加固红土的胶结强度及其指标

1.加固红土的胶结强度及强度胶结效果系数

土壤强固剂加固红土显著增强了红土承受外荷载的能力，使得加固红土的抗剪强度提高，相比不加强固剂的素红土，土壤强固剂的加入，使红土产生了附加的抗剪强度。由于土壤强固剂具有很强的吸附能力，能够将红土颗粒紧密胶结，具有胶结材料的性质，所以也可以把土壤强固剂称为胶结材料。这里的胶结材料包括石灰、粉煤灰两种固态土壤强固剂和一种液态路邦土壤强固剂。这时加入土壤强固剂额外产生的附加抗剪强度就称为胶结强度。

胶结强度是以素红土A0为参照，加入石灰、粉煤灰、路邦土壤强固剂后的土都是加固红土，包括A1、A2、A3、A4、A5、A6，以加固红土的抗剪强度与素红土（A0）的抗剪强度之差来计算：

图3－5给出了不同种类的复合土壤强固剂加固红土的胶结强度及其强度胶结效果系数随垂直压力的变化。红土的强度胶结效果系数以加入复合土壤强固剂后加固红土的胶结强度与加入复合土壤强固剂前素红土的抗剪强度之比来衡量，以RΔτf表示。

图3－5　红土的胶结强度及强度其胶结效果系数与垂直压力的关系

表3－13给出了复合土壤强固剂加固红土的加权胶结强度及其加权强度胶结效果系数。

表3－13　加固红土的加权胶结强度及加权强度胶结效果系数

图3－5、表3－13表明：

（1）图（a）中曲线呈上升趋势。红土中不论加入单一土壤强固剂或复合土壤强固剂，都会引起加固红土产生胶结强度。

加固红土的胶结强度线仍然满足库仑定律，其胶结强度随垂直压力的增大而增大。加固红土A1（红土＋石灰）的胶结强度线的位置最低，加固红土A6（红土＋石灰＋粉煤灰＋路邦）的胶结强度线的位置最高，从下往上，依次是A2（红土＋粉煤灰）、A3（红土＋路邦）、A4（红土＋石灰＋粉煤灰）、A5（红土＋石灰＋路邦）的胶结强度线。说明复合土壤强固剂加固红土的胶结强度按照A6＞A5＞A4＞A3＞A2＞A1的趋势变化。

就加权胶结强度比较，在100～400kPa的垂直压力下，按照试验方案的顺序，复合土壤强固剂加固红土的加权平均胶结强度按35.9kPa，41.7kPa，47.6kPa，51.5kPa，72.5kPa，92.5kPa的趋势增大。相比素红土，A1（红土＋石灰）的胶结强度最小，A6（红土＋石灰＋粉煤灰＋路邦）的胶结强度最大。说明复合土壤强固剂的种类越多，加固红土的胶结强度越大。

（2）图（b）中曲线呈下降趋势，即随垂直压力增大，加固红土的强度胶结效果系数逐渐减小，说明加固红土的强度胶结效果逐渐减弱。垂直压力低于300kPa时，加固红土强度胶结效果系数的减弱程度比较明显；当垂直压力在300～400kPa时，加固红土强度胶结效果系数的减弱程度变缓。可以预测，随着垂直压力的进一步增大，加固红土的整体稳定性增强，不同复合土壤强固剂下加固红土的强度胶结效果系数会逐渐趋于稳定。

A1（红土＋石灰）的强度胶结效果线的位置最低，A6（红土＋石灰＋粉煤灰＋路邦）的强度胶结效果线的位置最高，从下往上，依次是A2（红土＋粉煤灰）、A3（红土＋路邦）、A4（红土＋石灰＋粉煤灰）、A5（红土＋石灰＋路邦）的强度胶结效果线。说明加固红土的强度胶结效果系数按照A6＞A5＞A4＞A3＞A2＞A1的趋势变化。

就加权强度胶结效果系数比较，在100～400kPa的垂直压力下，按照试验方案的顺序，复合土壤强固剂加固红土的加权平均强度胶结效果系数按24.7%，28.6%，33.4%，37.0%，48.9%，64.1%的趋势增大。相比素红土，A1（红土＋石灰）的强度胶结效果系数最小，A6（红土＋石灰＋粉煤灰＋路邦）的强度胶结效果系数最大。说明复合土壤强固剂的种类越多，对红土强度的加固效果越好。

可见，不同种类的土壤强固剂对红土都具有胶结作用，土壤强固剂的加入显著提高了加固红土的抗剪强度，使加固红土产生了胶结强度，增强了加固红土的承载能力，从而改善了红土的性能。

（3）就石灰（A1）、粉煤灰（A2）和路邦（A3）三种单一土壤强固剂而言，石灰、粉煤灰作为固态土壤强固剂，加入红土中只能包裹红土颗粒表面，即使加入粉煤灰后红土的最大干密度低于加入石灰的情况，但由于粉煤灰加入比例大于石灰，使红土颗粒被包裹得更充分，颗粒之间的胶结作用增强，从而使粉煤灰（A2）的强度胶结效果系数优于石灰（A1），即A2为28.6%，A1为24.7%，A2＞A1；而路邦作为一种液态土壤强固剂，与红土颗粒的融合胶结作用优于固态土壤强固剂，它更能使土壤强固剂包裹红土颗粒并渗透到红土颗粒内部，使红土颗粒之间和红土颗粒内部的胶结作用增强，导致路邦土壤强固剂（A3）对红土的强度胶结效果系数优于粉煤灰（A2）和石灰（A1），即A3为33.4%，A2为28.6%，A1为24.7%，A3＞A2，A3＞A1。这说明液态土壤强固剂的强度胶结效果系数优于固态土壤强固剂的强度胶结效果系数。

