重塑土试验探究

王茺 肖跃 张宝军

摘要：重塑土相对于原状土而言在试验室和工程方面起着举足轻重的作用，在现场原状土样无法正常取出，或某些试验要求需要用重塑土进行检测，这就把重塑土的试验带入了试验员的视野。本文简单介绍了重塑土的不同制备方式，以及不同制备方式产生的优缺点。综合前辈试验者的信息，探究了重塑土试验的发展、制备方式、制备工艺，给读者对重塑土予以统观的认识。

关键词：重塑土；固结法；击实法；试验

中图分类号：P435文献标识码： A

1引言

随着建筑、市政、公路工程建设工作的快速发展，我们在工程建设中遇到的问题也随之增加。自然界中的土是一种由矿物颗粒和存在于期间的孔隙液体与气体等多矿物组成的非均质、多相、多空的不连续介质，决定了土的性质是复杂的。土工试样现场制取原状土样技术已经成熟，但也存在着一定的困难，在试验室试验中，往往会遇到取出试样不符合规范，又或者是某些试验要求采用重塑土进行试验，这就要求我们对重塑土有一个新的认识。将重塑土的理论、试验和工程实践三部分结合起来，相互渗透从而促进学科的发展[1]。

重塑土是相对于原状土而言的，一般情况下重塑土是指受到干扰的土，但不是单纯意义上的扰动土，而是一种由扰动土而来的通过人工仿真的试验用土。重塑试验首先要保证试样的均匀性。现在常用室内制备重塑土试样技术根据机理不同可分为两大类：击实法和固结法。一类是击实法，即采用不同质量击锤从设定的高度下落，一层或分层击实土样至所需尺寸，操作简便但在击实中会产生上层土相对于下层土较松散并且由于试验过程中产生了空气不利于后续试验的开展。另一类是固结法，也称为泥浆固结法，将破碎且过筛后得到的风干土颗粒加大量的蒸馏水搅拌均匀，使之成为含水量大于其液限的流体状的浆液，倒入制样筒中，在竖直方向上施加荷载，这样采用单向或三维排水固结法获得饱和试样。此种方法的优点在于人为因素较小，土体完全在竖直荷载作用下排水固结，但操作过程较繁琐、耗时较长，而且长时间的静载作用，会造成试样含水量分布不均匀。

2国内重塑土试验研究现状

目前由于在岩土工程实践应用中，因现场不易取得原状土，故此要想获得土的物理、力学特性试验参数，在一定程度上是依靠室内制备重塑土来完成的。在土工试验中，很多试验参数是在现代试验室技术条件下利用试验室制备工艺和相关试验仪器测定的。在一些高校论文的试验资料中此种情况较为常见，但有笔者认为[2]在实际工程设计中应正确认识和把握重塑土的确切定义，优化重塑土试验样品的制备工艺，对重塑土的试验参数进行岩土工程数值分析新方法的合理反算验证、且予以修正或利用室外原位测试。

赵振勇等针对现有的室内制样技术存在周期长，步骤繁琐，试验设备要求高等问题，利用试验室常规试验设备，通过简单的组合和改装，提出了一种新的建议制样技术，并简要介绍该技术在直剪试验、渗透试验、压实试验等常规试验中的应用。

李涛涛等[3]通过对黏土原状样、击实重塑样和固结重塑样进行直剪试验，研究了黏性重塑土不同制备方式对抗剪强度的影响。结果显示原状样的抗剪强度最高，其次是固结重塑样，击实重塑样的抗剪强度最低。

郑剑锋等[4]，通过不同土质分别用不同制样方法制取试样，并分析对比样品的含水量及干密度分布状况，确定了不同土质制作较均匀样品的最佳制样方法。得出结论两头压实法所制得的样品其干密度和含水量的分布较为均匀，分布较有规律，能得到初始损伤较小的试样，比分层击实法及泥浆法更容易控制试样的均匀性。

杨雪强等[5]以粉质黏土为研究对象，首先借助于高压固结仪对重塑土和原状土进行了室内侧限的固结试验；其次利用改进的盈利控制室常规三轴仪，在不同的加荷路径和排水条件下，对重塑土和原状土分别进行了常规三轴试验研究结果表明原状土初始的切线模量及其抗剪强度均高于重塑土相应的值，在固结排水条件下的三轴剪切试验，原状土的剪胀量要小于重塑土的剪胀量，但在固结不排水条件下，原状土体的剪胀趋势却明显要高于重塑土的剪胀趋势。

郭莹，王跃新[6]利用应变控制式静力三轴剪切仪，对3组夯实原状饱和粉土试样进行了不同围压下固结不排水剪切试验，在此基础上，又采用干装法和控制固定含水率的湿装夯实法制备了相同干密度的重塑饱和粉土试样，对两种方法制成的试样进行了同样的对比试验，结果表明两组重塑样之间，湿装重塑样的抗剪强度指标均低于干装重塑样，两种重塑样抗剪强度指标均低于原状样。原状样和重塑样的结构不同，是导致实验结果不用的根本原因。

顾正维、孙炳楠、董邑宁[7]利用粘土原状土、重塑土和固化剂加固的粘土的渗透特性试验结果，对比分析其渗透系数变化的规律，为工程设计和施工提供科学的依据。该试验的研究结果对于饱和粘土的加固和深基坑止水帷幕的设置有指导意义。

