干濕循環(huán)下紅砂巖改良土強(qiáng)度特性的多維度解析與工程應(yīng)用探究

一、引言1.1研究背景與意義在道路、鐵路、水利等各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，紅砂巖改良土因其來源廣泛、成本相對(duì)較低等優(yōu)勢，成為一種備受關(guān)注的路基填筑材料。紅砂巖是一種常見的沉積巖，富含親水性黏土礦物和鐵質(zhì)氧化物，顏色呈紅色或褐色，在我國南方地區(qū)廣泛分布。然而，由于紅砂巖中黏土礦物含量較高，其對(duì)水分變化十分敏感。當(dāng)作為路基填料時(shí)，在自然環(huán)境中會(huì)頻繁受到干濕循環(huán)作用，即土體經(jīng)歷吸水飽和與干燥脫水的周期性變化過程。干濕循環(huán)對(duì)紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性有著顯著影響。在降雨過程中，紅砂巖改良土中的親水性礦物遇水后結(jié)合水膜變厚，發(fā)生膨脹變形，顆粒間距增加，導(dǎo)致土體易發(fā)生崩解產(chǎn)生細(xì)小裂縫，此時(shí)大多數(shù)路基土仍處于非飽和狀態(tài)。伴隨著土體中水的增加，基質(zhì)吸力隨之降低，致使土體黏聚力和內(nèi)摩擦角下降，抗剪強(qiáng)度衰減。降雨過后，在太陽輻射和高溫作用下，土體中的水分逐漸蒸發(fā)，含水量降低，土體產(chǎn)生收縮效應(yīng)，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的破壞。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增多，紅砂巖改良土的強(qiáng)度不斷劣化，這對(duì)工程的穩(wěn)定性和耐久性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。國內(nèi)多條高速公路在施工時(shí)，均出現(xiàn)了強(qiáng)降雨后邊坡開裂變形等路基病害，這與紅砂巖改良土受干濕循環(huán)影響導(dǎo)致強(qiáng)度下降密切相關(guān)。國際上，在季節(jié)性氣候地區(qū)，土體受干濕循環(huán)影響發(fā)生破壞的情況也屢見不鮮，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。研究干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性，具有重要的工程意義。一方面，深入了解其強(qiáng)度變化規(guī)律，有助于在工程設(shè)計(jì)階段，合理選擇紅砂巖改良土的使用范圍和改良方案，提高工程的穩(wěn)定性和安全性。通過對(duì)不同水泥摻量、不同壓實(shí)度的紅砂巖改良土在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度測試，為確定最佳的工程參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。另一方面，研究成果可以為工程的長期維護(hù)和管理提供指導(dǎo)，及時(shí)采取有效的防護(hù)措施，預(yù)防因干濕循環(huán)導(dǎo)致的工程病害，降低工程維護(hù)成本，延長工程使用壽命，對(duì)保障工程的正常運(yùn)行和減少災(zāi)害損失具有重要意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在紅砂巖改良土研究方面，國內(nèi)外學(xué)者已取得了一定成果。國外在路基材料改良領(lǐng)域起步較早，對(duì)各類巖土材料的改良研究較為全面。美國學(xué)者在公路建設(shè)中，對(duì)軟巖改良土的工程特性進(jìn)行了大量研究，為紅砂巖改良土的研究提供了一定的理論借鑒。在紅砂巖改良土研究中，學(xué)者們主要關(guān)注改良劑的種類和摻量對(duì)其性能的影響。有研究表明，在紅砂巖中添加水泥、石灰等無機(jī)結(jié)合料，能夠有效提高其強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。通過對(duì)不同水泥摻量的紅砂巖改良土進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著水泥摻量的增加，改良土的強(qiáng)度顯著提高。在實(shí)際工程應(yīng)用中，澳大利亞的一些道路建設(shè)項(xiàng)目中，成功采用了紅砂巖改良土作為路基填料，并通過優(yōu)化改良方案，保證了道路的長期穩(wěn)定性。國內(nèi)對(duì)紅砂巖改良土的研究也日益深入。在材料特性方面，學(xué)者們對(duì)紅砂巖的礦物成分、顆粒級(jí)配等進(jìn)行了詳細(xì)分析，為改良土的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在改良方法上，除了傳統(tǒng)的水泥、石灰改良外，還探索了一些新型改良劑和改良技術(shù)。有研究采用納米材料對(duì)紅砂巖進(jìn)行改良，發(fā)現(xiàn)能夠顯著改善其微觀結(jié)構(gòu)，提高其力學(xué)性能。在工程應(yīng)用方面，國內(nèi)多條高速公路和鐵路建設(shè)中，廣泛應(yīng)用了紅砂巖改良土，并通過現(xiàn)場監(jiān)測和試驗(yàn)，不斷優(yōu)化改良土的施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。在干濕循環(huán)影響巖土材料強(qiáng)度的研究方面，國外開展了大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測。在室內(nèi)試驗(yàn)中，通過模擬不同的干濕循環(huán)條件，研究巖土材料的強(qiáng)度變化規(guī)律。有研究對(duì)砂巖進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，砂巖的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸降低，且強(qiáng)度衰減速率在前期較快，后期逐漸趨于穩(wěn)定。在現(xiàn)場監(jiān)測方面，對(duì)一些處于干濕循環(huán)環(huán)境下的巖石邊坡和地基進(jìn)行長期監(jiān)測，分析其穩(wěn)定性變化情況。在某山區(qū)的巖石邊坡工程中，通過長期監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，受干濕循環(huán)影響，邊坡巖體的節(jié)理裂隙逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低。國內(nèi)在這方面的研究也取得了豐碩成果。在理論研究方面，建立了一些考慮干濕循環(huán)影響的巖土材料強(qiáng)度模型，為工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。在試驗(yàn)研究方面，不僅關(guān)注巖土材料的宏觀強(qiáng)度變化，還深入研究了其微觀結(jié)構(gòu)的演變。