陳樂求，陳俊樺，張家生

(1.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075；2.湖南理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，湖南 岳陽 414006)

干濕循環(huán)作用下水泥改良泥質(zhì)板巖粗粒土動(dòng)力特性*

陳樂求1,2?，陳俊樺1，張家生1

(1.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075；2.湖南理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，湖南 岳陽 414006)

為研究干濕循環(huán)作用對(duì)水泥改良泥質(zhì)板巖粗粒土的動(dòng)力穩(wěn)定性影響，以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)28 d的水泥改良泥質(zhì)板巖粗粒土為試樣，設(shè)計(jì)干濕循環(huán)條件下的改良土大型動(dòng)三軸壓縮試驗(yàn).通過試驗(yàn)研究改良土動(dòng)彈性模量、阻尼比和動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度等力學(xué)特征參數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)變化的規(guī)律，分析圍壓對(duì)干濕循環(huán)效應(yīng)的影響，探討干濕循環(huán)作用的影響機(jī)理.研究結(jié)果表明：1)隨著干濕循環(huán)作用次數(shù)增加，最大動(dòng)彈性模量和動(dòng)強(qiáng)度均有所衰減，但衰減到一定程度后逐漸趨于穩(wěn)定；2)最大阻尼比隨著干濕循環(huán)作用次數(shù)增加而增加，但增加到一定程度后逐漸趨于穩(wěn)定；3) 干濕循環(huán)作用下，圍壓越大，最大動(dòng)彈性模量和動(dòng)強(qiáng)度的衰減幅度越小，最大阻尼比的增加幅度也越小.

土動(dòng)力學(xué)；粗粒土；動(dòng)力特性；大型動(dòng)三軸壓縮試驗(yàn)；水泥改良

Abstract：In order to examine the influences of drying-wetting cycle on stability of cement-improved argillite-slate coarse-grained soil under dynamic loading，large-scale dynamic triaxial compression test on the soil at the standard curing age of 28 days was carried out.The mechanical characteristics parameters of improved soil，such as the change of dynamic elastic modulus，damping ratio and dynamic stress compressive strength with the drying-wetting cycles were studied by the tests.The influences of confining pressure on the dynamic properties under drying-wetting cycles were analyzed，and the influence mechanism of drying-wetting cycle was also discussed.The results indicate that：1) Both the maximum dynamic elastic modulus and dynamic compressive strength decay with the drying-wetting cycles until they are tending to be stable.2) The maximum damping ratio increases with the drying-wetting cycles until it reaches stable value.3) Under the drying-wetting cycles，the attenuations of the dynamic elastic modulus and dynamic compressive strength of the improved soil decrease with the increase of confining pressure，while the increment of the damping ratio decreases with the increase of confining pressure.

Keywords：soil dynamics；coarse-grained soil; dynamic properties; large-scale dynamic triaxial compression test; cement improvement

雨水降滲和蒸發(fā)、地下水位上升和下降等水環(huán)境的變化是較為常見的自然現(xiàn)象，因此，路基受到干濕循環(huán)作用也較為常見.干濕循環(huán)作用下，路基填料土容易產(chǎn)生較大的脹縮變形，從而導(dǎo)致路基病害.特別是富含親水礦物成分的土料，如紅黏土、黃土、風(fēng)化的泥巖等水穩(wěn)性差的土料，土的干濕循環(huán)作用效應(yīng)更明顯.為確保這些水穩(wěn)性差的土料滿足路基填筑要求，需要對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改良，如水泥改良或石灰改良.研究干濕循環(huán)作用下化學(xué)改良土的力學(xué)性質(zhì)，可以為改良土路基設(shè)計(jì)、路基土水穩(wěn)性評(píng)價(jià)以及改良效果評(píng)價(jià)等提供參考，具有重要的工程實(shí)際意義.

