毕业设计（论文）水泥改良黄土实验研究

1、摘 要本文是以兰州九州地区隧道口黄土为研究对象，通过对原状黄土和重塑黄土工程力学性质的室内试验，熟悉黄土强度的试验方法和参数取值，结合黄土无侧限抗压强度和抗拉强度的对比试验研究，掌握影响黄土抗拉强度和各向异性的主要影响因素。在此基础上，通过对不同掺量水泥的改良黄土的力学性质室内试验，评价水泥改良黄土的工程性质，提出水泥改良黄土的建议掺量比例参数。主要试验项目包括：不同水泥掺量情况下的击实实验、密度、无侧限抗压强度。对黄土改良的抗压强度试验共采用三个因素进行制样和试验，力求在不同影响因素下了解最优的强度值。各项试验均符合国家现行的有关规范、规定，设计内容合理可行。关键词：岩土工程 黄土性质试验

2、水泥改良 最优参数abstractthis article is the loess of lanzhou jiuzhou region as study object, undisturbed loess and remodeling of the indoor test of the mechanical properties of loess engineering, familiar with the loess strength test methods and parameter values, combined with loess no unconfined compressi

3、ve strength and tensile strengthcontrast to experimental research, to grasp the main factors affect the the loess tensile strength and anisotropy.on this basis, through the mechanical properties of loess with different contents of cement improved indoor test, evaluation of the engineering properties

4、 of the cement modified loess proposed cement loess recommended dosage ratio parameters. the main pilot projects include: compaction experiments in the case of different cement content, density, unconfined compressive strength. loess improved compressive strength tests were used in the three factors

5、 for sample preparation and testing, the optimal intensity value and strive to understand the different factors. the test are in line with current national norms, regulations, design content is reasonably practicable.keywords: geotechnical engineering loess properties test cement improvement the opt

6、imal parameters目录 摘要.i abstract.ii 1. 绪论.5 1.1 概述.5 1.2 黄土的堆积时代及代表地层.5 1.3 湿陷性黄土的工程性质.6 1.3.1 湿陷性黄土的物理性质.6 1.3.2 湿陷性黄土的力学性质.6 1.4黄土的结构特征 .7 1.4.1结构概述.7 1.4.2骨架颗粒的形态.7 1.4.3骨架颗粒的连接形式.8 1.4.4 骨架颗粒的排列方式和孔隙.8 1.4.5 黏胶颗粒的赋存状态.9 1.4.6碳酸钙的存在形式.9 1.4.7黄土的湿陷机理.92. 原状土性质实验 .10 2.1原状土性质实验 .10 2.1.1液塑限实验.10 2.1

7、.2击实实验.11 2.1.3土粒比重.13 2.1.4其他数据.13 2.2原状土抗压实验.15 2.2.1黄土抗压强度影响因素分析.15 2.2.2试验方法.15 2.2.3试验步骤.17 2.2.4实验结果.18 2.3原状土抗拉试验.19 2.3.1试验方法.20 2.3.2试验步骤.22 2.3.3实验结果.233. 水泥改良黄土抗压实验.26 3.1实验原理.26 3.2试验仪器及方案.26 3.2.1实验仪器26 3.2.2试验方法.27 3.2.3试验应力应变曲线特征30 3.2.4实验过程描述.32 3.2.5实验结果分析.364. 结论.38 4.1主要结论.38 4.2实

8、验拓展.39 致谢.40 参考文献.41 附录.40 附录1.击实实验数据记录.42 附录2.原状土无侧限抗压强度试验记录.43 附录3. 90%压实度下含水率与最大应力关系表 49 附录4. 95%压实度下含水率与最大应力关系表 50 1. 绪论1.1 概述黄土古称“黄壤”，本源于土地之色，是一种第四纪沉积物，具有一系列内部物质成分和外部形态的特征，不同于同期的其他的沉积物，在地理分布上也有一定的规律性。世界许多国家，如美国的中西部，俄罗斯的南部和澳大利亚等国都有分布，全世界各洲黄土和黄土状土分布的总面积约为1300万km2,占陆地面积的9.3%。我国的黄土和黄土状土的分布面积约为64万km

