1、第 40 卷 第 1 期2023 年 1 月长江科学院院报Journal of Changjiang iver Scientific esearch InstituteVol 40No 1Jan 2023收稿日期:2021 08 27;修回日期:2021 11 03基金项目:厦门市交通基础设施智能管养工程技术研究中心开放基金项目(TCIMI201804)作者简介:周宇(1994 )，男，四川南充人，硕士研究生，主要从事岩土工程方面的研究。E-mail:zhouyuovo163 com通信作者:陈东霞(1976 )，女，福建莆田人，讲师，博士，主要从事残积土基坑及边坡稳定性研究。E-mail:d
2、ongxiachen xmu edu cndoi:10 11988/ckyyb 202109022023，40(1):153 160干湿循环下花岗岩残积土的崩解试验与微观机理研究周宇1，陈东霞1，2，于佳静3，李齐1(1 厦门大学 建筑与土木工程学院，福建 厦门361005;2 厦门市交通基础设施智能管养工程技术研究中心，福建 厦门361005;3 常州市建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏 常州213000)摘要:针对花岗岩残积土遇水易软化、崩解的特性，通过干湿循环下花岗岩残积土的崩解试验，研究了花岗岩残积土的压实度和干湿循环次数对其崩解特性和崩解参数指标的影响。得到以下结论:花岗岩残积土的
3、压实度越小、经历的干湿循环次数越多，崩解速率越快，试样完全崩解所需的时间越短;拟合了平均崩解速率与干湿循环次数、压实度之间的函数关系式。利用电镜扫描试验，分析干湿循环作用下花岗岩残积土的微观结构变化，解释了崩解机理:随着干湿循环次数增加，片状颗粒间的层叠结构遭到破坏，颗粒的团聚性减弱，平面孔隙率增大，结构趋向疏松，加速了花岗岩残积土的崩解。关键词:花岗岩残积土;干湿循环;压实度;崩解;扫描电镜中图分类号:TU443文献标志码:A文章编号:1001 5485(2023)01 0153 08开放科学(资源服务)标识码(OSID):Test and Micro mechanism of Disint
4、egration of Granite esidual Soilunder Dry Wet CyclesZHOU Yu1，CHEN Dong-xia1，2，YU Jia-jing3，LI Qi1(1.School of Architecture and Civil Engineering，Xiamen University，Xiamen361005，China;2.XiamenEngineering Technology Center for Intelligent Maintenance of Transportation Infrastructure，Xiamen361005，China;
5、3.Changzhou Architectural esearch Institute Group Company Limited，Changzhou213000，China)Abstract:Granite residual soil is prone to soften and disintegrate in contact with water The effects of compact-ness and number of dry-wet cycles on the disintegration characteristics and disintegration indexes o
6、f granite residualsoil were examined via disintegration test under dry-wet cyclesesults demonstrated that the smaller degree ofcompaction and the more times of dry-wet cycles，the faster the disintegration and the shorter the time required forthe sample to completely disintegrate The functional relat
7、ions of average disintegration rate against number of dry-wet cycles and degree of compaction were fitted The microstructure change of granite residual soil under dry-wetcycle was obtained by scanning electron microscope testThe micro-mechanism of disintegration was explained:with the number of dry-
8、wet cycles increased，the lamellar structure of flake particles was destroyed，the agglomera-tion of particles was weakened，the plane porosity increased，and the structure tended to loose，which acceleratedthe disintegration of granite residual soilKey words:granite residual soil;dry-wet cycle;degree of