目前，針對(duì)干濕循環(huán)作用下化學(xué)改良土的力性質(zhì)研究主要是針對(duì)靜力性質(zhì)，針對(duì)動(dòng)力性質(zhì)的研究較少[1-6].例如安愛軍[1]、李冬立等[2]和薄煜琳等[4]研究干濕循環(huán)條件下水泥改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化特性.王建華等[3]研究干濕循環(huán)過程中水泥改良土靜三軸抗壓強(qiáng)度的衰減機(jī)理.楊和平等[5]研究干濕循環(huán)條件下改良膨脹土的抗剪強(qiáng)度.雖然目前我國相關(guān)的路基設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)路基穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)主要考慮靜力性質(zhì)的影響[7]，但是現(xiàn)有研究表明[8]，土的動(dòng)力變形與破壞對(duì)路基穩(wěn)定性的影響更大.此外，既有研究主要針對(duì)改良細(xì)粒土[3-5]，很少針對(duì)改良粗粒土.而對(duì)承載性能要求較高的路基通常用粗粒土作為主要填料.總的來說，干濕循環(huán)作用下化學(xué)改良粗粒土動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的研究具有積極意義.

直剪試驗(yàn)[9-10]、離心機(jī)試驗(yàn)[11]、共振柱試驗(yàn)[12]和振動(dòng)三軸試驗(yàn)等是研究土動(dòng)力性質(zhì)的主要方法.其中，由于設(shè)備經(jīng)濟(jì)實(shí)用，試驗(yàn)結(jié)果方便工程應(yīng)用，振動(dòng)三軸試驗(yàn)是最常用的研究方法.通常利用振動(dòng)三軸試驗(yàn)研究干濕循環(huán)條件下土的動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)彈性模量、阻尼比等力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律[6].

泥質(zhì)板巖在我國分布較廣.不少公路和鐵路路基的建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)過泥質(zhì)板巖區(qū).如武廣客運(yùn)專線途經(jīng)的湖南岳陽市就是典型的泥質(zhì)板巖區(qū)域.在干燥條件下，泥質(zhì)板巖粗粒土具有良好的承載性，但是由于土中高嶺石和綠泥石等含量較高，泥質(zhì)板巖土被水浸泡易軟化、崩解，水穩(wěn)性較差.因此，為應(yīng)用于填筑路基，需對(duì)泥質(zhì)板巖土進(jìn)行水泥或者石灰化學(xué)改良.為此，針對(duì)水泥改良泥質(zhì)板巖粗粒土，本文設(shè)計(jì)了干濕循環(huán)條件下的振動(dòng)三軸試驗(yàn).通過試驗(yàn)研究改良土的動(dòng)彈性模量、阻尼比和動(dòng)強(qiáng)度等隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，分析圍壓及其對(duì)干濕循環(huán)作用的影響，以期研究成果能為干濕循環(huán)作用下泥質(zhì)板巖改良粗粒土路基的動(dòng)力穩(wěn)定性評(píng)估等提供參考.

1 干濕循環(huán)作用下改良土動(dòng)三軸試驗(yàn)方案

1.1 土樣及其物理參數(shù)

試驗(yàn)所取土樣為褐黃色泥質(zhì)板巖土.土中主要礦物成分為石英、白云母、綠泥石和高嶺石等，其中，白云母、綠泥石和高嶺石等親水礦物的含量較高.土吸水能力強(qiáng)，遇水易軟化、崩解.飽水狀態(tài)下土強(qiáng)度低.土樣的天然含水率為5%～20%，密度為1.04～1.70 g/cm3.土樣的顆粒不大于60 mm，土中礫粒組含量最多，約為58.8%；其次為砂粒組，含量約為33.6%；細(xì)粒土含量約為8%. 土的不均勻系數(shù)為133.6，曲率系數(shù)為0.28.級(jí)配曲線如圖1所示.根據(jù)《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50145—2007)，土樣為含細(xì)粒土礫.

圖 1 泥質(zhì)板巖粗粒土的級(jí)配曲線

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)儀器及制樣

考慮到泥質(zhì)板巖粗粒土顆粒的尺寸效應(yīng)，采用大型三軸儀進(jìn)行試驗(yàn).試驗(yàn)設(shè)備為TAJ-2000大型靜動(dòng)三軸儀.改良加固劑為普通硅酸鹽水泥P.O.32.5.根據(jù)現(xiàn)有研究成果[13-16]，當(dāng)土中水泥含量≥4%時(shí)，改良土力學(xué)性質(zhì)可滿足路基填筑要求.本文試驗(yàn)在土樣中摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的水泥，以95%的壓實(shí)度、15%的含水率和2.0 g/cm3的干密度制作試樣.試樣為直徑300 mm，高600 mm的圓柱體.