9、2,占国土面积的6.3%。在黄河中游地区，西起贺兰山，东到太行山，北起长城，南到秦岭，几乎全部都被黄土覆盖，面积约为27万km2。这里黄土发育最好，地层全，厚度大，分布连续，是我国黄土主要分布地区。由于对它的开发利用不合理，造成水土流失，使整个的黄土高原分割而成丘陵沟壑纵横，不仅对农业发展和工业、水利、交通等工程建设造成不利影响，也是黄河泥沙的主要来源，如何合理利用好这部分黄土，具有深远的意义。黄土按成因分为原生黄土和次生黄土，一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运和重新沉积而形成的为次生黄土，具有层理，并含有较多的砂砾和细砾。黄土一般分为湿陷性黄土、非湿陷性黄土。在

10、一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土称之为湿陷性黄土；在一定压力下受水浸湿，无显著附加下沉的黄土称之为非湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土、非自重湿陷性黄土。在上覆土的自重压力下受水浸湿，发生显著附加下沉的湿陷性黄土称之为自重湿陷性黄土；在上覆土的自重压力下受水浸湿，不发生显著附加下沉的湿陷性黄土称之为非自重湿陷性黄土。1.2 黄土的堆积时代及代表地层我国黄土堆积时代包括整个第四纪。形成于距今120万70万年之间的下更新世()午城黄土和形成于距今约70万10万年；之间的中更新世()离石黄土称为老黄土，其大孔结构多已退化，一般仅在黄土的上部有轻微湿陷性，或在大压力

11、下有湿陷性。黄土分布普遍，厚度为5070m，在黄河中游最厚可达170m。全新世黄土状土为新近堆积，多分布在塬、梁表层及河谷阶地上，坡脚以及阶地上及地层的顶部，受各种自然应力的影响，其物理力学性质的差异较大。质地较疏松，成岩性差，具有湿陷性，甚至强烈的湿陷性。晚更新世（q3）马兰黄土构成黄土层的上部，为典型土。其质地疏松，无层理，大孔结构发育，有垂直节理裂隙，有较强的湿陷性或自重湿陷性。如处理不善常会发生较大的湿陷事故，威胁建筑物安全。中更新世（q2）离石黄土为马兰黄土下面的埋藏黄土层，其间夹有多层古土壤层和钙质结核厚度较大，构成黄土塬的主体。质地较密实，一般无湿陷性，但在高压下仍具有一定的湿陷

12、性。早更新世（q1）午城黄土为老黄土的下部，颜色呈淡红色，含有棕红色的埋藏古土壤层。其质地密实、强度大、压缩性小、厚度较薄，几乎不透水，无湿陷性。黄土的沉积具有沉积分选作用，因此根据黄土沉积的特点，中国黄土分布自西而东则有：（1）西北干燥内陆盆地；（2）中部黄土高原；（3）东部山前丘陵及平原三个大区，各区在地里分布和时间演化上各有不同特点。 1.3 湿陷性黄土的工程性质1.3.1 湿陷性黄土的物理性质(1)颗粒组成：不同地质时代的黄土，其颗粒组成不同。(2)干容重：变化范围一般在11.416.9之间。干容重是衡量黄土密实程度的一个重要指标，与土的湿陷性也有较明显的关系。一般情况下，干容重越小，

13、湿陷性越强；反之，则弱。(3)孔隙比：变化范围一般在0.851.24之间，大多数在1.01.1之间。孔隙比是影响黄土湿陷性的主要指标之一，在其他条件相同的情况下，土的孔隙比越大，湿陷性越强。(4)天然含水量：土的天然含水量与湿陷性和承载力的关系都十分密切。含水量低时，湿陷性强烈，但土的承载力却较高，随着含水量的增大，湿陷性逐渐减弱。(5)饱和度：湿陷性黄土的饱和度在15%77%之间变化，多数为40%50%，亦即处于稍湿状态。稍湿状态的黄土，其湿陷性一般比很湿的土要强。随着饱和度的增加，湿陷性减弱。当饱和度接近于80%时，湿陷性就基本消失。(6)液限：是决定黄土性质的另一个重要指标。当液限在30

14、%以上时，黄土的湿陷性较弱，且多为非自重湿陷性黄土。当液限小于30%时，则湿陷一般较强烈。液限越高，黄土的承载力也越高。1.3.2 湿陷性黄土的力学性质1.3.2.1 压缩性压缩性是土的一项重要工程性质，它反映地基土在外荷载作用下所产生的压缩变形的大小。对湿陷性黄土来说，压缩变形是指地基土在天然含水量条件下受外荷作用时所产生的变形，它不包括地基受水浸湿后的湿陷变形。湿陷性黄土的压缩性质指标我国目前仍用压缩系数压缩模量和变形模量来表示。我国湿陷性黄土的压缩系数介于0.11.0之间，除受土的天然含水量影响外，地质年代也是一个重要因素。和早期黄土，其压缩性多为中等偏低，或低压缩性，而晚期和黄土，多为