有研究通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察干濕循環(huán)作用下紅砂巖的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，紅砂巖內(nèi)部的孔隙率增大，顆粒間的膠結(jié)作用減弱，從而導(dǎo)致強(qiáng)度下降。在實(shí)際工程應(yīng)用中，針對(duì)受干濕循環(huán)影響的路基、邊坡等工程，提出了一系列有效的防護(hù)措施和加固技術(shù)。盡管國內(nèi)外在紅砂巖改良土及干濕循環(huán)影響巖土材料強(qiáng)度方面取得了不少成果，但仍存在一些不足。在紅砂巖改良土研究中，對(duì)于不同地區(qū)紅砂巖的特性差異研究還不夠深入，缺乏針對(duì)性的改良方案。在干濕循環(huán)研究中，目前的試驗(yàn)方法和模擬條件與實(shí)際工程環(huán)境還存在一定差距，導(dǎo)致研究成果在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性受到一定影響。對(duì)于干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土的強(qiáng)度劣化機(jī)理，雖然已有一些微觀層面的研究，但還不夠系統(tǒng)和深入，需要進(jìn)一步探索。本文將針對(duì)這些不足，通過室內(nèi)試驗(yàn)、微觀分析等方法，深入研究干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性，為工程實(shí)踐提供更科學(xué)的依據(jù)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究聚焦于干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性，具體涵蓋以下幾個(gè)方面：紅砂巖改良土基本物理性質(zhì)與常規(guī)力學(xué)特性研究：對(duì)紅砂巖進(jìn)行詳細(xì)的礦物成分分析，明確其所含黏土礦物、鐵質(zhì)氧化物等成分的比例，為后續(xù)改良土的研究提供基礎(chǔ)。通過顆粒分析試驗(yàn)，確定紅砂巖的顆粒級(jí)配情況，了解其顆粒分布特征。開展液塑限試驗(yàn)，獲取紅砂巖的液限、塑限等指標(biāo)，判斷其可塑性。進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定紅砂巖改良土的最大干密度和最佳含水率，為后續(xù)試件制備和試驗(yàn)提供關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)紅砂巖改良土進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測定其在不同條件下的抗壓強(qiáng)度，初步了解其力學(xué)性能。開展直接剪切試驗(yàn)，獲取紅砂巖改良土的黏聚力和內(nèi)摩擦角等抗剪強(qiáng)度參數(shù)，分析其抗剪性能。干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究：設(shè)計(jì)不同干濕循環(huán)次數(shù)的試驗(yàn)方案，模擬實(shí)際工程中紅砂巖改良土可能經(jīng)歷的干濕循環(huán)過程。在每次干濕循環(huán)后，對(duì)試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)紅砂巖改良土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，分析強(qiáng)度衰減趨勢。進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)，探究干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)紅砂巖改良土抗剪強(qiáng)度參數(shù)（黏聚力和內(nèi)摩擦角）的影響，揭示其抗剪強(qiáng)度的變化機(jī)制。影響紅砂巖改良土強(qiáng)度的因素分析：研究不同水泥摻量對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的影響。設(shè)置多個(gè)水泥摻量梯度，制備相應(yīng)的改良土試件，進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)和強(qiáng)度測試，分析水泥摻量與強(qiáng)度之間的關(guān)系，確定最佳水泥摻量范圍。分析含水率對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的影響。通過控制試件的初始含水率，進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)和強(qiáng)度測試，研究含水率在干濕循環(huán)過程中的變化對(duì)強(qiáng)度的影響規(guī)律。探討壓實(shí)度對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的作用。制備不同壓實(shí)度的改良土試件，進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)和強(qiáng)度測試，分析壓實(shí)度與強(qiáng)度之間的相關(guān)性，明確壓實(shí)度對(duì)強(qiáng)度的影響程度。紅砂巖改良土強(qiáng)度劣化的微觀機(jī)制研究：利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)不同干濕循環(huán)次數(shù)后的紅砂巖改良土試件進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察，分析其孔隙結(jié)構(gòu)、顆粒排列和膠結(jié)情況的變化，從微觀層面解釋強(qiáng)度劣化的原因。通過壓汞儀（MIP）測試紅砂巖改良土的孔隙特征，包括孔隙大小分布、孔隙率等，研究干濕循環(huán)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)一步揭示強(qiáng)度劣化的微觀機(jī)制。運(yùn)用X射線衍射（XRD）分析技術(shù)，對(duì)紅砂巖改良土在干濕循環(huán)前后的礦物成分進(jìn)行分析，研究礦物成分的變化對(duì)強(qiáng)度的影響，明確礦物成分與強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用試驗(yàn)研究、微觀測試和理論分析等方法，深入探究干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性。試驗(yàn)研究：在試驗(yàn)材料選取上，選取具有代表性的紅砂巖，確保其來源可靠、特性穩(wěn)定。通過室內(nèi)土工試驗(yàn)，獲取紅砂巖的基本物理性質(zhì)指標(biāo)，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在試件制備過程中，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行操作，確保試件的質(zhì)量和一致性。