李方舟 付星 阿不都拉·木沙 尹博坦 徐金超 于壬杨

摘  要：利用室内静三轴试验研究干湿循环条件下不同木质素掺量的改良土的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角变化规律。试验结果表明：相同干湿循环次数下，木质素改良土的抗剪强度高于素土的抗剪强度，说明木质素的掺入可以在一定程度上提高路基的水稳定性。

关键词：干湿循环;抗剪强度;粘聚力;内摩擦角

中图分类号：U414 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）32-0026-03

Abstract： The changes of shear strength， cohesion and internal friction angle of improved soil with different lignin content were studied by indoor static triaxial test. The test results show that under the same number of dry and wet cycles， the shear strength of lignin improved soil is higher than that of plain soil， indicating that the addition of lignin can improve the water stability of roadbed to a certain extent.

Keywords： dry and wet cycle; shear strength; cohesion; internal friction angle

引言

由于干旱少雨、气候周期性的变化和季节性冻土地区路基普遍存在着冬季冻结春季融化自由水增多的现象，路基土处在降雨、融冰和自然蒸发的干湿循环过程中，其物理力学性质也处于一个动态的变化过程[1]。木质素作为一种天然有机高分子，能有效改善土的物理力学性质[2]。本文研究了不同干湿循环次数对木质素改良土抗剪强度的影响，最后确定合适的木质素掺入比。

1 试验材料及试验方法

1.1 试验材料

试验所用土样取自吉林省某高速公路施工用土取土场，根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）规定[3]进行测试，试验用土的基本物理指标如表1所示。

1.2 样品制备

本文试件为标准三轴试件，试件直径39.1mm、高为80mm。

1.3 试验方法

根据东北地区含水率调查结果确定本文干湿循环范围为2%～14%（增湿-失水过程采取质量控制）。把木质素掺入比为0%、3%、6%、9%、12%、15%（干木质素质量与干土质量之比）试件放入温度为 20±2℃，湿度为95%的养生箱内养生28d后进行干湿循环。循环次数为0、1、2、3、4、5次。分别在30kPa、60kPa、90kPa围压下依次进行静三轴抗剪强度试验。

2 试验结果分析

2.1 干湿循环对抗剪强度指标的影响

素土及木质素改良土养生龄期28d不同干湿循环次数下的抗剪强度试验结果如图1所示。从图中可见在相同干湿循环条件随着木质素含量的增加试件的抗剪强度先增大后减小。而随着干湿循环次数的增加素土的抗剪强度在逐渐减小后趋于平缓，木质素掺量为3%和6%的改良土则先减小后增大，而9%、12%、15%的木质素改良土基本呈下降趋势。干湿循环次数达到5次时均趋于平缓，说明素土和木质素改良土在5次干湿循环时基本达到稳定状态。木质素掺量为3%、9%、12%、15%的改良土在没开始干湿循环之前抗剪强度有明显提升，但随着干湿循环次数的增加其抗剪强度下降幅度较大，而木质素掺量为6%的改良土则一直比较稳定。5次干湿循环结束后木质素掺量为6%的改良土抗剪强度最大，干湿稳定性最好。

2.2 干湿循环对粘聚力的影响

素土及木质素改良土养生龄期28d不同干湿循环次数下的粘聚力试验结果如图2所示。从图中可以看出干湿循环开始之前木质素掺量15%的改良土粘聚力最大，素土次之。但5次干湿循环之后，木质素掺量6%的改良土粘聚力值最大，其他掺量的改良土粘聚力基本下降了50%。木质素掺量6%的改良土的干湿稳定性较好，这与干湿循环次数对抗剪强度的影响结果保持一致。

2.3 干湿循环对内摩擦角的影响

素土及木质素改良土养生龄期28d不同干湿循环次数下的内摩擦角试验结果如图3所示。从图中可以看到干湿循环开始之前和5次干湿循环结束时木质素掺量3%的改良土内摩擦角均比其他木质素掺量的内摩擦角大。因此可以判断，木质素掺量3%的改良土抗剪強度主要受内摩擦角的影响，而木质素掺量6%的改良土抗剪强度主要受粘聚力的影响。

3 结论

通过对不同木质素掺量的土样在不同干湿循环作用下进行室内静三轴试验，并对其结果进行分析可以得出以下结论：

（1）素土和木质素改良土在5次干湿循环时基本达到稳定状态，木质素的掺入可以有效提高素改良土的抗剪强度，其中在3%和6%掺量时抗剪强度较高。

（2）在干湿循环过程中，6%木质素掺量的改良土具有很好的干湿稳定性。

（3）木质素掺量3%的改良土抗剪强度主要受内摩擦角的影响，而木质素掺量6%的改良土抗剪强度主要受粘聚力的影响。综合比较6%为最佳掺量。

参考文献：

[1]付星.干湿循环对木质素改良土的工程特性研究[D].长春：吉林建筑大学，2019.

[2]张涛，蔡国军，刘松玉，等.工业副产品木质素改良路基粉土的微观机制研究[J].岩土力学，2016，37（06）：1665-1672.

[3]JTGE40-2007.公路土工试验规程[S].北京：人民交通出版社，2007.