15、中等偏高压缩性。新近堆积黄土一般具有高压缩性，且其峰值往往在压力不到200时出现，压缩系数最大值达1.02.0。1.3.2.2 抗剪强度黄土的抗剪强度主要取决于土的含水量和密实程度。含水量越低，密实程度越高，则抗剪强度越大。当黄土的天然含水量低于塑限时，水分变化对强度影响最大，随含水量的增加，土的内摩擦角和黏聚力都降低较多，但当天然含水量大于塑限时，含水量对抗剪强度的影响减小，而超过饱和含水量时，抗剪强度变化不大。当土的含水量相同，则密实程度越大，即土的干重度越大，抗剪强度越大。在浸水过程中，黄土湿陷处于发展状态，此时，土的抗剪强度降低最多，但当黄土的湿陷压密过程已基本结束，此时土的含水量虽然

16、很高，但抗剪强度却高于湿陷过程。因此，湿陷性黄土处于地下水位变动带时，其抗剪强度最低，而处于地下水位以下的黄土，抗剪强度反而高些。1.4 黄土的结构特征1.4.1 结构概述我国黄土的显微结构有明显的区域性变化规律，由西北部的粒状架空接触式结构逐渐过渡到东南的凝块镶嵌胶结式结构，这种显微结构的地区性和黄土湿陷性由西北向东南逐渐减弱的总趋势相吻合。构成黄土结构体系的支柱是骨架颗粒，其形态表征传力性能和变形特征，其连接形式直接影响黄土结构体系的胶结强度，而排列方式决定结构体系的稳定性。1.4.2 骨架颗粒的形态骨架颗粒的形态分为粒状和凝块状两种。在西北地区以粒状为主，一般为碳酸盐牢固胶结，有较大的刚

17、性，由于气候干燥，加固黏聚阻碍了土体有效压密，在浸水条件下易产生强烈湿陷。而东南部地区的集粒和外包黏土颗粒，质体柔软，刚性差。凝块是由柔性集粒进一步软化合并而成，刚性更差。随着凝块的形成和增多，作为黄土特点的湿陷性将完全消失。在黄土中，粒状和凝块同时存在，但一般西北部以粒状为主，东南部以凝块为主，中间地带粒状、凝块都有。1.4.3 骨架颗粒的连接形式骨架颗粒的连接形式分点接触和面胶结两种。点接触：颗粒直接接触，接触面很小，连接强度主要由接触点处的盐晶胶结造成的加固黏聚力所成，在水浸入时，部分盐晶溶解，削弱了连接强度，即使在较小的压力下，这种连接也极易破坏。面胶结：接触面积较大，接触处有较厚的黏

18、土膜或集聚相当多的黏土片，同时也夹有盐晶薄膜的连接，这种连接具有较高的强度，在浸水条件下剩余强度要比点接触为高，在自重压力下浸水将不会湿陷。由此可认为点接触易发生湿陷，且湿陷速度快，而面胶结则不易湿陷，其速度也较慢，但连接形式与气候条件、碳酸钙淋溶和黏土化程度有关，气候干燥的西北地区，点接触连接占优势，东南地区面胶结占优势，介于两者之间的地区往往两种连接形式同时存在。1.4.4 骨架颗粒的排列方式和孔隙黄土中存在各种各样的孔隙，其中与其骨架颗粒排列方式有关的有大孔隙、架空孔隙和镶嵌排列孔隙等。大孔隙为一般肉眼可见的孔隙，一般占孔隙总体积的6%18%，不是产生湿陷变形的主要原因。架空孔隙是由一定

19、数量的骨架颗粒松散堆积所造成的孔隙，孔径远比构成孔隙的粒径为大。当水浸入并削弱连接强度时，在一定压力下就会失去稳定，孔隙周围的颗粒落人孔内，造成湿陷现象。点接触连接的架空孔隙比面胶结连接的架空孔隙更容易产生湿陷。镶嵌排列孔隙是指颗粒在平面排列成犬牙交错，在空间呈镶嵌排列所构成的孔隙，较周围粒径为小，因而比较稳定，一般不会发生湿陷。在黄土中架空孔隙和镶嵌排列孔隙往往同时存在，由于气候干燥盐晶胶结形成的加固黏聚力，阻碍了土体的有效压密，架空子孔隙占优势，因此极易湿陷。1.4.5 黏胶颗粒的赋存状态黏胶颗粒的赋存状态同样随地区变化有明显不同，西北地区大部分黏胶颗粒被碳酸钙胶结成集粒或胶结在碎屑颗粒周