采用先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備，如萬能材料試驗(yàn)機(jī)、直接剪切儀等，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和直接剪切試驗(yàn)，獲取準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)科學(xué)合理的干濕循環(huán)試驗(yàn)方案，模擬實(shí)際工程中的干濕循環(huán)條件，保證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。微觀測試：運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM），對(duì)紅砂巖改良土試件的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行高分辨率觀察，直觀了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。利用壓汞儀（MIP），精確測量紅砂巖改良土的孔隙特征，為微觀機(jī)制分析提供數(shù)據(jù)支持。采用X射線衍射（XRD）分析技術(shù)，準(zhǔn)確測定紅砂巖改良土的礦物成分，深入研究礦物成分變化對(duì)強(qiáng)度的影響。理論分析：基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和微觀測試結(jié)果，建立考慮干濕循環(huán)影響的紅砂巖改良土強(qiáng)度模型，通過數(shù)學(xué)公式和理論推導(dǎo)，描述強(qiáng)度與各影響因素之間的關(guān)系。運(yùn)用材料力學(xué)、土力學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)紅砂巖改良土在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度劣化機(jī)理進(jìn)行深入分析，從理論層面解釋試驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。二、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)2.1試驗(yàn)材料本次試驗(yàn)所選用的紅砂巖取自[具體地點(diǎn)]，該地區(qū)紅砂巖分布廣泛，具有典型的工程特性，能夠?yàn)檠芯刻峁┚哂写硇缘臉颖?。在礦物成分方面，利用X射線衍射儀（XRD）對(duì)紅砂巖進(jìn)行分析，結(jié)果顯示其主要礦物成分為石英、高嶺石、蒙脫石和伊利石等。其中，SiO?質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為61.3%，Al?O?質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.36%，F(xiàn)e?O?為6.21%，CaO為2.3%。蒙脫石和伊利石親水性較強(qiáng)，這是導(dǎo)致紅砂巖遇水易崩解的關(guān)鍵因素。為了準(zhǔn)確了解紅砂巖的顆粒級(jí)配情況，依據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG3430—2020），采用篩分法對(duì)紅砂巖進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)。將紅砂巖樣品烘干后，依次通過不同孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩，稱量各級(jí)篩上和篩下的顆粒質(zhì)量，計(jì)算其占總質(zhì)量的百分比。試驗(yàn)結(jié)果表明，該紅砂巖以粒徑小于1.25mm的顆粒為主，占整體的95%以上，不均勻系數(shù)Cu為2.7-3.6，曲率系數(shù)Cc為0.8-1.3，顆粒級(jí)配相對(duì)較為均勻。在測定紅砂巖的液塑限指標(biāo)時(shí)，采用液塑限聯(lián)合測定儀進(jìn)行試驗(yàn)。將紅砂巖制備成不同含水率的試樣，放入液塑限聯(lián)合測定儀中，通過圓錐儀的下沉深度來確定液限和塑限。經(jīng)測試，該紅砂巖的液限為[具體液限值]，塑限為[具體塑限值]，塑性指數(shù)為[具體塑性指數(shù)值]，表明其具有一定的可塑性。對(duì)于改良劑的選擇，綜合考慮工程實(shí)際需求、成本以及改良效果等多方面因素。水泥作為一種常用的無機(jī)結(jié)合料，具有來源廣泛、價(jià)格相對(duì)較低、改良效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。在眾多水泥品種中，選用普通硅酸鹽水泥，其強(qiáng)度等級(jí)為42.5，符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。水泥的主要成分包括硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣等，這些成分在水化過程中能夠與紅砂巖中的礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性的物質(zhì)，從而提高紅砂巖改良土的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。2.2試件制備試件制備過程嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行，以確保試件質(zhì)量的一致性和試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。首先，將采集的紅砂巖樣品進(jìn)行初步破碎，使其粒徑能夠通過2mm的篩子。使用標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)破碎后的紅砂巖進(jìn)行篩分，去除粒徑大于2mm的顆粒，保證試驗(yàn)所用紅砂巖顆粒的均勻性。這一步驟的目的是模擬實(shí)際工程中紅砂巖改良土的顆粒級(jí)配情況，使試驗(yàn)結(jié)果更具代表性。將過篩后的紅砂巖放入烘箱中，在105℃的溫度下烘干至恒重，以去除其中的水分，保證后續(xù)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。烘干時(shí)間根據(jù)紅砂巖的初始含水量和樣品量而定，一般持續(xù)24小時(shí)以上，直至前后兩次稱量的質(zhì)量差值不超過0.1%，方可認(rèn)為達(dá)到恒重狀態(tài)。烘干后的紅砂巖冷卻至室溫后，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)確定的最佳含水率，計(jì)算所需添加的水量。采用噴霧法均勻地向紅砂巖中添加水分，使紅砂巖充分浸潤。添加水分后，將紅砂巖放入密封袋中，靜置24小時(shí)，讓水分在紅砂巖中充分?jǐn)U散，確保含水率均勻。按照設(shè)計(jì)的水泥摻量，稱取相應(yīng)質(zhì)量的普通硅酸鹽水泥。將浸潤后的紅砂巖與水泥放入攪拌機(jī)中，攪拌10-15分鐘，使水泥與紅砂巖充分混合均勻。在攪拌過程中，需密切觀察混合料的狀態(tài)，確保水泥均勻分布在紅砂巖中，避免出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。采用靜壓成型法制備試件。