张 元，张国忠，李鹏军

（1、中诚祥建设集团有限公司 山东青岛266000；2、佳木斯大学建筑工程学院 黑龙江佳木斯154007）

0 引言

岩土工程建设常遇到不良土质的工程问题，此类土并不能满足工程要求，为降低工程造价，做到就地取材，需加固处理来提升不良土体的工程力学性能，将其应用于工程中［1，2］，采用土壤固化剂进行改良，将固化剂掺入土性不良的土中，在水的作用下发生物理化学反应，孔隙会被新产生的物质填充，形成高强度胶凝硬化物，把不良土体转变为高性能工程材料，变废为宝，因此，具有极高的工程与经济价值［3］。从加固技术和经济性考虑，用固化剂来改良土体性能具有很好的应用与发展前景［4-6］。本文通过三轴试验手段，对固化后土体的加固效果进行研究，分析内外因素［7］固化剂掺量和围压对其力学特性的影响，探讨路基工程中新型路基固化填筑材料的可行性，为工程建设提供技术保障［8-10］。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

土体取自铁路沿线路基填料，将施工现场取回的路基填料放置于烘箱中，烘箱温度控制为105～110 ℃，烘12 h取出粉碎过2 mm筛，以去除其中存在的杂质，装入塑料袋中密封保存以待备用。通过室内试验研究，击实试验得土的wopt=10.12%、ρdmax=1.973 g∕cm3，颗粒分析试验得土的Cc=1.23、Cu=4.88，通过以上数据分析可知该填料级配不良。为了降低工程造价，就地取材，需对该填料进行改良处理后应用于工程实际中，因此，本文选取Aught-Set 高性能土壤固化剂作为加固材料。

1.2 试样制备及养护

试样制作时，称取所需质量的干土，按照设计的含水率，把干土料与水混合，搅拌均匀，闷料24 h。制样前取出，加入一定量的固化剂，搅拌均匀。将搅拌好的土样分3次装样击实，试样尺寸如下：高度为125 mm，直径为61.8 mm。然后对固化土试样进行养护，放在养护箱中，使试样处于标准养护环境中，恒温恒湿温度控制在20±5 ℃，养护到设计龄期后取出进行三轴试验。

1.3 试验方案

试验采用的仪器为TSZ-3.0型三轴仪，试验为应变控制形式，剪切环境为不固结不排水，以1.25 mm∕min速率进行加载。试样养护龄期选取14 d，固化剂掺量选取0%、3%、4%、5%、6%，围压为100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa。轴向应变达到10%时三轴试验机停止加载。本文以固化剂掺量和围压两因素，研究固化土力学特性，及进行加固效果分析。

2 试验结果分析

2.1 固化剂掺量对固化土应力-应变关系的影响

对固化土的应力-应变关系曲线（见图1）进行分析，结果表明，固化土应力-应变关系曲线变化趋势不受固化剂掺量的影响，均属于加工软化型；固化土试样整个加载过程中变形可用应力-应变关系曲线来描述，分为：第一阶段，加载的初期阶段，由于固化剂的存在，路基填料胶结形成具有一定结构性的胶凝硬化产物，小应变逐渐增加，应力近似表现为直线，且不断提升，表现为弹性变形阶段；第二阶段，随着应变的增加，试样内部应力水平不断增加，超过胶凝硬化产物所能承受的极限，胶结作用破坏，胶凝硬化产物结构性被丧失，应力增加不断变慢，逐渐达到应力峰值，表现为损伤变形阶段；第三阶段，试样内部出现各个小的微裂缝连通起来的破坏面，固化土结构性大量丧失，应力水平快速地减小，强度降低，表现为脆断变形阶段。

图1 固化土的应力-应变关系曲线Fig.1 Stress-strain Curve of Solidified Soil

固化剂对土体强度的提升更好，对土体具有很好的加固效果，抗变形能力增强。固化土的强度随着固化剂掺量增加有效提升，土体的加固效果越好，抗变形能力越强。虽路基填料和固化土均表现为应变软化特征，但路基填料相比于固化土的软化性和软化程度要小，变化相对也比较平稳，固化土软化表现更强，且这一软化程度也随着固化剂掺量的增加显现越强。

2.2 固化剂掺量对土体弹性模量的影响

对表1 和图2 固化剂掺量对土体弹性模量的影响进行分析，结果表明，掺入固化剂的土体弹性模量高于路基填料，且4种围压情况下均如此，说明固化剂掺入有效提升了土体的弹性模量。

表1 固化剂掺量对土体弹性模量的影响Tab.1 Influence of Curing Agent on Elastic Modulus of Soil

图2 固化剂掺量对土体弹性模量的影响Fig.2 Influence of Curing Agent on Elastic Modulus of Soil

固化土的弹性模量随着固化剂掺量的增加均表现为增加趋势，且越来越快。这是由于固化剂掺入量的提升，固化剂与土体在水的作用下反应越完全，胶凝硬化产物越多，所形成的固化土性能越好，因此，弹性模量提升越多。

2.3 围压对土体弹性模量的影响

表2和图3围压对土体弹性模量的影响分析结果表明，随着围压的增加，路基填料和固化土的弹性模量均逐渐增加；围压越大，两者弹性模量增长越快，但在高围压时路基填料的弹性模量增长率大于固化土。仅在固化剂掺量为4%时，高围压时固化土弹性模量的增长率低于路基填料。这是由于在小围压时土体侧向束缚作用相对较小，围压对2 种土体本身的弹性影响稳步增长，路基填料和固化土表现出的变化趋势基本一致；但在高围压时侧向约束作用较大，围压对土体本身弹性的影响比较大，加快了弹性的发挥，相比小围压弹性模量要大，还有2种土体本身性能的差别，固化剂土相比于路基填料更加密实更加坚硬，致使高围压时固化土弹性模量增加不如路基填料大，表现出在高围压时路基填料弹性模量增长率明显大于固化土。

表2 围压对土体弹性模量的影响Tab.2 Influence of Confining Pressure on Eastic Modulus of Soil Mass （kPa）

3 结语

通过三轴压缩试验，研究固化剂掺量和围压对固化土的强度和弹性模量的影响，基于本试验方案范围内取得一些研究成果如下：

图3 围压对土体弹性模量的影响Fig.3 Influence of Confining Pressure on Elastic Modulus of Soil Mass

⑴固化土受力变形整个应力-应变关系变化过程分为：弹性、损伤、脆断3个变形阶段。

⑵固化剂的掺入增强土体力学性能，且固化剂掺量越多，固化土强度越高。固化剂可提升土体的软化程度，且固化土的软化程度随着固化剂增加而增强。

⑶提升土体的弹性模量可以采用固化剂加固的方法，固化剂掺量越多对路基填料弹性模量提升越大，且掺量越多增长率越快。

⑷随着围压的增加，路基填料和固化土的弹性模量均逐渐增加；围压越大，两者弹性模量增长越快，但在高围压时路基填料的弹性模量增长率大于固化土。