20、围，作为一个整体颗粒成为结构体系的骨架，很少单独分散存在，因此在连接处只有很薄一层黏土膜胶，而大量的黏胶颗粒不能发挥黏结作用。在东南地区随着碳酸钙的淋失，构成集粒的黏胶颗粒变软，并互相黏结为凝块，部分黏胶颗粒分散在孔隙溶液中充填孔隙，水分蒸发缩聚到颗粒连接处，使颗粒间由接触连接变成胶结连接形态。1.4.6 碳酸钙的存在形式原生碳酸钙碎屑颗粒只起骨架颗粒的作用，不起胶结作用。微晶粉末状碳酸钙均匀分布在黄土中，将细碎屑胶结成集粒或胶结在碎屑颗粒的表面。在非常干旱的荒漠地带，几乎不发生钙的淋溶，因此碳酸钙碎屑颗粒占优势。在潮湿地带，钙的大量迁移，往往富集于某一层位或大孔隙内。只有在大陆性的干湿交替并

21、以干旱占优势的条件下，使存在于碎屑内的钙质缓慢淋出，将附近已凝聚的黏胶颗粒群进一步胶结成集粒，致使未经压密的土体逐渐变成多孔的松散土体，形成导致黄土湿陷的特殊结构。因此，黄土的微观结构是在一定的地质历史条件下形成的，它反映了黄土的堆积方式、堆积环境以及堆积后的风化成土作用和应力历史的变迁过程，它是在特定条件下地球物理化学作用的综合，是包含湿陷性形成在内的一切物理化学过程的产物。 1.4.7 黄土的湿陷机理 对黄土的湿陷机理，国内外有种种假说，如毛细管假说、溶盐假说、胶体不足说、欠压密理论和结构学说等。其中欠压密理论有较多的拥护者。该假说认为黄土是在干旱和半干旱条件下形成的，在干燥少雨的条件下，

22、由于蒸发量大，水分不断减少，盐类析出，胶体凝结，产生了加固黏聚力，在土湿度不很大的情况下，上覆土层不足以克服土中形成的黏聚力，因而形成欠压密状态，一旦受水浸湿，加固黏聚力消失，就产生湿陷。2. 原状土性质实验2.1 原状土性质实验2.1.1 液塑限实验2.1.1.1 液塑限实验过程1.本试样采用风干试样，并过0.5mm筛，取0.5mm筛下的代表性土样200g。2.将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放入调土皿，浸润过夜。图2.1.1.13.将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中，填样时不应留有空隙，对较干的试样应充分搓揉，密实地填入试样杯中，填满后刮平表面（图2.1.1.1）。4. 将

23、试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。 5. 调节零点将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座、使圆锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经5s后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上），取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于10g，放入称量盒内，测定含水率（图2.1.1.1）。6. 将全部试样再加水或吹干并调匀重复本条3至5款的步骤分别测定第二点第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水率液塑限联合测定应不少于三点。2.1.1.2 实验结果表2-1 界限含水率实验表含水量(%)平均下沉深度(mm)实测值(mm)11.681.130.8

24、0.60.91.21.81.614.052.572.492.942.82.42.52.315.382.432.761.721.92.23.42.116.933.532.293.192.74.64.43.419.254.644.584.8954.43.5521.555.485.695.465.555.85.523.028.3210.97.97.68.37.58.122.558.448.888.69.37.18.824.1612.6513.813.613121113图2-1 液塑限圆锥下沉深度与含水率关系曲线由此可以得到，液限27.56，塑限15.03，塑性指数12.542.1.2 击实实验2.1

25、.2.1 主要仪器 由于黄土属于粒径小于5mm的粘性土，故采用轻型击实桶，并且分三层击实。轻型击实桶型号数据如表2所示。表2-2 击实仪主要部件规格表11试验方法锤底直径（mm）锤质量（kg）落高（mm）击实筒护筒高度（mm）内径（mm）筒高（mm）容积（cm3）轻型512.5305102116947.4502.1.2.2 实验步骤1. 取天然含水率的代表性土样20kg碾碎，过5mm筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的天然含水率。经测得原状土天然含水率为3.85%，如表3所示。根据土样的塑限预估最优含水率，由以上液塑限实验选择含水量分别为11%、13%、15%、17%、19%五个含水量的土样，分别