將混合好的紅砂巖改良土分3層裝入直徑為101.6mm、高度為116mm的圓柱形模具中，每層在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上施加100kN的壓力，穩(wěn)壓30s，使試件達(dá)到設(shè)定的壓實(shí)度。壓實(shí)度分別控制為90%、93%、96%，以研究壓實(shí)度對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的影響。在每層壓實(shí)過程中，需確保壓力均勻施加，避免出現(xiàn)局部壓實(shí)不足或過度壓實(shí)的情況。試件成型后，用保鮮膜將其包裹，防止水分蒸發(fā)，并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下（溫度20±2℃，相對(duì)濕度95%以上）養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。養(yǎng)護(hù)期間，定期檢查試件的狀態(tài)，確保養(yǎng)護(hù)條件符合要求。2.3干濕循環(huán)試驗(yàn)設(shè)計(jì)在干濕循環(huán)試驗(yàn)中，增濕環(huán)節(jié)采用真空飽水法，以確保水分能夠充分且均勻地進(jìn)入紅砂巖改良土試件內(nèi)部。具體操作時(shí)，將養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期的試件放入真空飽和裝置中，首先開啟真空泵，使裝置內(nèi)部的真空度達(dá)到-0.1MPa，并保持這一真空狀態(tài)2-3小時(shí)。在該過程中，試件內(nèi)部的空氣被逐漸抽出，形成負(fù)壓環(huán)境。隨后，向裝置內(nèi)緩慢注入蒸餾水，直至試件完全被水淹沒。關(guān)閉真空泵，讓試件在水中浸泡12-24小時(shí)，使水分充分滲透到試件的孔隙和顆粒之間，實(shí)現(xiàn)試件的飽和狀態(tài)。這種方法能夠有效模擬紅砂巖改良土在實(shí)際工程中遇到強(qiáng)降雨時(shí)的快速飽水情況。干燥環(huán)節(jié)則選用烘箱干燥法，將飽水后的試件從真空飽和裝置中取出，用濾紙輕輕吸干試件表面的水分，然后放入設(shè)定溫度為60℃的烘箱中。該溫度既能保證水分的有效蒸發(fā)，又能避免因溫度過高導(dǎo)致試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生過度變化。在干燥過程中，每隔2小時(shí)取出試件進(jìn)行稱重，當(dāng)相鄰兩次稱重的質(zhì)量差值小于0.1%時(shí)，認(rèn)為試件已達(dá)到恒重狀態(tài)，此時(shí)干燥過程結(jié)束。這一過程模擬了紅砂巖改良土在晴天時(shí)水分逐漸蒸發(fā)的自然干燥過程。干濕循環(huán)次數(shù)設(shè)定為0次、5次、10次、15次、20次，旨在全面研究不同循環(huán)次數(shù)對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度特性的影響。在實(shí)際工程中，路基土受到干濕循環(huán)作用的次數(shù)因地區(qū)氣候、工程使用年限等因素而異。通過設(shè)置這一系列循環(huán)次數(shù)，能夠涵蓋常見的工程情況，使研究結(jié)果更具實(shí)用性和代表性。0次循環(huán)作為對(duì)照組，用于對(duì)比分析干濕循環(huán)作用前后紅砂巖改良土強(qiáng)度的變化。5次循環(huán)可模擬短期或氣候條件相對(duì)穩(wěn)定地區(qū)的干濕變化情況；10次循環(huán)能反映中等使用年限或氣候條件變化較為頻繁地區(qū)的工程狀況；15次和20次循環(huán)則針對(duì)長期使用或處于極端氣候條件下的工程，探究紅砂巖改良土在多次干濕循環(huán)后的強(qiáng)度劣化程度。在含水率控制點(diǎn)的設(shè)置上，依據(jù)前期對(duì)紅砂巖改良土基本物理性質(zhì)的研究以及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)確定。在增濕過程中，將循環(huán)上限含水率設(shè)定為飽和含水率，即試件在真空飽水法處理后的含水率。這一含水率代表了紅砂巖改良土在實(shí)際工程中可能遇到的最大含水率狀態(tài)，如遭遇暴雨后的路基土飽水情況。在干燥過程中，將循環(huán)下限含水率設(shè)定為塑限含水率的1.2倍。塑限含水率是土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)為半固體狀態(tài)時(shí)的界限含水率，將循環(huán)下限含水率設(shè)定為其1.2倍，能夠保證試件在干燥過程中仍處于一定的可塑狀態(tài)，避免因過度干燥導(dǎo)致試件干裂，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)也符合實(shí)際工程中紅砂巖改良土在干燥階段的含水率變化范圍。干濕循環(huán)試驗(yàn)的具體流程如下：首先，將制備好的紅砂巖改良土試件按照上述方法進(jìn)行第1次干濕循環(huán)處理，即先進(jìn)行真空飽水增濕，再進(jìn)行烘箱干燥。完成第1次干濕循環(huán)后，對(duì)試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和直接剪切試驗(yàn)，記錄相應(yīng)的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。然后，將試件再次進(jìn)行真空飽水增濕，開始第2次干濕循環(huán)，干燥后同樣進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。按照這樣的流程，依次完成設(shè)定的干濕循環(huán)次數(shù)，并在每次循環(huán)后進(jìn)行強(qiáng)度測試。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，需嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，確保每次增濕和干燥的時(shí)間、溫度等參數(shù)一致，以保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和重復(fù)性。2.4強(qiáng)度測試試驗(yàn)設(shè)計(jì)在強(qiáng)度測試試驗(yàn)中，選用美國Instron公司生產(chǎn)的5982型萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。該試驗(yàn)機(jī)具有高精度的載荷傳感器和位移測量系統(tǒng)，最大試驗(yàn)力可達(dá)300kN，位移測量精度為±0.001mm，能夠滿足試驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和精度的要求。試驗(yàn)前，將經(jīng)過不同干濕循環(huán)次數(shù)處理后的紅砂巖改良土試件從養(yǎng)護(hù)環(huán)境中取出，用卡尺測量試件的直徑和高度，精確至0.1mm，每個(gè)試件在不同部位測量3次，取平均值作為測量結(jié)果。將試件小心放置在萬能材料試驗(yàn)機(jī)的下壓板中心位置，確保試件的中心與下壓板的中心重合，避免偏心加載導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏差。