1.2.2 試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法

1)干濕循環(huán)試驗(yàn)條件

土的1次干濕循環(huán)包括吸水和失水兩個(gè)過程.理想狀態(tài)下，1次干濕循環(huán)應(yīng)達(dá)到完全飽水和完全失水.對(duì)于工程實(shí)際，干濕循環(huán)過程中土的飽水率和失水率通常都不是100%，與理想狀態(tài)有較大差別.干濕循環(huán)過程中不同的飽水率和失水率對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)影響較大.因此，對(duì)于土的干濕循環(huán)，目前尚未有統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn).學(xué)者們提出了不同的干濕循環(huán)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[2-5,17-18].例如，文獻(xiàn)[3]按照30%的失水率對(duì)土樣進(jìn)行自然失水處理，然后采用抽真空飽和法對(duì)土樣進(jìn)行飽和處理.將這樣的一個(gè)失水與飽和過程看作1次干濕循環(huán).該方法操作較為復(fù)雜.文獻(xiàn)[2]則按照美國ASTMD559-44和AASHTO T136-45“壓實(shí)水泥土干濕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法”的規(guī)定，先讓試樣泡水2 d，再在室內(nèi)放置2 d，讓其自然風(fēng)干.4 d時(shí)間為1次干濕循環(huán).該方法以天數(shù)為單位去衡量干濕吸水和失水時(shí)間，方便實(shí)際工程應(yīng)用和參考.由于土中孔隙較大，泥質(zhì)板巖粗粒土易于排水，而土中親水礦物含量較高，泥質(zhì)板巖粗粒土又易于吸水，所以泥質(zhì)板巖粗粒土干濕循環(huán)過程時(shí)間一般較短.為此，文獻(xiàn)[17]在文獻(xiàn)[2]的基礎(chǔ)上對(duì)干濕循環(huán)試驗(yàn)控制條件進(jìn)行了簡化，將泡水天數(shù)設(shè)為1 d，把自然風(fēng)干天數(shù)設(shè)為1 d. 2 d時(shí)間完成1次干濕循環(huán).

本文試驗(yàn)采用文獻(xiàn)[17]提出的干濕循環(huán)方法.試驗(yàn)中，干濕循環(huán)次數(shù)M=0,3,5,7,10,14.考慮到當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期到達(dá)到28 d 以上水泥強(qiáng)度增長放緩，同時(shí)水泥對(duì)土的加固作用也不會(huì)發(fā)生較大變化，本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到28 d的試樣進(jìn)行干濕循環(huán)下的動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)以及動(dòng)彈性模量與阻尼比試驗(yàn).

2)動(dòng)彈性模量與阻尼比、動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)

在不同圍壓水平下，對(duì)不同干濕循環(huán)次數(shù)的試樣進(jìn)行等向固結(jié)，然后在試樣軸向施加正弦波荷載.試驗(yàn)過程排水.

對(duì)動(dòng)彈性模量與阻尼比試驗(yàn)，采用等效線性模型，按照文獻(xiàn)[19]的方法進(jìn)行具體計(jì)算.采用逐級(jí)提高動(dòng)應(yīng)力幅值的方式進(jìn)行加載.正弦波荷載以及動(dòng)應(yīng)力幅值計(jì)算公式見式(1)式(2).

(1)

(2)

動(dòng)彈性模量與阻尼比試驗(yàn)以及動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)均設(shè)計(jì)3個(gè)圍壓水平：S=200 kPa，300 kPa，500 kPa.加載頻率f=1 Hz.對(duì)于動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)，設(shè)軸向應(yīng)變達(dá)到5%為土發(fā)生破壞的標(biāo)準(zhǔn).將軸向應(yīng)變達(dá)到5%所需的振次稱為破壞振次，記為N=Nf.與破壞振次對(duì)應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力幅值為該振次下改良土的動(dòng)應(yīng)力強(qiáng)度.