26、将天然含水率的土样风干或加水进行制备，使制备好的土样水分均匀分布。表2-3 原状土天然含水量盒号271a98a23b77198169b23274盒重（g）10.2312.8812.6911.989.729.7612.289.85初重(g)58.8351.3845.7262.0752.5955.1450.1550.23干重(g)57.5350.3745.1361.0850.6553.1148.1648.06含水量(%)2.752.691.822.024.744.685.555.68含水量均值(%)2.721.924.715.61最终含水量(%)3.852将击实仪平稳置于刚性基础上，击实筒与底座联

27、接好，安装好护筒，在击实筒内壁均匀涂一薄层润滑油，称取一定量试样，倒入击实筒内，分层击实，击实试样为25kg，分3层每层25击每层试样高度相等，两层交界处的土面刨毛，击实完成时超出击实筒顶的试样高度小于6mm。3. 卸下护筒，用直刮刀修平击实筒顶部的试样，拆除底板，试样底部若超出筒外，也应修平，擦净筒外壁，称筒与试样的总质量，准确至1g，并计算试样的湿密度。4. 用推土器将试样从击实筒中推出，取2个代表性试样测定含水率,2个含水率的差值应不大于1%。并且对不同含水率试样依次击实。5. 将数据记录入表4所示。6. 试样干密度应按2.1.1式计算：1 （2.1.1） 某点试样的含水率（%）由表4绘

28、出含水率与干密度关系曲线，如图2所示。图2-2 含水率与干密度关系曲线由图2中可以得到最佳含水率为15.67%，最大干密度为1.87g/cm32.2 原状土性质数据整理2.1.3土粒比重由表5可以求出塑性指数与土粒比重之间的关系，从而了解原状黄土的土粒比重11表2-5 塑性指数与土颗粒密度关系塑性指数3.6-5.85.9-7.98.0-9.010.0-11.811.9-13.713.8-15.815.9-18.318.4-21.421.5-27.027.1颗粒密度2.682.692.72.712.722.732.742.752.762.77由表5可以得出原状黄土的颗粒密度（s）为2.72g/c

29、m32.1.4 其他数据2.1.4.1 天然密度在测天然密度时，我们将原状土进行削样，成圆柱状，以便测其含水量。表6即是测得原状土的尺寸求的数据表。表2-6 原状土尺寸表编号试样高度（cm）试样直径（cm）质量（g）密度（g/cm3）均值（g/cm3）0180平均090平均h16.296.286.296.096.026.06310.951.721.69h26.396.436.416.116.106.11317.741.69h36.436.456.446.116.096.10296.401.57h46.406.426.416.086.026.05287.431.56h56.206.256.236

30、.005.955.98325.661.87h66.416.436.426.065.946.00255.961.41z16.486.486.486.015.996.00322.071.76z26.436.426.436.216.206.21331.711.71z36.386.366.375.895.935.91277.141.59z46.416.426.426.096.046.07351.491.90z66.496.426.466.096.026.06347.591.87z76.406.436.426.156.106.13348.701.84z86.396.496.446.036.056.042

31、77.351.502.1.4.2 天然干密度原状土天然干密度由式2.2.1计算得出：12 （2.2.1）-天然密度（g/cm3）-天然含水量（%）2.1.4.3 天然孔隙率原状土天然孔隙率由式2.2.2计算得出1： （2.2.2）s-颗粒密度（g/cm3）d-天然干密度(g/cm3)2.2.3 数据整理原状土性质由表7整理所得：表2-7 原状土性质表含水率(%)颗粒比重（s）空隙比饱和度（%）液限塑限塑性指数密度（g/cm3）干密度(g/cm3)3.852.721.676.2727.5615.0312.541.691.632.2 原状土抗压实验土的抗压强度是指土体对外荷载所产生的压应力的极限抵

32、抗能力，是评价土体强度不可或缺的指标。目前对黄土的研究涉及到黄土的物理性质、水理性质、抗压强度、抗剪强度、微观结构和变形机理研究等各个方面。2.2.1 黄土抗压强度影响因素分析2.2.2 试验方法首先将原状土进行试样制备，由于黄土土样较软，先用钢丝锯或切土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土盘上下圆盘之间，用钢丝锯或切土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，直至土样被削成规定的直径为止。试样切削时应避免扰动，当试样表面遇有砾石或凹坑时，允许用削下的余土填补。取出试样，按规定的高度将两端削平，称量。并取余土测定试样的含水率（表2-8）。表2-8 原状土含水率及干密度表项目纵向试样横向