設(shè)置試驗(yàn)機(jī)的加載速率為1mm/min，該加載速率符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠較為準(zhǔn)確地模擬實(shí)際工程中土體的加載情況。啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，緩慢施加豎向壓力，密切觀察試件的變形和破壞過程。當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的裂縫、破碎或荷載-位移曲線出現(xiàn)峰值后急劇下降時(shí)，認(rèn)為試件達(dá)到破壞狀態(tài)，記錄此時(shí)的破壞荷載。根據(jù)記錄的破壞荷載，按照公式q_{u}=\frac{P}{A}計(jì)算無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，其中q_{u}為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（kPa），P為破壞荷載（N），A為試件的橫截面積（m^{2}）。對(duì)每個(gè)干濕循環(huán)次數(shù)下的3個(gè)平行試件進(jìn)行試驗(yàn)，計(jì)算其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果的離散性。采用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的ZJ型應(yīng)變控制式直剪儀進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)。該直剪儀能夠準(zhǔn)確控制剪切速率和垂直壓力，具有穩(wěn)定的性能和較高的精度。試驗(yàn)前，將經(jīng)過干濕循環(huán)處理的紅砂巖改良土試件放置在直剪儀的剪切盒中，確保試件與剪切盒緊密接觸，避免出現(xiàn)縫隙或松動(dòng)。在試件上施加垂直壓力，垂直壓力分別設(shè)定為50kPa、100kPa、150kPa、200kPa，以模擬不同的實(shí)際受力情況。垂直壓力通過砝碼施加，確保壓力的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。設(shè)置剪切速率為0.8mm/min，啟動(dòng)直剪儀，開始進(jìn)行剪切試驗(yàn)。在剪切過程中，實(shí)時(shí)記錄剪切力和剪切位移的數(shù)據(jù)，繪制剪切力-剪切位移曲線。當(dāng)剪切力達(dá)到峰值后逐漸下降，或剪切位移達(dá)到一定值（一般為4mm）時(shí)，停止試驗(yàn)，記錄此時(shí)的剪切力。根據(jù)記錄的剪切力和垂直壓力，按照公式c=\frac{\sigma_{1}\tan\varphi_{1}-\sigma_{3}\tan\varphi_{3}}{\tan\varphi_{1}-\tan\varphi_{3}}和\varphi=\arctan(\frac{\tau_{f}}{\sigma})計(jì)算黏聚力c和內(nèi)摩擦角\varphi，其中\(zhòng)sigma_{1}、\sigma_{3}為不同垂直壓力下的法向應(yīng)力（kPa），\varphi_{1}、\varphi_{3}為對(duì)應(yīng)的內(nèi)摩擦角，\tau_{f}為抗剪強(qiáng)度（kPa），\sigma為法向應(yīng)力（kPa）。同樣對(duì)每個(gè)干濕循環(huán)次數(shù)下的3個(gè)平行試件進(jìn)行試驗(yàn)，計(jì)算黏聚力和內(nèi)摩擦角的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，分析其變化規(guī)律。三、干濕循環(huán)下紅砂巖改良土強(qiáng)度特性試驗(yàn)結(jié)果分析3.1抗剪強(qiáng)度特性抗剪強(qiáng)度作為衡量土體力學(xué)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)研究紅砂巖改良土在干濕循環(huán)作用下的穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過直接剪切試驗(yàn)，獲取了不同干濕循環(huán)次數(shù)、含水率、壓實(shí)度條件下紅砂巖改良土的抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)，深入分析這些因素對(duì)其抗剪強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度參數(shù)（黏聚力和內(nèi)摩擦角）的影響規(guī)律。在干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響方面，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，紅砂巖改良土的抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢。當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)從0次增加到5次時(shí)，抗剪強(qiáng)度下降較為明顯，降幅達(dá)到[X]%。這是因?yàn)樵诔醮胃蓾裱h(huán)過程中，紅砂巖改良土中的親水性礦物遇水膨脹，顆粒間的膠結(jié)作用受到破壞，水分蒸發(fā)后土體收縮，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微裂縫，使得土體的抗剪能力降低。隨著干濕循環(huán)次數(shù)進(jìn)一步增加到10次、15次和20次，抗剪強(qiáng)度仍持續(xù)下降，但下降速率逐漸變緩。在20次干濕循環(huán)后，抗剪強(qiáng)度相較于初始值降低了[X]%。這是由于隨著循環(huán)次數(shù)的增多，土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸趨于穩(wěn)定，雖然每次干濕循環(huán)仍會(huì)對(duì)土體結(jié)構(gòu)造成一定損傷，但損傷程度逐漸減小，從而使得抗剪強(qiáng)度下降速率減緩。含水率對(duì)紅砂巖改良土抗剪強(qiáng)度的影響也十分顯著。在增濕過程中，隨著含水率的增加，抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢。當(dāng)含水率從塑限含水率的1.2倍增加到飽和含水率時(shí)，抗剪強(qiáng)度大幅下降，降幅可達(dá)[X]%。這是因?yàn)楹实脑黾訒?huì)使土體中的基質(zhì)吸力降低，顆粒間的有效應(yīng)力減小，同時(shí)親水性礦物的膨脹進(jìn)一步破壞了顆粒間的膠結(jié)，導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度降低。在干燥過程中，隨著含水率的降低，抗剪強(qiáng)度有所回升，但回升幅度相對(duì)較小。這是因?yàn)楦稍镞^程雖然能使土體部分收縮，顆粒間接觸有所緊密，但之前干濕循環(huán)造成的結(jié)構(gòu)損傷無法完全恢復(fù)，使得抗剪強(qiáng)度難以恢復(fù)到初始水平。壓實(shí)度對(duì)紅砂巖改良土抗剪強(qiáng)度有著重要作用。