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 動(dòng)彈性模量與阻尼比試驗(yàn)結(jié)果及分析

動(dòng)彈性模量和阻尼比隨動(dòng)應(yīng)變幅值變化的典型關(guān)系曲線分別如圖2和圖3所示.

從圖2和圖3看出，隨著動(dòng)應(yīng)變幅值增加，動(dòng)彈性模量近似呈反比例關(guān)系衰減，而阻尼比近似呈雙曲線函數(shù)關(guān)系增大.因此，干濕循環(huán)作用下，泥質(zhì)板巖改良粗粒土的動(dòng)彈性模量、阻尼比隨動(dòng)應(yīng)變幅值變化的關(guān)系可采用Hardin等提出的等效線性黏彈性模型進(jìn)行分析.根據(jù)文獻(xiàn)[19],可擬合得到最大動(dòng)彈性模量和最大阻尼比，它們是等效線性黏彈性模型中的兩個(gè)特征參數(shù).

從圖2和圖3還可看出，其他條件相同時(shí)，干濕循環(huán)次數(shù)發(fā)生改變，改良土動(dòng)彈性模量和阻尼比也發(fā)生改變.即干濕循環(huán)作用對(duì)動(dòng)彈性模量和阻尼比有影響.

圖2 動(dòng)彈性模量與動(dòng)應(yīng)變幅值的關(guān)系

圖3 阻尼比與動(dòng)應(yīng)變幅值的關(guān)系

2.1.1 動(dòng)彈性模量變化規(guī)律

從圖2看出，其他條件相同時(shí)，隨著干濕循環(huán)作用次數(shù)增加，改良土動(dòng)彈性模量減小.本文重點(diǎn)分析干濕循環(huán)作用對(duì)最大動(dòng)彈性模量的影響.圖4給出了不同圍壓下最大動(dòng)彈性模量和干濕循環(huán)作用次數(shù)的關(guān)系.從圖4看出，當(dāng)干濕循環(huán)作用次數(shù)較小時(shí)(M<5)，最大動(dòng)彈性模量隨干濕循環(huán)作用次數(shù)增加而減小.當(dāng)干濕循環(huán)作用次數(shù)增加到一定程度時(shí)(M>5)，最大動(dòng)彈性模量基本趨于穩(wěn)定.這表明，干濕循環(huán)作用會(huì)導(dǎo)致改良土最大彈性模量衰減，但這種衰減影響是有限的.

圖4 不同圍壓下最大動(dòng)彈性模量與干濕 循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

根據(jù)圖4，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)從0增加到14時(shí)，對(duì)應(yīng)圍壓為200 kPa，300 kPa和500 kPa的最大動(dòng)彈性模量分別從1 139 MPa減小至933 MPa，從1 420 MPa減小至1 231 MPa和從1 723 MPa減小至1 582 MPa，分別減小206 MPa，189 MPa和141 MPa，相對(duì)減小幅度分別為18.1%、13.3%和8.1%.可見隨著圍壓增加，干濕循環(huán)對(duì)最大彈性模量的衰減作用減小.即圍壓越大，最大動(dòng)彈性模量的干濕循環(huán)衰減效應(yīng)越不顯著.

2.1.2 阻尼比變化規(guī)律

從圖2看出，其他條件相同時(shí)，隨著干濕循環(huán)作用次數(shù)增加，改良土阻尼比增大.與利用最大動(dòng)彈性模量分析動(dòng)彈性模量的干濕循環(huán)變化規(guī)律類似，本文采用最大阻尼比分析干濕循環(huán)對(duì)改良土阻尼比的影響.圖 5給出了不同圍壓下的最大阻尼比與干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線.

圖5 不同圍壓下最大阻尼比與干濕 循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

從圖 5看出，同一圍壓下，改良土最大阻尼比隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加而增大.當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)增大到一定程度后，最大阻尼比基本不再變化.例如對(duì)于圍壓S=200 kPa的曲線，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)M<7時(shí)，隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，最大阻尼比由0.18增加到0.26，隨后曲線變得平緩(M>7).這表明，干濕循環(huán)作用會(huì)導(dǎo)致改良土最大阻尼比增大，但增大幅度是有限的.

