将确定配比的混合土样,制成预定的含水量,取试样干密度为1.6 g/cm^3,,制作试样采用体积为30 cm×2 cm³的环刀,计算将某含水量混合土样需要的质量,将其均匀压入环刀中,收缩试验精确测得建筑垃圾含量20%初始含水量29.00%,建筑垃圾含量30%初始含水量27.90%,建筑垃圾含量40%初始含水量26.16%,建筑垃圾含量50%试样初始含水量27.59%.

将土样从环刀中推出,室内温度为20⁰,室内收缩试验在收缩仪上进行,随着收缩试验的进行,测得不同时间竖向变形量和试块质量,从而计算得到相应的含水量,不同建筑垃圾含量的混合土体,收缩率随含水量减小的变化见图3.

线缩率为试样收缩过程中,竖向收缩变形量和原始高度的比值:

δ_s=(Δh)/(h₀)(3)

式中:δ_s为线缩率; Δh为收缩变形量; h₀为试样原始高度.

图3 线缩率随含水量的变化曲线
Fig.3 Curve of linear shrinkage with water content

图4 收缩系数随建筑垃圾掺量的变化曲线
Fig.4 Shrinkage coefficient varies with the content of construction waste

将混合土样均匀压至30×2 cm³的环刀中,采用侧限变形试验,膨胀试验在无荷膨胀仪进行,试验得出建筑垃圾含量20%,30%,40%的试样在不同含水量的膨胀率见图5.膨胀率为试样膨胀过程中膨胀变形量与原始高度之比.

图5 膨胀率随含水量变化图
Fig.5 Variation of expansion rate with water content

由文献23,根据膨胀系数和收缩系数的特征参数判断,膨胀系数与自由膨胀率有下列关系:

α=0.318+0.003 7F_s(4)

式中:α为膨胀系数,%; F_s为自由膨胀率,%

收缩系数与自由膨胀率有下列关系:

λ_s=0.428+0.004 9F_s(5)

式中,λ_s为收缩系数,%;

由此可知,自由膨胀率为40%时,α=0.466; λ_s=0.624.

建筑垃圾含量为40%试样膨胀系数为0.064,收缩系数为0.220 9,因此可以判定为非膨胀土.

图6 压缩系数随压力的变化
Fig.6 Changes of compression coefficient with pressure

对不同建筑垃圾掺量的试样进行固结试验,试验的制备干密度为1.5 g/cm³,含水量25.0%,荷载级数选用50 kPa、100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa,每加一级荷载后稳定后读最终读数,再加下一级荷载.不同级数压力的压缩系数如图6所示,不同建筑垃圾质量含量变形特征及原因分析见表2.

表2 不同建筑垃圾质量含量变形特征及原因分析
Tab.2 Analysis on deformation characteristics and causes of different quality contents of construction waste

图7 不同建筑垃圾含量的试样抗剪强度曲线
Fig.7 Shear strength curves of samples with different contents of construction waste

为了揭示填实后混合试样的强度特征,对不同配比的试样进行了直剪试验,试验的制备采用干密度为1.5 g/cm³,其抗剪强度曲线如图7所示,不同建筑垃圾含量的强度特征见表3.

从抗剪强度曲线可以看出,建筑垃圾含量应大于30%.从混合试样胀缩变形特征分析,建筑垃圾含量不易小于40%; 从强度特征分析,建筑垃圾含量大于30%.从颗粒级配特征分析,建筑垃圾含量40%～52%颗粒级配良好.从压缩特征来分析,建筑垃圾含量不小于40%; 综合分析得到建筑垃圾含量40%～50%配比为优选配比.

表3 不同建筑垃圾含量的强度特征
Tab.3 Intensity characteristics of different construction waste contents

取建筑垃圾质量含量45%的混合土体进行击实试验,击实锤重2.7 kg,落距45 cm,锤底直径50 mm,击数27次,得出最优含水量16.5%,最大干密度1.72 g/cm³.

(1)干湿循环后强度特性

地表浅层土层稳定计算应采用干湿循环稳定后的强度参数,经对压实土体在含水量区间20%～10%的抗剪强度试验,得干湿循环稳定后的抗剪强度方程为:

τ_f=σ×tan19⁰+50.133(6)

(2)胀缩变形特性

取击实后土样,其含水量16.5%、干密度1.72 g/cm³,进行膨胀试验,测得其膨胀率为1.5%.

图8 不同初始含水量混合土样收缩率曲线
Fig.8 The Shrinkage curves of mixed soil

取建筑垃圾含量45%压实混合土体,利用理正软件对边坡稳定系数进行计算.计算模型见图9.

地震烈度取6度,地震作用综合影响系数为0.25,地震作用重要性修正系数1.0,水平地震系数0.050,地震力作用土条质心处,超载取30 kPa,水平加速度系数矩形分布,容重取1.8 kN/m³.边坡坡高与边坡稳定性系数的关系见图 10.

图9 边坡稳定性计算简图
Fig.9 The calculation diagram of slope stability

图 10 不同坡高稳定系数随坡角变化曲线
Fig.10 Curve of slope angle with different slope height stability coefficient

计算填土地基沉降,以平顶山为例,平顶山大气深度为3.5 m,膨胀土地基变胀缩变形量应取基础某点的最大膨胀上升量与最大收缩下沉量之和.

膨胀变形量计算:因为膨胀土的多裂隙性,当土体浸水后,水分沿裂缝渗入土中,充分吸水膨胀,大气影响范围内,膨胀变形量按最大膨胀量计算:1.5%×3 500 mm=52.5 mm.地基土的胀缩变形量应按下式计算:

s_es=ψ_es∑ⁿ_i=1(δ_p+λ_si·Δw_i)h_i(7)

式中:s_es为地基土的胀缩变形量,mm; ψ_es为计算胀缩变形量的经验系数,可取0.7; n为自基础底面至计算深度内所划分的土层数,计算深度可取大气影响深度; δ_p 为膨胀率; λ_si为第i层土的收缩系数,应由室内试验确定; h_i为第i层变形计算深度; Δw_i为地基土收缩过程中,第i层土可能发生的含水量变化的平均值.

取初始含水量为30%,最小含水量为10%,1米处含水量变化值为0.2,地基土含水量变化经计算如图 11所示^[16].由图8可知,初始含水量为30%的收缩稳定含水量为26%,含水量变化为0.04,其相应的深度为3.15 m.

图 11 地基土含水量变化计算图
Fig.11 Calculation diagram of moisture content change of foundation soil

=1.291 7×∫^3.5_3.15Δwdh

=1.291 7×(0.04+0.01)/2×(350-315)

=0.011 30m=11.30 mm

地基总收缩变形量为

S_S=0.7×(S_S1+S_S2)

=0.7×(236.30+11.30)=173.32mm

地基总胀缩变形量:

S_es=0.7×52.5+173.32=210.07mm