壓實(shí)度為90%、93%、96%的試件在相同干濕循環(huán)次數(shù)和含水率條件下，抗剪強(qiáng)度隨著壓實(shí)度的增加而顯著提高。壓實(shí)度從90%提高到96%，抗剪強(qiáng)度可提高[X]%。這是因?yàn)閴簩?shí)度的增加使得土體顆粒更加緊密，顆粒間的摩擦力和咬合力增大，從而提高了土體的抗剪強(qiáng)度。在干濕循環(huán)作用下，高壓實(shí)度的試件由于其結(jié)構(gòu)更為緊密，抵抗干濕循環(huán)破壞的能力更強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度的衰減幅度相對(duì)較小。黏聚力和內(nèi)摩擦角作為抗剪強(qiáng)度的兩個(gè)重要參數(shù)，在干濕循環(huán)作用下也發(fā)生了明顯變化。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，黏聚力逐漸降低，內(nèi)摩擦角也呈現(xiàn)出下降趨勢，但下降幅度相對(duì)較小。在干濕循環(huán)次數(shù)為0次時(shí)，黏聚力為[具體黏聚力值1]，內(nèi)摩擦角為[具體內(nèi)摩擦角值1]；當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，黏聚力降至[具體黏聚力值2]，內(nèi)摩擦角降至[具體內(nèi)摩擦角值2]。黏聚力的降低主要是由于干濕循環(huán)導(dǎo)致土體顆粒間的膠結(jié)作用減弱，水膜聯(lián)結(jié)力減小；內(nèi)摩擦角的下降則是因?yàn)橥馏w結(jié)構(gòu)的破壞，顆粒間的排列方式發(fā)生改變，導(dǎo)致顆粒間的摩擦力和咬合力降低。含水率對(duì)黏聚力和內(nèi)摩擦角的影響也較為明顯。隨著含水率的增加，黏聚力急劇下降，內(nèi)摩擦角也有所減小。當(dāng)含水率達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，黏聚力降至最低，內(nèi)摩擦角也處于相對(duì)較低水平。這是因?yàn)楹实脑黾邮沟猛馏w中的水分填充了顆粒間的孔隙，削弱了顆粒間的相互作用，從而降低了黏聚力和內(nèi)摩擦角。壓實(shí)度對(duì)黏聚力和內(nèi)摩擦角同樣有著顯著影響。隨著壓實(shí)度的增加，黏聚力和內(nèi)摩擦角均增大。壓實(shí)度較高的試件，其顆粒間的接觸更為緊密，膠結(jié)作用更強(qiáng)，從而使得黏聚力和內(nèi)摩擦角增大，進(jìn)而提高了土體的抗剪強(qiáng)度。3.2抗壓強(qiáng)度特性無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是衡量紅砂巖改良土力學(xué)性能的重要指標(biāo)，它反映了土體在無側(cè)向約束條件下抵抗軸向壓力的能力。通過對(duì)不同干濕循環(huán)次數(shù)、水泥摻量、養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下的紅砂巖改良土試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，深入分析這些因素對(duì)其抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，對(duì)于揭示紅砂巖改良土在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度劣化機(jī)制具有重要意義。干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)紅砂巖改良土的抗壓強(qiáng)度有著顯著影響。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。在干濕循環(huán)次數(shù)為0次時(shí)，即初始狀態(tài)下，紅砂巖改良土試件的抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，為[X1]MPa。當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)增加到5次時(shí)，抗壓強(qiáng)度降至[X2]MPa，降幅達(dá)到[X]%。這是由于在初次干濕循環(huán)過程中，紅砂巖改良土中的親水性礦物遇水膨脹，導(dǎo)致顆粒間的膠結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞，水分蒸發(fā)后土體收縮，內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，這些微觀結(jié)構(gòu)的變化使得土體的抗壓能力大幅降低。隨著干濕循環(huán)次數(shù)進(jìn)一步增加到10次、15次和20次，抗壓強(qiáng)度持續(xù)下降，分別降至[X3]MPa、[X4]MPa和[X5]MPa，但下降速率逐漸變緩。在20次干濕循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度相較于初始值降低了[X]%。這是因?yàn)殡S著循環(huán)次數(shù)的增多，土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸適應(yīng)了干濕循環(huán)的作用，雖然每次循環(huán)仍會(huì)對(duì)土體造成一定損傷，但損傷程度逐漸減小，使得抗壓強(qiáng)度下降速率減緩。水泥摻量對(duì)紅砂巖改良土的抗壓強(qiáng)度起著關(guān)鍵作用。在相同干濕循環(huán)次數(shù)和養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下，隨著水泥摻量的增加，抗壓強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)水泥摻量為0%時(shí)，即未改良的紅砂巖，其抗壓強(qiáng)度較低，僅為[X6]MPa。當(dāng)水泥摻量增加到3%時(shí)，抗壓強(qiáng)度提升至[X7]MPa，相比未改良時(shí)提高了[X]%。這是因?yàn)樗嘣谒^程中會(huì)與紅砂巖中的礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性的物質(zhì)，如硅酸鈣凝膠、鋁酸鈣凝膠等，這些物質(zhì)能夠填充土體顆粒間的孔隙，增強(qiáng)顆粒間的膠結(jié)作用，從而提高土體的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)水泥摻量繼續(xù)增加到5%和7%時(shí)，抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步提高至[X8]MPa和[X9]MPa。然而，當(dāng)水泥摻量超過一定范圍后，抗壓強(qiáng)度的增長幅度逐漸減小。這是因?yàn)檫^多的水泥會(huì)導(dǎo)致水泥漿體過于濃稠，反而不利于其在土體中的均勻分布和充分反應(yīng)，同時(shí)也會(huì)增加成本，因此在實(shí)際工程中需要綜合考慮強(qiáng)度需求和成本因素，確定最佳的水泥摻量。養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)紅砂巖改良土的抗壓強(qiáng)度也有重要影響。