33、试样 编号1#2#3#4#5#6#干密度/g/cm31.681.691.711.551.541.52含水量/%4.143.955.15平均干密度/g/cm31.691.54平均含水量/%45.03图1图2图3接下来进行无侧限抗压试验。将试样两端抹一薄层凡士林，试样周围亦需抹一薄层凡士林，防止水分蒸发。将试样放在底座上，将底座上升，试样与加压板刚好接触，将测力计读数调整为0.我们选用的百分表最小单位为0.01mm，量程为30mm，启动按钮，缓慢上升，开始读数，每隔0.2mm记一次应力环百分表读数。当测力计读数达到峰值时，继续进行3%到5%的应变后停止试验。2.2.3 试验步骤试样刚开始被提升强度

34、时外观无明显变化，但随着强度不断增加，从顶面外围开始产生细小裂缝，而且随着强度的增加裂缝向下延伸，最终在达到最大强度后，裂缝与底面贯通，试样最终被破坏，强度为零。（图1.2.3）2.2.4 实验结果通过数据整理以及绘图，可以得到原状土抗压应力应变关系图（图），可以看到原状黄土中应力随着应变呈线性增长，到达最高强度后并不是立即强度降为零，而是缓慢下降，并且在达到最高强度后呈现一定的屈服状态。轴向应变，应按下式计算：11 1 =hh0100 （2.2.3）图3-5 纵向抗压应力应变曲线图3-6 横向抗压应力应变曲线 (1) （2）（3） （4）试样面积的校正，应按下式计算：11 (1) 试样所受的

35、轴向应力,应按下式计算：12 (2)2.3 原状土抗拉试验土抵抗拉伸的能力通常相当弱。一般情况下, 设计人员在土工结构物的设计和稳定分析中常常忽略不计土的抗拉强度。由于近几年来经济的快速发展, 公路、机场、高土石坝等的修建蓬勃兴起, 使人们对这些建筑物或构筑物的抗裂能力提出较高的要求, 这就使得对土的抗拉强度的研究更具现实重要的意义。同样, 从西北地区的土质特点出发, 也要求我们对黄土的抗拉强度作出研究。2.3.1 试验方法原状土抗拉实验的过程与实验仪器与原状土抗压试验基本一致，只是试样大小比抗压试件小，而且在无侧限三轴仪将试样放置在上面之前，要在试样的顶面和底面分别放置直径为16mm的小型圆

36、柱状垫石（图）。这样使试验从抗压实验转变为向试样周围拉伸的抗拉实验。抗拉试样干密度与含水量表如图所示。表2-x 抗压试样含水量与干密度表方向横向编号1#2#3#4#5#6#干密度1.711.691.581.571.731.55含水量2.622.64.254.252.644.23方向纵向编号1#2#3#4#5#6#7#干密度1.731.711.691.871.841.851.68含水量2.382.362.354.884.894.92.332.2.2 实验步骤通过对拉伸试验全过程的观察, 发现黄土的单轴拉裂破坏为脆性破坏, 其拉裂破坏具有突然性, 破坏面基本垂直于加荷轴, 沿主应力面发生。（图）（

37、a）（b）（c）2.3.3 实验结果由于本实验使用的是抗压试验仪器，其他公式均与抗压试验的公式一致，但是将测得的是抗拉应力应变关系，故抗拉应力的计算公式为13其中：k-试样尺寸系数; b-试样半径； h-试样高度；a-圆柱状垫石半径，为8mm;p-最大荷载拉伸应力应变曲线为典型应变硬化型, 应变随应力的增加而持续增加.由于是脆性断裂，当达到最高强度时，时间已经断裂，强度将为零，例如纵2试样（图）。有的试样表现出很低的强度，是由于试样底面不平整，并且试样表面有很多空洞，导致试样偏心受力和试样承载能力不强，强度在很低的情况下就被破坏了。例如纵3试样和横4试样。（图）。1 2（a）横向试样（b）纵向