9、 compaction;disintegration;scanning electron microscope1研究背景花岗岩残积土是燕山早期花岗岩在亚热带干湿、冷热交替条件下经过长期的物理化学风化作用形成后未经搬运残存于原地的碎屑物。这类特殊土遇水易发生软化崩解，对工程实践造成了诸多困扰，如崩塌、滑坡、沉降等。花岗岩残积土边坡表面土体长江科学院院报2023 年的崩解可加剧土体的渗透性，加快土体表面水的入渗。同时边坡表面花岗岩残积土的崩解会产生大量的松散堆积物，降低了边坡抗冲刷性，在降雨作用下将引起边坡坡形的重塑以及坡体的侵蚀，对边坡稳定性的影响非常显著。另外，在我国东南沿海地区一些采用花岗岩
10、残积土填筑的铁路或公路路基运营后，由于施工时填土的含水率和压实度控制不良，在交通荷载和崩解等共同作用下易形成粗细颗粒夹层，使得路基产生不均匀沉降，导致路基不平顺、基床翻浆冒泥等病害。因此，研究花岗岩残积土遇水崩解特性及其机理对地质灾害的防治及工程建设的安全等具有重要的意义和价值。已有关于土体的崩解试验研究主要集中在压实度、含水率及粒径分布等崩解因素影响，并从土体的成分和结构性等角度分析其崩解机理。在崩解影响因素方面，李善梅等1 发现不同压实度黄土的崩解特性不完全相同，崩解率随压实度增大而增大。尹松等2 从花岗岩残积土崩解试验研究中得到试样完全崩解时间随着压实度的增大而逐渐增大，含水率越低，崩解
11、速率越大;也有学者用土的有效孔隙比表征压实度和含水量的影响，建立了有效孔隙比与崩解速率的非线性关系3。土体的崩解率随压实度的增大而增大。Chan 等4 对英国和澳大利亚的几类土进行了浸水和板面湿润试验，得到了土的崩解率与其含水量、粒径分布和基质吸力的线性增长关系。近年来，有一些学者观察到了残积土在气候环境作用下的工程性质劣化现象，开展了干湿循环下的大气崩解试验与浸水崩解试验，得出干湿循环次数的增加致使崩解率及崩解速率的增大5。柴肇云等6 对干湿循环作用下泥岩崩解的形态特征和崩解量的变化规律进行试验分析，发现泥岩崩解量差异与矿物蒙脱石含量密切相关。在崩解机理方面，张抒等7 从试验研究中得到崩解的
12、主要控制因素为孔隙气压和基质吸力。吴能森8 从土体结构性与损伤角度研究，认为花岗岩残积土崩解的根本原因是软化;王幼麟等9 通过对钙 泥质粉砂岩开展室内崩解及电镜扫描试验，提出了关于这种粉砂岩的“水化 分散性或膨胀性软化、崩解”与“吸附 楔裂软化、崩解”的两种崩解机理。此外，还有一些学者10 12 对残积土崩解特性的改良进行了研究，为相关工程问题提供了有效的解决方案。花岗岩残积土崩解试验展现的是花岗岩残积土崩解过程的宏观现象，而遇水后花岗岩残积土微结构的变化是崩解的主要原因。目前，光学显微镜、X射线衍射等技术和微观定量研究方法已被广泛应用于土 的 微 观 结 构 研 究。Collins 和 Mc
13、Gown13、Mitchell14 分析研究了多种不同类型土的微观结构，并对其进行了归纳整理与分类。孔令伟等15 研究了琼州海峡软土的物理力学性质与微观结构特征，对其微观结构参数的分析结果表明土体的工程性质同其矿物成分、孔隙及颗粒的结构与排列关系密切。施斌16 运用 SEM 图片微观定量测试技术，从黏性土微观结构单元体的形态、大小及分布等对微结构的分类提出定量分析方法和标准。李中森等17、杨鹏飞等18 通过 CT 成像获得了花岗岩残积土颗粒及大孔隙的三维空间形态与分布特征，对高岭石片状黏土矿物颗粒接触关系概化为面 面、面 球、面 棱等形式。已有的电镜扫描研究使人们对花岗岩残积土的微观结构有了直
14、观的了解，但对于微结构的演化过程研究少且不够深入，未能很好地进行崩解机理的微观解释。目前，针对干湿循环下花岗岩残积土崩解特性的研究成果较少。用作路基填料的花岗岩残积土崩解问题尚未引起足够的重视，且其崩解机理与控制缺乏深入研究。因此，本文以花岗岩残积土为研究对象，进行干湿循环作用下的崩解试验，着重研究压实度与干湿循环次数对其崩解特性与崩解参数指标的影响。并对试样进行电镜扫描，研究干湿循环作用下土体的微观结构变化，对其崩解机理作出微观解释。2花岗岩残积土的崩解试验试验以厦门地区花岗岩残积土为试验对象，取土来自厦门市某基坑工程，根据土工试验方法标准(GB/T 501232019)通过含水率试验、密度
15、试验、界限含水率试验、颗粒级配试验、击实试验等测定花岗岩残积土的基本物理性质，如表 1 所示。本次崩解试验采用 SHY 1 型土壤湿化试验仪，由浮筒、网板、玻璃筒组成，如图 1 所示。表 1花岗岩残积土的基本物理性质Table 1Basic physical properties of granite residual soil不同直径颗粒质量分数/%0075，0250)mm 0 25，0 50)mm 0 5，1 0)mm 1，2)mm(2，5mm液限/%塑限/%最优含水率/%最大干密度/(gcm3)4159 5018 21178050663520199202451第 1 期周宇 等干湿循环下
16、花岗岩残积土的崩解试验与微观机理研究图 1湿化仪Fig1Disintegration instrument为研究压实度和干湿循环效应对花岗岩残积土崩解特性的影响，制备压实度分别为 80%、90%、95%的试样，分别经历 0 5 次干湿循环后进行浸水崩解试验。在试验中通过控制含水率来模拟残积土的干湿循环过程，将干湿含水率控制在饱和含水率(湿润状态)和 10%(干燥状态)之间。通过将试样进行真空饱和模拟雨水浸润过程，将试样置于50 的烘箱中模拟自然日照状态，完成以上两个步骤计为一次干湿循环过程。本文采用崩解率、平均崩解速率来评价花岗岩残积土的崩解特性，崩解率计算公式为At=0 t0 c 100%。(1)式中:At为试样在 t 时刻的崩解率(%);0为 t=0 时浮筒齐水面处的瞬间稳定读数(cm);t为 t 时刻浮筒齐水面处的读数(cm);c为方格网板空载时浮筒齐水面处的读数(cm)。平均崩解速率是用来表征土体某一时段崩解快慢的指标，计算公式为vt=Att。(2)式中:vt为试样在 0 t 时段内的平均崩解速率(%/min);t 为试样崩解时间(min)。3崩解试验结果及分析31崩解试验过程