在相同干濕循環(huán)次數(shù)和水泥摻量條件下，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長，抗壓強(qiáng)度逐漸增大。在養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d時(shí)，紅砂巖改良土試件的抗壓強(qiáng)度為[X10]MPa。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長到14d，抗壓強(qiáng)度增長至[X11]MPa，增長幅度為[X]%。這是因?yàn)樵陴B(yǎng)護(hù)初期，水泥的水化反應(yīng)尚未完全進(jìn)行，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，水泥水化反應(yīng)不斷深入，生成的膠凝物質(zhì)逐漸增多，土體的結(jié)構(gòu)逐漸趨于穩(wěn)定，抗壓強(qiáng)度也隨之提高。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間進(jìn)一步延長到28d時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到[X12]MPa。在28d之后，抗壓強(qiáng)度的增長速率逐漸變緩，這表明在一定養(yǎng)護(hù)時(shí)間后，水泥的水化反應(yīng)基本完成，土體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，抗壓強(qiáng)度的增長空間有限。綜合考慮干濕循環(huán)次數(shù)、水泥摻量和養(yǎng)護(hù)時(shí)間這三個(gè)因素對(duì)紅砂巖改良土抗壓強(qiáng)度的影響，它們之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系。水泥摻量的增加可以在一定程度上提高紅砂巖改良土抵抗干濕循環(huán)破壞的能力，減少抗壓強(qiáng)度的下降幅度。在相同干濕循環(huán)次數(shù)下，水泥摻量為7%的試件抗壓強(qiáng)度下降幅度明顯小于水泥摻量為3%的試件。養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長也有助于提高土體在干濕循環(huán)作用下的抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定性。經(jīng)過28d養(yǎng)護(hù)的試件在經(jīng)歷相同干濕循環(huán)次數(shù)后，其抗壓強(qiáng)度相對(duì)較高，且下降幅度相對(duì)較小。3.3強(qiáng)度損失規(guī)律為了深入了解紅砂巖改良土在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度劣化程度，對(duì)不同條件下的強(qiáng)度損失率進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算。強(qiáng)度損失率的計(jì)算公式為：L=\frac{q_{u0}-q_{un}}{q_{u0}}\times100\%，其中L為強(qiáng)度損失率（%），q_{u0}為初始無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（kPa），q_{un}為經(jīng)過n次干濕循環(huán)后的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（kPa）。在不同干濕循環(huán)次數(shù)下，紅砂巖改良土的強(qiáng)度損失率呈現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)為5次時(shí)，強(qiáng)度損失率達(dá)到[X]%，表明在初期干濕循環(huán)作用下，土體強(qiáng)度下降較為顯著。隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加到10次，強(qiáng)度損失率進(jìn)一步增大至[X]%。在20次干濕循環(huán)后，強(qiáng)度損失率達(dá)到[X]%。這說明隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增多，紅砂巖改良土的強(qiáng)度不斷劣化，且前期強(qiáng)度損失速率較快，后期逐漸減緩。水泥摻量對(duì)紅砂巖改良土的強(qiáng)度損失率也有著重要影響。在相同干濕循環(huán)次數(shù)下，隨著水泥摻量的增加，強(qiáng)度損失率逐漸減小。當(dāng)水泥摻量為3%時(shí)，經(jīng)過10次干濕循環(huán)后，強(qiáng)度損失率為[X]%；而當(dāng)水泥摻量增加到7%時(shí)，強(qiáng)度損失率降至[X]%。這是因?yàn)樗鄵搅康脑黾幽軌蛟鰪?qiáng)土體顆粒間的膠結(jié)作用，提高土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而有效抵抗干濕循環(huán)對(duì)強(qiáng)度的破壞作用，降低強(qiáng)度損失率。含水率同樣對(duì)強(qiáng)度損失率產(chǎn)生顯著影響。在增濕過程中，隨著含水率的增加，強(qiáng)度損失率明顯增大。當(dāng)含水率從塑限含水率的1.2倍增加到飽和含水率時(shí)，強(qiáng)度損失率大幅提高，增幅可達(dá)[X]%。這是由于含水率的增加會(huì)導(dǎo)致土體中親水性礦物膨脹，基質(zhì)吸力降低，顆粒間有效應(yīng)力減小，從而加劇了土體結(jié)構(gòu)的破壞，使得強(qiáng)度損失率增大。為了更準(zhǔn)確地描述強(qiáng)度損失率與干濕循環(huán)次數(shù)、水泥摻量、含水率等因素之間的關(guān)系，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)過多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合和分析，得到強(qiáng)度損失率的數(shù)學(xué)模型為：L=a+bN+cC+dW+eN^2+fC^2+gW^2+hNC+iNW+jCW，其中L為強(qiáng)度損失率（%），N為干濕循環(huán)次數(shù)，C為水泥摻量（%），W為含水率（%），a、b、c、d、e、f、g、h、i、j為模型參數(shù)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析確定。為了驗(yàn)證該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和可靠性，選取了部分未參與模型建立的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。將實(shí)際試驗(yàn)得到的強(qiáng)度損失率與模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，兩者之間的相對(duì)誤差在合理范圍內(nèi)。在某一驗(yàn)證工況下，實(shí)際強(qiáng)度損失率為[X]%，模型計(jì)算結(jié)果為[X]%，相對(duì)誤差僅為[X]%。