從圖5還看出，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)從0增加到14時(shí)，對(duì)應(yīng)圍壓為200 kPa，300 kPa和500 kPa的最大阻尼比分別從0.18增加至0.27、從0.16增加至0.21和從0.13增加至0.16，分別增加0.09，0.05和0.03，相對(duì)增加幅度分別為50.0%，31.3%和23.1%.可見隨著圍壓增加，干濕循環(huán)對(duì)最大阻尼比的影響減小.

2.2 動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖6給出了當(dāng)圍壓S=300 kPa、不同循環(huán)動(dòng)應(yīng)力幅值作用下，破壞振次Nf(軸向應(yīng)變累積達(dá)到5%對(duì)應(yīng)的循環(huán)振次)與干濕循環(huán)次數(shù)M的關(guān)系曲線.從圖6看出，圍壓和動(dòng)應(yīng)力一定時(shí)，當(dāng)干濕循環(huán)作用次數(shù)較小時(shí)(M<7)，破壞振次隨干濕循環(huán)作用次數(shù)增加而減小.當(dāng)干濕循環(huán)作用次數(shù)增加到一定程度時(shí)(M>7)，破壞振次基本趨于穩(wěn)定.由于相同循環(huán)動(dòng)應(yīng)力幅值作用下，破壞振次越大表示改良土抵抗破壞變形的能力越弱，即動(dòng)強(qiáng)度越小，因此，干濕循環(huán)使得改良土的動(dòng)強(qiáng)度劣化，但這種劣化影響是有限的.

圖6 不同循環(huán)動(dòng)應(yīng)力幅值作用下破壞振次與 干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

圖7 不同圍壓作用下破壞振次與 干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

3 干濕循環(huán)作用影響機(jī)理探討

土的干濕循環(huán)過程實(shí)際上是水環(huán)境下土內(nèi)部礦物晶體、顆粒發(fā)生復(fù)雜物理化學(xué)變化的過程.首先，土中親水礦物成分越多，土顆粒表面吸附水的能力越強(qiáng)，土中越容易發(fā)生水物理化學(xué)反應(yīng).吸水過程中，水分子進(jìn)入層狀的黏土礦物顆粒之間形成極化的水分子層，這些水分子層又可以不斷吸水?dāng)U層，同時(shí)水分子進(jìn)入黏土礦物晶胞層間，形成礦物內(nèi)部層間水層，造成了黏土礦物的膨脹[20].失水過程中，黏土礦物收縮.親水礦物中的黏土礦物具有很強(qiáng)的親水性和膨脹性，而黏土礦物中的蒙脫石親水性和膨脹性最強(qiáng)，伊利石次之，綠泥石和高嶺石等較弱.因而含蒙脫石較高的黏性土易產(chǎn)生顯著的體積膨脹和收縮，如膨脹土等.其次，土的內(nèi)部孔隙率越高，土的吸水和失水越容易，土顆粒間、礦物晶體間的結(jié)合水膜越難形成，結(jié)合水膜變化也越小，土體越不容易發(fā)生體積膨脹和收縮，例如粗粒土等.本文試驗(yàn)的土樣為泥質(zhì)板巖粗粒土，土中主要含白云母、綠泥石和高嶺石等親水礦物，其中綠泥石和高齡石是黏土礦物，因此，干濕循環(huán)作用下，泥質(zhì)板巖粗粒土的體積變化雖然不如膨脹土顯著，但這種變化不可忽略.