（4）就A4（石灰＋粉煤灰）、A5（石灰＋路邦）和A6（石灰＋粉煤灰＋路邦）三种复合土壤强固剂与单一土壤强固剂的比较，将石灰＋粉煤灰组合在一起的A4，强度胶结效果系数优于石灰或粉煤灰作为单一土壤强固剂的强度胶结效果系数，其值分别为A437.0%，A228.6%，A124.7%，A4＞A2，A4＞A1；将石灰＋路邦组合在一起的A5，强度胶结效果系数优于石灰或路邦作为单一土壤强固剂的强度胶结效果系数，其值分别为A548.9%，A333.4%，A124.7%，A5＞A3，A5＞A1；而将石灰＋粉煤灰＋路邦组合在一起的A6，强度胶结效果系数优于由石灰＋粉煤灰组合在一起的A4的强度胶结效果系数，其值分别为A664.1%，A437.0%，A6＞A4。

因为不同种类的土壤强固剂组合加入红土中，使红土中强固剂的比例增大，与红土颗粒包裹越完全，土壤强固剂对红土颗粒的胶结作用越强，因而加固红土的胶结强度越大。

就石灰＋粉煤灰而言，由于都是固态土壤强固剂，只能包裹红土颗粒表面，但其在红土中的比例大于单一的石灰或粉煤灰，因而其胶结作用优于单一的石灰或粉煤灰。

就石灰＋路邦而言，是固态土壤强固剂与液态土壤强固剂的组合，它既包裹红土颗粒表面，又渗透到红土颗粒内部，使红土颗粒之间和红土颗粒内部的胶结作用比单一的石灰或路邦土壤强固剂更强，其胶结强度也更大。

就石灰＋粉煤灰＋路邦而言，由于是三种土壤强固剂的组合，可谓是“强强联合”，在红土中的比例更大，包裹红土颗粒表面和渗透到红土颗粒内部更彻底，使得其胶结作用更强，胶结强度更大。

综上可知，红土中加入的土壤强固剂的种类越多，红土具有的胶结强度越高，其强度胶结效果越好。虽然复合土壤强固剂的最大干密度低于单一土壤强固剂的最大干密度，但其胶结强度大于单一土壤强固剂的胶结强度，特别是路邦土壤强固剂的加入，可以显著提高红土的胶结强度。

2.加固红土的胶结强度指标及强度胶结效果

表3－14给出了复合土壤强固剂加固红土的胶结强度指标及其强度胶结效果。复合土壤强固剂加固红土的胶结强度指标以加入复合土壤强固剂前后加固红土的抗剪强度指标之差来衡量；其胶结效果以加入复合土壤强固剂后加固红土的胶结强度指标与加入复合土壤强固剂前素红土的抗剪强度指标之比来衡量，包括黏聚力胶结系数RΔc和内摩擦角胶结系数。

表3－14　复合土壤强固剂加固红土的胶结强度指标及胶结效果系数

表3－14表明：

（1）红土中加入不同种类的土壤强固剂，加固红土的胶结强度指标不同，其胶结黏聚力按A6＞A4＞A5＞A3＞A2＞A1的趋势变化，胶结内摩擦角按A6＝A5＞A2＞A1＝A3＞A4的趋势变化。A1（红土＋石灰）的胶结黏聚力最小，为19.4kPa；A6（红土＋石灰＋粉煤灰＋路邦）的胶结黏聚力最大，达到51.8kPa。内摩擦角最小为A4（红土＋石灰＋粉煤灰），即1.5°；最大为A5（红土＋石灰＋路邦）和A6（红土＋石灰＋粉煤灰＋路邦），均达到6.0°。说明复合土壤强固剂的加入，增强了红土颗粒之间的联结力和摩擦力，特别是极大地增强了红土颗粒之间的联结力，致使红土的整体稳定性增强，颗粒之间的吸附作用增强，相互发生错动较困难，从而引起内摩擦力增大。

（2）就胶结效果比较，红土中加入各种土壤强固剂，极大地增强了红土颗粒之间的联结力。对于黏聚力胶结系数，都在150%以上，且随强固剂种类的增多，黏聚力胶结系数增大，特别是石灰＋粉煤灰＋路邦的A6，黏聚力胶结系数最大，达到407.9%。对于内摩擦角胶结系数，最小是石灰＋粉煤灰的A4，在5%以上，最大是石灰＋路邦的A5和石灰＋粉煤灰＋路邦的A6，均达到23.4%。

（3）土壤强固剂对红土黏聚力的胶结系数在152.8%～407.9%之间变化，内摩擦角的胶结系数在5.9%～23.4%之间变化。说明土壤强固剂对加固红土黏聚力的影响远远大于对内摩擦角的影响。