié)后相對(duì)集中含水量區(qū)域沒(méi)有單向凍結(jié)時(shí)明顯。由上述分析可知，凍結(jié)方式的確定影響著凍融循環(huán)后試樣的力學(xué)性質(zhì)，本試驗(yàn)依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)條件，采用封閉系統(tǒng)下，相同凍結(jié)速率，三向凍結(jié)的方式。凍結(jié)或融化時(shí)間過(guò)短，不能凍結(jié)或融化透徹、完全凍結(jié)或融化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則浪費(fèi)試驗(yàn)時(shí)間。根據(jù)高速鐵路路基土樣實(shí)際所處環(huán)境的氣溫資料確定凍融循環(huán)試驗(yàn)需要設(shè)置的土樣冷卻溫度和土樣融化溫度，再根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定試驗(yàn)凍結(jié)穩(wěn)定所需要的時(shí)間。 第四章 直接剪切試驗(yàn) 驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 直接剪切試驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法。 試驗(yàn)原理（快剪法） 直接剪切試驗(yàn)采用 4 個(gè)試樣，用不同的法向應(yīng)力 i? 作用于豎直方向，剪切時(shí)得到不同抗剪強(qiáng)度 fi? ，將 4 組（ i? ， fi? ）置于直角坐 標(biāo)系中，用最小二乘法做直線，稱作庫(kù)凍融循環(huán)作用下水泥改良土靜力學(xué)特性研究 27 倫強(qiáng)度線。 （ 2）對(duì)準(zhǔn)上下 盒，插入固定銷釘。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與測(cè)力計(jì)接觸，調(diào)整測(cè)力計(jì)讀數(shù)為零。開(kāi)動(dòng)秒表，以 — ∕ min 的速率剪切（每分鐘 4— 6 轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)手輪），使試樣在 3— 5min 內(nèi)剪損。 （ 6）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力、加壓框架、鋼珠、加壓蓋板等。如下表： 凍融循環(huán)作用下水泥改良土靜力學(xué)特性研究 29 表 41 素土 0 次循環(huán)直接剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)表 工程名稱： 凍融循環(huán)作用下 素 土 靜 力學(xué)特性研究 試驗(yàn)者 ： 曾德娟 計(jì)算者： 曾德娟 試驗(yàn)日期： 校核者： 張則琪 垂直壓力 （ kpa） 剪 切 歷 時(shí) 儀器 號(hào) 鋼環(huán)系數(shù) 0C N/ 測(cè)微表 讀數(shù) R 抗 剪 強(qiáng) 度 RCf ?? 0? (kpa) 備 注 100 1min 1 32 200 1min 1 300 1min 1 34 400 1min 1 38 內(nèi)摩 擦系數(shù) 內(nèi)摩擦角 2176。 成果整理 按下式計(jì)算試樣的抗剪強(qiáng)度 f? f? = 0c R 式中 f? —— 抗剪強(qiáng)度， kpa； 0c —— 量里環(huán)率定系數(shù)， kap∕ ； R—— 量力環(huán)中測(cè)微表讀數(shù)， ； 以抗剪強(qiáng)度 f? 為縱坐標(biāo)，垂直壓力 p 為橫坐標(biāo)，繪制抗剪強(qiáng)度 f? 與垂直壓力 p 的關(guān)系曲線，根據(jù)圖上各點(diǎn)，繪制一條視測(cè)直線。若測(cè)力計(jì)讀數(shù)繼續(xù)增加，則剪切變形達(dá)到 6mm 為止。一般可按 50kpa、100kap、 200kap、 300kap、 400kap? 范圍內(nèi)選擇施加。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒盒口，在試樣頂面放濕潤(rùn)濾紙片、透水石，然后用推土器將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀。 快剪試驗(yàn)是在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平剪切力，以 — ∕min 的速率剪切，一般使試樣在 3— 5min 內(nèi)剪破。 試驗(yàn)方法 本試驗(yàn)適用于測(cè)定細(xì)粒土的抗剪強(qiáng)度參數(shù) C 和 ? 及土顆粒的粒徑小于 2mm 的砂土的抗剪強(qiáng)度參數(shù) ? 。 本章小結(jié) 以往的工作中，學(xué)者大多關(guān)注于研究?jī)鋈谧饔脤?duì)土物理性質(zhì)的影響，多數(shù)的研究認(rèn)為：凍融作用具有類似擊實(shí)的效果，一方面，它會(huì)使密實(shí)土的孔隙比增大，另一方面，它又會(huì)使松散土的孔隙比減小，對(duì)于顆粒較細(xì)的土，滲透 性在凍融循環(huán)后是有所增大的；土的界限含水量也會(huì)隨著凍融循環(huán)的作用有所變化。土體凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)間主要與凍結(jié)溫度關(guān)系密切，凍結(jié)溫度越低，凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)間越短。 凍結(jié)與融化時(shí)間 的確定 凍融循環(huán)是指某確定土體經(jīng)受一次或若干次連續(xù)不間斷的凍結(jié)和融化的過(guò)程。在其它條件相同情況下，凍結(jié)速率越快，水分遷移量越小，土中水近乎是原位凍結(jié)成冰 。同一種土在初始含水量和干密度相同、邊界溫度基本相同的條件下，開(kāi)放系統(tǒng)中形成的分凝冰層數(shù)量和厚度凍脹量均比封閉系統(tǒng)中大得多 。凍融循環(huán)的試驗(yàn)周期次數(shù)選為 O、 6 次，達(dá)到凍融循環(huán)周期次數(shù)后取出部分試樣進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)，剩余試樣繼續(xù)做凍融循環(huán)試驗(yàn)。 凍融循環(huán)作用下水泥改良土靜力學(xué)特性研究 24 試驗(yàn)方法 （ 1） 土樣的制備 重塑土樣制 備滿足 JTGE40 一 20xx《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》 T0102 一 20xx 條內(nèi)容規(guī)定，將土風(fēng)干后碾散并過(guò) 篩，取出足夠數(shù)量的試樣，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)試件模具的容積，設(shè)定含水量和壓實(shí)度，計(jì)算每組試件所需的干土和水的質(zhì)量。土粒度成分 是土重要的基本性質(zhì)之一， 對(duì)季 節(jié)凍土的凍脹具有十分重要的影響。 （ 6）在統(tǒng)一規(guī)定擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下，級(jí)配不均勻的土所得的曲線較陡，土的密度大；級(jí)配均勻的土所得的曲線平緩，土的密度小。灑水應(yīng)均勻，浸潤(rùn)時(shí)間應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。試驗(yàn)證明：最大干密度以烘干土最大，用烘干土做試驗(yàn)得到的最優(yōu)含水率比用風(fēng)干土的小，而最大干密度則偏大，因此以風(fēng)干土做試驗(yàn)較為合理。 （四）成果整理 按下式計(jì)算擊實(shí)后各試樣的含水率 凍融循環(huán)作用下水泥改良土靜力學(xué)特性研究 21 ( 1) 100dmm?? ? ? 式中 w —— 含水率， %； m—— 濕土質(zhì)量， g； md—— 試樣的干土質(zhì)量， g； 按下式計(jì)算擊實(shí)后各試樣的干密度，計(jì)算至 ∕ cm3 1 ?? ?? ? 式中 ?d—— 干密度， g／ cm3； ?—— 濕密度， g／ cm3； w—— 含水量，％。如試樣地面超出筒外，亦應(yīng)修平。如為手工擊實(shí)，應(yīng)保證使擊實(shí)錘自由沿直線下落，錘擊點(diǎn)必須均勻