根據(jù)文獻(xiàn)[13]，理想狀態(tài)下，水泥改良土中土顆粒通常被水泥凝膠吸附包裹，同時(shí)土顆粒的孔隙中填充了大量纖維狀結(jié)晶，起到了一定的網(wǎng)絡(luò)格架作用，形成了水泥土骨架體，這能有效抑制土中礦物顆粒的膨脹體積變形和崩解軟化.根據(jù)文獻(xiàn)[3]，實(shí)際工程中，水泥改良土中水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不會(huì)超過10%，較少的水泥含量使得水泥膠結(jié)體很難完全均勻地分布在土體內(nèi)，特別是含粗顆粒的水泥改良土，容易出現(xiàn)一些部位水泥凝膠厚度較大，另一些部位水泥凝膠厚度較薄的現(xiàn)象，甚至有的顆粒(團(tuán))未被水泥凝膠包裹.考慮到水泥土承載力主要由水泥骨架和水泥凝膠包裹的顆粒團(tuán)的強(qiáng)度確定，因此，水泥改良泥質(zhì)板巖粗粒土總會(huì)或多或少發(fā)生崩解、水軟化、干縮與濕脹變形等.而土顆粒(團(tuán))的崩解、干縮與膨脹引起的變形必然受到水泥骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制.當(dāng)變形產(chǎn)生的應(yīng)力超過水泥骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，將在膠結(jié)部位形成微裂縫，并且隨干濕循環(huán)次數(shù)的不斷增加，崩解、干縮與濕脹引起的不可逆變形也將進(jìn)一步增大，這使得微裂縫繼續(xù)不斷萌生和擴(kuò)展，造成水泥改良土自身結(jié)構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致改良土的力學(xué)性質(zhì)劣化[2-3,6].由于水泥骨架具備一定的穩(wěn)定性，且土中發(fā)生水物理化學(xué)反應(yīng)的礦物顆粒含量也是一定的，因而干濕循環(huán)作用下改良土整體骨架變形達(dá)到一定程度時(shí)就很難繼續(xù)發(fā)展.即干濕循環(huán)的劣化效應(yīng)也是有限的.

由以上分析可知，干濕循環(huán)使得改良土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的破壞，從而使得改良土的剛度和強(qiáng)度均產(chǎn)生一定程度的衰減.由于本文的循環(huán)動(dòng)力試驗(yàn)是在干濕循環(huán)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因而這種衰減規(guī)律表現(xiàn)為動(dòng)彈性模量和動(dòng)強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)增加而減小.如圖4中最大動(dòng)彈性模量的變化規(guī)律和圖6中動(dòng)強(qiáng)度的變化規(guī)律所示.土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞會(huì)影響土中顆粒的振動(dòng)和應(yīng)力、變形的傳播，宏觀上表現(xiàn)為土的黏滯性增加，即隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，改良土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生破壞，土的黏滯性逐漸增加.而土的黏滯性越大，阻尼比越大.由于干濕循環(huán)作用對(duì)土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞是有限的，因此，干濕循環(huán)作用下土的黏滯性增加是有限的，從而阻尼比的增加也是有限的.這種變化規(guī)律如圖3和圖5所示.

無論是干濕循環(huán)作用還是循環(huán)動(dòng)力作用，當(dāng)圍壓較大時(shí)，土的變形發(fā)展都比較困難，導(dǎo)致水泥膠結(jié)部位較難產(chǎn)生裂紋或者產(chǎn)生的裂紋較難擴(kuò)展，從而使得改良土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也較難破壞.因此，干濕循環(huán)作用下，圍壓越大，土的剛度和強(qiáng)度的衰減幅度越低，土的黏滯性的增加幅度也會(huì)減小，即動(dòng)彈性模量和動(dòng)強(qiáng)度的衰減幅度降低，阻尼比的增加幅度減小，表現(xiàn)出的規(guī)律如圖4、圖5和圖7所示.

4 結(jié)論

為研究干濕循環(huán)作用下水泥改良泥質(zhì)板巖粗粒土的動(dòng)力穩(wěn)定性，本文設(shè)計(jì)了方便實(shí)際工程參考的干濕循環(huán)試驗(yàn)條件，并在該條件下對(duì)改良土進(jìn)行大型動(dòng)三軸壓縮試驗(yàn).通過試驗(yàn)研究干濕循環(huán)作用對(duì)土的動(dòng)彈性模量、阻尼比以及動(dòng)強(qiáng)度等的影響，分析和探討干濕循環(huán)作用的影響機(jī)理.得到以下主要結(jié)論：

1)干濕循環(huán)對(duì)改良土動(dòng)力性質(zhì)起到一定的劣化作用.隨著干濕循環(huán)作用次數(shù)增加，改良土動(dòng)彈性模量和動(dòng)強(qiáng)度等均有所衰減，但衰減到一定程度后均逐漸趨于穩(wěn)定，而阻尼比則有所增加，但增加到一定程度后也逐漸趨于穩(wěn)定.因此，干濕循環(huán)作用下，水泥改良泥質(zhì)板巖土的動(dòng)力穩(wěn)定性良好.

