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杨添元，董伟智，侯 琳 （吉林建筑大学 交通科学与工程学院,吉林 长春 130118） 摘要：选择工业副产品木质素作为改良剂对粉土进行改良，通过界限含水率、颗粒分析、击实、静三轴等室内试验，对素土及掺木质素改良土的物理力学性质进行对比研究，确定改良土的物理力学特性变化规律和改良效果。试验结果表明：木质素对于土体颗粒级配有着明显的影响，随着掺量的增加，木质素改良土的液塑限较素土呈现降低的趋势，塑性指数略有降低；随着木质素的增加，改良土的最大干密度减小、最佳含水率增大。土体的抗剪强度随着围压的增大而增大，随着木质素掺量的增大而减小，最后趋于稳定的状态，养护期可根据实际情况进行养护。 关键词：粉土；界限含水率；最大干密度；最佳含水率；静三轴；抗剪强度 引言随着人类对环境污染和资源危机等问题的认识不断深入，天然高分子所具有的可再生、可降解性等性质日益受到重视。废弃物的资源化与可再生资源的利用，是当代经济与社会发展的重大课题，也是对当代科学技术提出的新要求。在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5 000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。 1 试验材料及试验方法1.1 试验材料（1）试验所用土样基本物理指标见表1，土体风干含水率为2.2%，液、塑限分别为22.4%和13.8%。根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）[1]判定，该试验用土为粉土。通过重型击实试验得到土体最大干密度为1.97 g/cm3，最佳含水率为10.65%。（2）试验用木质素呈黄褐色，粉末状固体，木质素含量为65%，含少量水分。 随着我国经济和社会的不断发展，社会矛盾越来越尖锐，在这种社会情形下，刑事诉讼案件激增与司法资源短缺成为一个比较突出的矛盾。所以在刑事审判过程中追求效率价值就显得更加迫切，庭前会议制度的设置乃是在确保公正的前提下，追求诉讼效率最大化的最好途径。 表1 土样的基本物理指标  风干土含水率（%） 液限（%） 塑限（%） 塑性指数<5 um 5～75 um >75 um 2.2 22.4 13.8 8.6 25.4 60.8 13.8 1.97 10.65 2.66粒径分布（%） 最大干密度（g/cm3）最佳含水率（%） 比重（g/cm3） 1.2 试验方法根据试验所需土样的数量，将素土风干，碾碎并过筛（5 mm筛用于击实试验，0.5 mm用于界限含水率试验），界限含水率试验、颗粒分析试验、击实试验、静三轴不固结不排水试验均依据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）[2]进行，三轴试样是在最佳含水率、压实度为96%的情况下配料制作而成。木质素的掺量均为0%、3%、6%、9%、12%（掺量为木质素与干土质量之比），将配置好的土料用塑料袋密封焖料一夜之后，静压成型，三轴试件直径39.1 mm，高度80 mm，将成型的试件用塑料薄膜包装好并贴上标签，放入标准养护室内（养护温度为20±2℃），养护相对湿度≥95%至相应的龄期。  图1 界限含水率与木质素掺量的关系 2 试验结果及分析2.1 木质素改良土界限含水率图1为素土及不同掺量下木质素改良土的界限含水率。可知改良土的液限和塑限整体来看随木质素掺量增加而减小，塑性指数也呈下降的趋势，这说明木质素对于土体的液塑限影响较大，并且在一定的程度上降低了土体的可塑性，对于土体的减水效果有一定的影响。汤连生[3]研究发现对土样液塑性指标产生影响的化学作用主要有：溶蚀作用、沉淀或结晶作用和阳离子交替吸附作用。储亚[4]等研究发现如果是在弱酸性溶液中，溶液中高价金属离子代替了土中低价离子，使土中水的低价离子的浓度减低，土的双电层中电动电位降低，扩散层变薄，结合水减少，就可以使的土体的液塑性有所降低。但也可认为是木质素加入土体之后，与土体产生粘结作用，并且具有一定的阻水性，进而降低了土体的液塑限。 在农田节水与灌溉技术方面，分别引进了滴灌精准灌溉、低压管道输水灌溉、微灌喷水带、小型节电节水喷灌、灌溉渠道控制系统、土壤呼吸监测等农田节水灌溉技术和仪器；结合我国农业节水建设的实际需求，开发了灌溉控制软件10余套，使15项产品和设备实现了国产化；促进了我国地面、地下灌溉技术、灌溉信息化管理水平以及农业节水技术的提高。 2.2 木质素改良土颗粒分析土体是由无数大小不同的土粒组成，土粒粒径的大小和级配与土的工程性质密切相关。图2为素土及不同掺量下木质素改良土的颗粒粒径分布曲线，可知改良土的粗颗粒较素土有所下降，但粉粒的含量有所增加，黏粒变化不大，说明木质素对土体级配主要是体现在粉粒上面，与传统无机改良剂有所不同。Tingle[5]等认为，木质素是一种高分子化合物，其本身具有一定的粘结性能，对土体的改良作用主要表现在孔隙填充、离子交换和胶结作用等方面。 眼下衢州城满是杀气，城墙、街头堆满了沙袋掩体。半个月前，衢州就成了一座空城，但说空城也不对，城里人倒是不少，尽是些来来去去的官兵，来来去去的车炮。整天都是军号声，起床号、吃饭号、睡觉号，就是没有公鸡司鸣，走狗吠叫，行贩叫卖。 2.3 木质素改良土击实试验图3为不同掺量下木质素改良土含水率与最大干密度之间的关系。由图3可知在相同击实条件下，不同掺量的木质素改良土最佳含水率不大，在10%～12%之间变化，仅3%的木质素含水率较大，但最大干密度随着掺量的增加呈现降低的趋势，说明木质素加入到土体当中土颗粒的质量会变小，木质素的密度较小导致相同的土需要大量的木质素来填充，但木质素又会与土体产生粘结作用，进而干密度比不上素土。  图2 土样的颗粒级配曲线  图3 干密度与含水率的关系  图4 不同围压下抗剪强度与木质素掺量的关系（0 d养护期）  图5 不同围压下抗剪强度与木质素掺量的关系（28 d养护期）  图6 不同木质素掺量下抗剪强度与养护龄期的关系（30 kPa）  图7 不同木质素掺量下抗剪强度与养护龄期的关系（60 kPa）  图8 不同木质素掺量下抗剪强度与养护龄期的关系（90 kPa） 2.4 木质素改良土抗剪强度不固结不排水试验实际上是模拟土体抵抗剪切破坏的能力，在施加一定的周围压力情况下，施加轴向压力（主应力差σ1-σ3）进行剪切直至最终破坏的过程。