聂良佐认为界定重塑土的定义、把握重塑土土体结构特征、选择适宜的试样制备工艺，在获取重塑土物理、力学特性试验参数中是很重要的。在论文中针对重塑土物理力学特性试验参数的影响因素进行了深入的分析[2]。

大量重塑粘土试验资料上建立的粘土最著名的本构模型——剑桥模型，并不能准确反映原状粘土的力学性质，重塑土与原状土力学性质区别的根本原因在于其结构性的破坏。沈珠江在结构性粘土考虑胶结力破坏过程中两种的模型——复合体模型和堆砌体模型。陈铁林等在人工制备的结构性粘土的基础上进行了一些列试验，研究了结构性粘土的压缩与剪切特性。结构性粘土试样的制备技术为结构性模型的研究创造力有利条件，以此可以延伸至原状土的模型研究，在此基础上关于原状土在取样过程中扰动也有具有参考作用[8.9]。

陈龙飞[1]在重塑粘土侧向应力状态的试验研究发现利用 GJYK0固结仪测量土样在不同变载过程中的侧应力值，分析土样在不同含水量以及不同排水条件下，在加载、卸载以及再加载过程中侧应力系数 K 的变化规律，得出：当试样完全饱和，侧应力系数趋近于一个稳定值，其值在不排水情况下为 1.0，排水情况下为 0.6；欠固结土的侧应力系数K 随时间的变化过程是与孔隙压力增量的变化过程是一致的。

3重塑土试验制备工艺

重塑土虽然从属于扰动土，其制样工艺基本与扰动土一致，但是和扰动土制样也有一定的区别，主要是重塑土是由扰动土经过人工制备而来，另一方面仿真原状土并不等于原状土。原状土保持了自然形成的状态土，而重塑土和扰动土基本结构已经发生了改变，微观结构已经不同，力学性质发生了较大的改变，这都说明重塑土样无法恢复原状土中的凝聚体。

重塑土的制样需要如图所示等加工步骤：

将风干土加蒸馏水配成含水量大于液限的稀泥浆，置于保湿缸中；

3.1固结法

固结法只能制取饱水试样。三维排水法：根据所需的干密度和含水量计算所需泥浆质量，将泥浆倒入制样筒中，同时用细杆搅动，尽量使空气排出，通过控制箱调节压头的下降速度，先以较大的速度下降，至压头与土样接触时，选择较小的速度下降，固结时间为24h。

单向加压法：将泥浆放入固结仪，逐级加载固结土样；当加载到400kPa后停止加载，待百分表稳定后取出土样进行后续试验。

3.2击实法

分层击实法一般用来制备非饱和水试样，其制样方法为：将土加蒸馏水配置成所需的含水量，放置于保湿缸中，储藏保湿。根据干密度计算所需湿土质量，将湿土分成三等分，逐层倒入制样筒，并用锤击实相同的次数。这种方法能较好地控制试验样品的密度和含水率,土体的整体结构性比较好。

3.3两头压实法

分层击实法,往往使试验样品的上下密度不能保持一致,造成土体的整体结构性差异。针对此种现象单层环刀击实可以实现有效控制。还可以采用两头压实法，试验也是在环刀中进行，当压头与土接触时，测量此时的试样高度，并计算与最终需要的试样高度的差值l1，当压头下降到一定高度时，将试样反过来，控制加载时间及载荷大小，直至所需试样高度。根据不同土质粘粒含量分别制取不同压制时间的样品。

4重塑土未来的展望

目前国内研究学者对于重塑土进行了大量的理论研究和试验分析，对重塑土进行物理性质及抗剪特性进行了试验验证，也有笔者对重塑土侧向应力状态的试验进行了研究并总结出一定的规律，但是由于某些特定的条件的限制，有待研究的问题也凸显而来：如固结法只能获得饱和重塑土样，虽然制备的土样人为因素干扰小，制样均匀，有利于土样的重复性，但是固结法并不能控制土样的含水率，使其应用受到限制。可以尝试非饱和重塑土方法的研究，以含水率与干密度作为控制因素，通过计算重塑出所需的非饱和重塑试样。

参考文献：

[1] 陈龙飞.重塑粘土侧向应力状态的试验研究[D].安徽:合肥工业大学,硕士研究生论文，2012.

[2] 聂良佐.重塑土物理力学特性试验参数的影响因素分析[J].实验技术与管理,2007,24（12）：30-34.

[3] 李涛涛，王林，王顺.黏性重塑土不同制备方式对其抗剪强度的影响研究[J].安全与环境工程，2012,19（6）：152-156.

[4]郑剑锋，马巍，赵淑萍，蒲毅彬.重塑土室内制样技术[J].冰川冻土,2008.30（3）：494-500.

[5]杨雪强，刘文治，刘祖德，何世秀，陈善雄.武汉原状粉质粘土与其重塑土的试验对比研究试验结果描述[J].广东工业大学学报，2013.30（1）:18-24

[6]郭莹，王跃新.原状与重塑粉土固结不排水剪切特性的对比试验[J].水利学报，2011，42（1）：68-75.

[7] 顾正维、孙炳楠、董邑宁.粘土的原状土、重塑土和固化土渗透性试验研究[J].岩石力学与工程学报2003,22（3）：505-508.

[8] 沈珠江. 软土工程特性和软土地基设计[J]. 岩土工程学报. 1998, 20(1): 100~111.

[9] 陈铁林, 周成, 沈珠江. 结构性黏土压缩和剪切特性试验研究[J]. 岩土工程学报.2004, 26(1): 31~35.