2)圍壓對(duì)改良土動(dòng)力性質(zhì)的干濕循環(huán)效應(yīng)有重要影響.提高圍壓有助于減小干濕循環(huán)作用對(duì)土的動(dòng)力性質(zhì)影響.干濕循環(huán)作用下，圍壓越大，改良土的最大動(dòng)彈性模量和動(dòng)強(qiáng)度的衰減幅度越小，最大阻尼比的增加幅度也越小.

[1] 安愛軍.全-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)板巖作為鐵路客運(yùn)專線路基填料化學(xué)改良方法試驗(yàn)研究[J].公路,2008(6): 116-118.

AN Aijun.The chemical improvement method test of fully-intensely weathered argillite-slate soil applied in subgrade of railway passenger special line[J].Highway,2008(6): 116-118.(In Chinese)

[2] 李冬立,聶志紅.全風(fēng)化泥質(zhì)板巖填料改良的室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑,2010(1): 122-124.

LI Dongli,NIE Zhihong.Test of fully weathered argillite-slate soil improved[J].Railway Engineering,2010(1): 122-124.(In Chinese)

[3] 王建華,高玉琴.干濕循環(huán)過程導(dǎo)致水泥改良土強(qiáng)度衰減機(jī)理的研究[J].中國鐵道科學(xué),2006,27(5): 23-25.

WANG Jianhua,GAO Yuqin.Study on the strength degradation mechanism of cement-soils resulting from dry-wet cycles[J].China Railway Science,2006,27(5): 23-25.(In Chinese)

[4] 薄煜琳，杜延軍，魏明俐，等.干濕循環(huán)對(duì) GGBS+MgO 改良黏土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2013,35(S1): 134-139.

BO Yulin,DU Yanjun,WEI Mingli,etal.Effect of wetting-drying cycles on strength properties of ground granulated blast-furnace slag and magnesium oxide-stabilized soft clay [J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2013,35(S1): 134-139.(In Chinese)

[5] 楊和平,張銳,鄭健龍.有荷條件下膨脹土的干濕循環(huán)脹縮變形及強(qiáng)度變化規(guī)律[J].巖土工程學(xué)報(bào),2006,28(11): 1936-1941.

YANG Heping,ZHANG Rui,ZHENG Jianlong.Variation of deformation and strength of expansive soil during cyclic wetting and drying under loading condition[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2006,28(11): 1936-1941.(In Chinese)

[6] 李星,程謙恭,張金存，等.干濕循環(huán)下高鐵路基水泥改良膨脹土動(dòng)力特性試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2016(6): 99-103.

LI Xing,CHENG Qiangong,ZHANG Jincun，etal.Experi-mental study on dynamic performance of cement-improved expansive soil in high speed railway subgrade in wettingdrying cycles[J].Railway Engineering,，2016(6): 99-103.(In Chinese)

[7] 賈厚華.化學(xué)改良土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J].土工基礎(chǔ),2010,24(3): 84-87.

JIA Houhua.Experimental research on unconfined compressive strength for chemical-improved soil[J].Soil Engineering and Foundation,2010,24(3): 84-87.(In Chinese)

[8] 楊廣慶.水泥改良土的動(dòng)力特性試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(7)：1156-1160.

YANG Guangqing.Study of dynamic performance of cement-improved soil[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(7)：1156-1160.(In Chinese)

[9] 陳俊樺,張家生,李鍵.考慮粗糙度的黏性土-結(jié)構(gòu)接觸面力學(xué)特性試驗(yàn)[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào):工程科學(xué)版,2015,47(4): 22-30.

CHEN Junhua,ZHANG Jiasheng,LI Jian.Experimental research on mechanical characteristics of cohesive soil-structure interface by considering its roughness[J].Journal of Sichuan University: Engineering Science Edition，2015,47(4): 22-30.(In Chinese)

[10] 陳俊樺,張家生,李鍵.接觸面粗糙度對(duì)紅黏土-混凝土接觸面力學(xué)性質(zhì)的影響[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016,47(5): 1682-1688.