38、试样图2-11 抗拉试样应力应变关系图2.3.4 实验结果分析抗拉试样应力应变曲线如图2-11所示。由图可以分析得知，黄土在单轴拉伸过程中的变形由两部分组成: 一部分变形可以恢复是弹性变形, 另一部分变形不可以恢复是塑性变形, 黄土的拉伸变形性状是由这两种变形共同控制。试样含水率对这两种变形有显著影响。在小含水率下, 土颗粒周围的水膜较薄, 甚至有些土粒周围没有形成水膜, 此时土试样表现为弹性性质。此阶段试样变形主要受弹性变形控制, 塑性变形很小。随试样含水率的增大试样产生的弹性变形迅速减小, 试样变形也随之减小, 而塑性变形在低含水率随含水率的增大其增大幅度很小, 基本上不会影响总变形随含水

39、率增大而减小的性质。当试样含水率超过某一含水率时, 试样变形主要由塑性变形控制,试样的弹性变形对总变形的贡献不明显, 此时随含水率的进一步增大, 试样塑性变形迅速增大, 试样变形也随之增大, 而在超过这含水率时试样弹性变形已经很小, 其随含水率的增大进一步减小基本不会影响试样变形随含水率增大而增大的趋势.3. 水泥改良黄土抗压实验。3.1 实验原理水泥黄土是由黄土和水泥通过搅拌而成的介于土与混凝土之间的一种介质材料。抗压强度作为土体材料一种重要性质，常常能够反映材料抵抗变形的能力，在工程上应用极为广泛，故采用土工试验方法标准（gbt50123-1999）中无侧限抗压强度试验对水泥改良黄土进行抗

40、压试验。3.2 试验仪器及方案3.2.1 实验仪器本实验所使用主要仪器有：1.tsz-6a应变控制式无侧限三轴仪，由测力计、加压框架、升降设备组成。（图3-1）。应力环型号为24560.应力环系数由应力环说明书中可以得知。图3-1 tsz-6a应变控制式无侧限三轴仪2.量程10mm，分度值0.01mm百分表的轴向位移计。3.电子称。表3-1 应力环参数表负荷（kn）进程（0.01mm）应力环参数（kn/0.01mm）（1）（2）（3）=（1）/（2）014.127711.24121.48231.72741.96852.2162.45382.94103.423.2.2试验方法本次根据对水泥改良黄

41、土的抗压强度影响因素的分析，我们将其影响因素中的水泥掺量、压实度和含水量这三个变量分别进行当天制样当天测量其抗压强度和试样7天龄期的抗压强度。（其中水泥掺量是指水泥剂量占全部土颗粒的干质量的百分比，即水泥剂量=水泥质量/干土质量*100%）其影响因素列表如表3-2.表3-2水泥掺量+7水泥量+5水泥量+3水泥量压实度95%90%90%含水量13%15%17%19%抗拉强度试验图示13 在上图示，h代表试件的高度（在本实验中h=60.0mm），b代表试件的半径（本实验中b=30.0mm），a代表圆柱状垫石半径（本实验中a=8.0mm）。其中b/a=0.20.3，所以a=6.0mm9.0mm.首先

42、先要确定各水泥掺量下其最优含水量，最优含水量求得过程可通过压实实验求得，得到各水泥掺量下的最佳含水量图如图所示。实验过程和以上求最佳含水量相同，这里再不复述。水泥的物理性质如表3-3所示。表3-3 水泥的物理性质指示表细度初凝时间终凝时间安定性水泥抗折强度/mpa水泥抗压强度/mpa1.3%2h45min3h55min合格4.218.4各水泥掺量中的最佳含水量和最大干密度如表3-4所示。水泥的物理性质如表3-4所示。11表3-4 各水泥掺量下最佳含水量和最大干密度表水泥掺量最佳含水量/%最大干密度/g/cm3+7%17.51.783+5%16.81.825+3%16.01.827各水泥掺量下的

43、最佳含水量和最大干密度都已求出，便可进行制样。以+7%水泥掺量为例，每个样都制作两个，以便进行比较。将碾散的风干土样通过孔径2mm的筛，取筛下足够试验用的土样，充分拌匀，测定风干含水率为1.75%，装入保湿缸或塑料袋内备用。根据黄土的液塑限实验结果确定重塑土样的含水量控制标准，然后依据风干含水量1配置成五组不同含水量松散土样，接近于液塑限一组，两组低于塑限，两组高于液限。把配好含水量的土样用两层塑料袋包裹扎紧，以使土样含水量分布均匀。经综合分析确定水泥改良黄土重塑样分别以95%和90%压实度控制的干1.69g/cm3和1.60g/cm3.采用轻型击样法制样，分两层进行击实，层间进行刨毛，然后再