通过莫尔圆计算出土体的粘聚力cu和内摩擦角φu，从而计算出土体的抗剪强度τ。图4、图5为0 d养护期下不同掺量不同围压的抗剪强度的关系曲线和28 d养护期下不同掺量不同围压的抗剪强度关系曲线，可以发现随着围压的增加抗剪强度呈现增加的趋势，随着木质素掺量的增加，土体的抗剪强度呈现下降的趋势，最后趋于稳定的状态。因为木质素加入到土体中使土体更加细化，颗粒间的抗滑移能力降低，从而抗剪强度呈现下降的趋势。随着木质素掺量增加到一定的程度，空隙都填满，使土样达到一种土颗粒和木质素动态稳定的状态，自然抗剪强度变化不大。图6～图8为30 kPa、60 kPa、90 kPa围压下，不同养护期不同掺量下的抗剪强度关系，可以看出随着养护期的增加土体呈现上下浮动的情况，没有出现特别的变化，可以根据具体的情况进行养护。 3 结语（1）吉林松原地区粉土经过木质素改良后，土体的液塑限变化比较明显，整体呈现下降的趋势，塑性指数略有降低。（2）随着木质素掺量的增加，土体的颗粒级配发生明显的变化，主要体现在粉粒的增多。（3）木质素改良粉土较素土的最佳含水率变化不大，但对于素土改良的最大干密度有明显的影响，且随着掺量的增加呈现下降的趋势。（4）土体的抗剪强度随着围压的增大而增大，随着木质素掺量的增大而减小，对于养护期的影响不大，可以根据具体情况进行养护。 参考文献： [1]GB50021-2001,岩土工程勘察规范［S］. [2]JTGE40-2007公路土工试验规程［S］. [3]汤连生.水-土化学作用的力学效应及机理分析［J］.中山大学学报（自然科学版）,2000（4）:104-109. [4]储亚,刘松玉 ,蔡国军,边汉亮,耿功巧.重金属锌污染淤泥质粉质粘土物理特性试验研究［J］.地下空间与工程学报,2014,10（6）:1312-1316. [5]Tingle J S,Newman J K,Larson S L,etal.Stabilization mechanisms of nontraditional additives［J］.Transportation Research Record，2007，1989（2）:59-67． [6]杨广庆,高民欢,张新宇.高速公路路基填料承载比影响因素研究［J］.岩土工程学报,2006,8（1）:97-100. [7]D1883-99 Standard test method for CBR （California Bearing Ratio） of Laboratory-Compacted Soils［S］.1999. Experimental study on mechanical properties of lignin modi fi ed silt YANG Tian-yuan,DONG Wei-zhi,HOU Lin Abstract:The industrial by-product lignin was selected as a modifier to improve the silt.Through the indoor experiments such as boundary water content, particle analysis, compaction and static triaxial,the physical and mechanical properties of plain soil and lignin-modified soil were compared and determined. The change law and improvement effect of the physical and mechanical properties of the improved soil.The results show that lignin has a significant effect on soil particle gradation. With the increase of dosage, the liquid-plastic limit of ligninmodified soil is lower than that of plain soil, and the plasticity index is slightly reduced.With lignin the increase of the maximum dry density of the improved soil and the increase of the optimum moisture content.The shear strength of the soil increases with the increase of confining pressure,decreases with the increase of lignin content, and finally stabilizes. The curing period can be cured according to the actual situation. Key words:silt;boundary moisture content;maximum dry density;optimum water content;static triaxial;shear strength 中图分类号：TU413 文献标识码：A 基金项目：吉林省交通运输科技项目“工业副产品木质素改良季冻土路基关键技术研究”，项目编号：2018ZDGC-14。 收稿日期：2019—05—21 作者简介：杨添元（1995—），男，湖北黄冈人，硕士研究生。 |
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