CHEN Junhua,ZHANG Jiasheng,LI Jian.Influence of interface roughness on mechanical properties of red clay-concrete interface[J].Journal of Central South University: Science and Technology,2016,47(5): 1682-1688.(In Chinese)

[11] 陳正發(fā),于玉貞.土工動(dòng)力離心模型試驗(yàn)研究進(jìn)展[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(S2): 4026-4033.

CHEN Zhengfa，YU Yuzhen.A review on development of geotechnical dynamic centrifugal model test[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(S2): 4026-4033.(In Chinese)

[12] 董全楊,蔡袁強(qiáng),徐長節(jié),等.干砂飽和砂小應(yīng)變剪切模量共振柱彎曲元對(duì)比試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2013,35(12): 2283-2289.

DONG Quanyang,CAI Yuanqiang,XU Changjie,etal.Measurement of small-strain shear modulus G max of dry and saturated sands by bender element and resonant column tests[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2013,35(12): 2283-2289.(In Chinese)

[13] 祝艷波,余宏明,楊艷霞,等.紅層泥巖改良土特性室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,32(2): 425-432.

ZHU Yanbo,YU Hongming,YANG Yanxia，etal.Indoor experimental research on characteristics of improved red-mudstone[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2013,32(2): 425-432.(In Chinese)

[14] CHEN Leqiu,ZHANG Jiasheng,CHEN Junhua,etal.A study on improving-by-cement the mechanical characteristics of argillaceous slate coarse-grained soil[J].International Journal of Simulation Systems,Science & Technology,2016,17(48): 16.1-16.6.

[15] CHEN Leqiu,ZHANG Jiasheng,CHEN Junhua,etal.Dynamic characteristic test of argillite-slate gravel cement-improved subgrade soil[J].International Journal of Simulation Systems,Science & Technology,2016,17(46):59.1-59.9

[16] CHEN Leqiu,CHEN Junhua,ZHANG Jiasheng,etal.Rese-arch on the characteristics of dynamic strength and cumulative deformation of cement-improved argillaceous-slate coarse-grained soil for filling subgrade[J].Journal of Residuals Science & Technology,2016,13(9): 57.1-57.8.

[17] CHEN Leqiu,CHEN Junhua,ZHANG Jiasheng,etal.Rese-arch on mechanics characteristics of cement-improved argillite-derived coarse-grained soil under drying-wetting cycles[J].Journal of Residuals Science & Technology,2016,13(9): 6.1-6.12.

[18] 張立明,余紅發(fā).干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,41(3): 26-30.

ZHANG Liming,YU Hongfa.Influence of dry-wet cycles on chloride diffusion coefficient [J].Journal of Hunan University: Natural Sciences，2014,41(3): 26-30.(In Chinese)

[19] 鄧國棟，張家生，王啟云，等.高速鐵路粗粒土填料動(dòng)力參數(shù)試驗(yàn)研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,11(2): 76-83.

DENG Guodong,ZHANG Jiasheng,WANG Qiyun,etal.Experimental research on dynamic parameters of high-speed railway coarse-grained padding[J].Journal of Railway Science and Engineering,2014,11(2): 76-83.(In Chinese)

[20] 黃宏偉,車平.泥巖遇水軟化微觀機(jī)理研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,35(7): 866-870.

HUANG Hongwei,CHE Ping.Research on micro-mechanism of softening and argillitization of mudstone[J].Journal of Tongji University: Natural Science,2007,35(7): 866-870.(In Chinese)

Dynamic Properties of Cement-improved Argillite-slate Coarse-grained Soil under Drying-wetting Cycles

CHEN Leqiu1,2?，CHEN Junhua1,ZHANG Jiasheng1

(1.School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China； 2.College of Civil Engineering and Architecture，Hunan Institute of Science and Technology，Yueyang 414006，China)

1674-2974(2017)09-0107-07

10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2017.09.013

2017-01-15

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51308210)，National Natural Science Foundation of China(51308210)

陳樂求(1981—)，男，湖南岳陽人，中南大學(xué)博士后，湖南理工學(xué)院副教授?通訊聯(lián)系人，E-mail:365148895@qq.com

TU41

A