44、击下一层，把握好击实力度使得每层土样的击实功大致相等以保证击实样的完整性和均匀性，击实后的每层试样高度应大致相等。击实完成后削平土样顶面少量浮土，测定土样质量，计算土样密度。相同情况下制两个样，而且分别制作当天压和七天龄期的试样。本次抗压试验标准采用无侧限抗压，三轴仪加载速率1.75mm/min。图3-2 各水泥掺量下含水量-干密度关系图3.2.3 试验应力应变曲线特征图3-3显示了各个水泥掺量下水泥改良黄土试样当天压的应力应变曲线。其中根据曲线中每个曲线的最大应力与含水量的关系可以得到含水率与最大应力关系表（3-5）。由此可以求得各个水泥掺量下90%压实度下的最大应力。由图3-3（a）（b）

45、 从本图中可以很清晰看到，在横向应变对应的应力中，其值在最初是线性增长，达到顶点后开始缓慢下降。每个样达到峰值的时间基本一致，但是每个样的最大强度都不同。（c）图3-3 90%压实度下当天压试样应力应变曲线（a）（b）3.24 实验过程描述当天龄期的试样在实验过程中，随着强度的增加，试样顶面率先出现裂纹，然后裂纹逐渐向下延伸。由于试样是分为两层击实而成，裂纹在层间是停止向下延伸，而是向层间水平产生裂缝，最终试样外表面会整体脱落，这时试样呈沙漏型。在此之前试样应从线性增长到达最高点最后试样从中间产生断裂，强度缓慢降为零。（c）图3-4 95%压实度下当天压试样应力应变曲线（a）（b）（c）图3-

46、4 90%压实度下七天龄期试样应力应变曲线 七天龄期试样在进行压实实验时，强度增长的尤为明显，而且成线性增长，当开始产生裂缝时，试样强度依然继续增大，只是增大的速率减慢，当裂缝从顶面逐渐与底面贯通时，强度达到最大值，试样直接断裂，强度从最高点立刻降为零点。（a）（b）（c）图3-4 95%压实度下七天龄期试样应力应变曲线3.2.5 实验结果分析 （1）击实特性通过击实试验的结果，作出三种掺量以及素土试样的干密度与含水量w的关系曲线（图3-2）及四组试样的最大干容重和最优含水量关系（表3-4）。从黄土中加入不同水泥量的击实试验结果来看，随加入水泥量的增加，改良黄土的最大干密度逐渐减小，而对应的最

47、优含水量却逐渐增大。这是由于加入的水泥的容重较黄土小，细度小，所以水泥改良土容重比黄土的小，需水量较大。并且在最大干密度和最优含水量的条件下，随着水泥掺入量的增大，孔隙比逐渐减小，这是由于水泥和黄土发生化学反应后生成了新化合物，水泥吸附包裹土颗粒形成网络格架状水泥土，通过夯实后，水泥土颗粒间的孔隙明显减小，外力机械夯击使水泥土颗粒重新定向排列为更加密实的漩涡状结构，夯击使水泥土反应及作用生成的凝聚胶结作用得到更好地发挥，在土颗粒周围生成的胶结物随水泥掺入量的增大而逐渐增多。即属于低压缩性土，且同一龄期下，随水泥掺合比的增加其压缩系数逐渐减小，压缩模量es逐渐增大。同一掺和比下，随龄期的增长，压

48、缩系数逐渐降低，压缩模量逐渐增大，如表3-x。 表3-x 各试样压缩变形模量表压实度水泥掺量龄期变形模量90%压实度7%当天4.573.072.382.13七天7.407.437.217.425%当天3.122.462.161.44七天8.987.006.155.073%当天2.942.271.781.83七天6.255.125.105.3695%压实度7%当天4.803.773.792.32七天8.738.9110.077.965%当天4.403.743.021.39七天8.888.727.112.803%当天3.892.052.221.51七天7.054.745.614.35 （2）由于水泥吸附包裹土颗粒形成网络格架状水泥土，通过夯实后，水泥土颗粒间的孔隙明显减小。 （3）无侧向抗压试验现以水泥改良黄土7天龄期为例，说明水泥改良黄土在不同掺合比下强度增长的趋势。改良黄土的7天龄期强度值随水泥掺合比增大而增大，且都比重塑土的要大，内摩擦角和粘