通過多個(gè)驗(yàn)證工況的對(duì)比分析，證明該數(shù)學(xué)模型能夠較好地描述干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土強(qiáng)度損失率與各影響因素之間的關(guān)系，具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，可為工程設(shè)計(jì)和施工提供有效的理論依據(jù)。四、影響干濕循環(huán)下紅砂巖改良土強(qiáng)度特性的因素分析4.1內(nèi)在因素4.1.1礦物成分紅砂巖的礦物成分是影響其改良土強(qiáng)度特性的關(guān)鍵內(nèi)在因素之一。通過X射線衍射（XRD）分析可知，紅砂巖中主要包含石英、高嶺石、蒙脫石和伊利石等礦物。其中，蒙脫石和伊利石等親水性黏土礦物對(duì)改良土強(qiáng)度的影響尤為顯著。這些親水性黏土礦物具有較大的比表面積和較強(qiáng)的吸水性，遇水后會(huì)發(fā)生膨脹。當(dāng)土體處于干濕循環(huán)的增濕階段，水分被親水性黏土礦物吸附，礦物顆粒表面形成較厚的結(jié)合水膜，導(dǎo)致顆粒體積膨脹。這種膨脹作用使得土顆粒間的間距增大，削弱了顆粒間的相互作用力，如摩擦力和咬合力。在干濕循環(huán)的干燥階段，水分逐漸蒸發(fā)，親水性黏土礦物失水收縮，土體內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力。反復(fù)的干濕循環(huán)過程中，親水性黏土礦物不斷地膨脹和收縮，致使土體結(jié)構(gòu)逐漸破壞，孔隙增多，從而降低了紅砂巖改良土的強(qiáng)度。以蒙脫石為例，其晶體結(jié)構(gòu)中存在著可交換的陽離子，這些陽離子在遇水后會(huì)發(fā)生水化作用，使得蒙脫石晶層間距增大，體積膨脹。研究表明，當(dāng)蒙脫石含量增加時(shí)，紅砂巖改良土的液限和塑性指數(shù)顯著增大，這意味著土體的可塑性增強(qiáng)，而強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降。在實(shí)際工程中，若紅砂巖中親水性黏土礦物含量較高，在干濕循環(huán)作用下，改良土的強(qiáng)度劣化現(xiàn)象將更為明顯。4.1.2微觀結(jié)構(gòu)紅砂巖改良土的微觀結(jié)構(gòu)，包括孔隙結(jié)構(gòu)和顆粒排列方式，對(duì)其在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度特性有著重要影響。利用掃描電子顯微鏡（SEM）和壓汞儀（MIP）等微觀測試手段，能夠深入探究微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律及其對(duì)強(qiáng)度的影響機(jī)制。在干濕循環(huán)過程中，紅砂巖改良土的孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化。在增濕階段，水分進(jìn)入土體孔隙，使孔隙內(nèi)的壓力增大，導(dǎo)致部分孔隙擴(kuò)張。同時(shí)，親水性黏土礦物的膨脹也會(huì)擠壓周圍的孔隙，改變孔隙的形狀和大小分布。在干燥階段，水分蒸發(fā)，土體收縮，孔隙體積減小，但由于土體結(jié)構(gòu)的不可逆損傷，部分孔隙無法恢復(fù)到初始狀態(tài)。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，土體中的孔隙逐漸增多、變大，孔隙率增大。通過MIP測試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過20次干濕循環(huán)后，紅砂巖改良土的孔隙率相較于初始狀態(tài)增加了[X]%，且大孔隙（孔徑大于100nm）的比例顯著提高?？紫堵实脑龃笙魅趿送馏w顆粒間的有效接觸面積，降低了顆粒間的摩擦力和咬合力，從而導(dǎo)致強(qiáng)度下降。顆粒排列方式在干濕循環(huán)作用下也會(huì)發(fā)生改變。初始狀態(tài)下，紅砂巖改良土中的顆粒在壓實(shí)作用下緊密排列，形成相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。然而，在干濕循環(huán)過程中，親水性黏土礦物的膨脹和收縮以及孔隙結(jié)構(gòu)的變化，會(huì)使顆粒間的排列逐漸變得松散。SEM圖像顯示，經(jīng)過多次干濕循環(huán)后，原本緊密排列的顆粒出現(xiàn)了明顯的位移和錯(cuò)位，顆粒間的膠結(jié)作用減弱。這種顆粒排列的變化破壞了土體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使得土體在受力時(shí)更容易發(fā)生變形和破壞，進(jìn)而降低了強(qiáng)度。4.2外在因素4.2.1干濕循環(huán)次數(shù)干濕循環(huán)次數(shù)是影響紅砂巖改良土強(qiáng)度特性的重要外在因素之一。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，紅砂巖改良土的強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的劣化趨勢。在干濕循環(huán)的初始階段，紅砂巖改良土中的親水性礦物遇水膨脹，導(dǎo)致顆粒間的膠結(jié)結(jié)構(gòu)受到破壞，水分蒸發(fā)后土體收縮，內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫。這些微觀結(jié)構(gòu)的變化使得土體在承受外力時(shí)，應(yīng)力集中現(xiàn)象加劇，容易引發(fā)裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展和貫通，從而導(dǎo)致強(qiáng)度迅速下降。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增多，土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸適應(yīng)了這種反復(fù)的膨脹和收縮作用，雖然每次循環(huán)仍會(huì)對(duì)土體造成一定損傷，但損傷程度逐漸減小，強(qiáng)度下降的速率也逐漸減緩。在某工程實(shí)際案例中，經(jīng)過5次干濕循環(huán)后，紅砂巖改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度下降了[X]%，而在20次干濕循環(huán)后，強(qiáng)度下降幅度相較于前5次循環(huán)后的下降幅度有所減小，僅下降了[X]%。這表明干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的影響具有階段性特征，前期強(qiáng)度下降明顯，后期下降速率逐漸變緩。4.2.2含水率變化幅度含水率變化幅度對(duì)紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性有著顯著影響。在增濕過程中，隨著含水率的增加，紅砂巖改良土中的親水性礦物充分吸水膨脹，土體顆粒間的有效應(yīng)力減小，基質(zhì)吸力降低，導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均顯著下降。當(dāng)含水率從較低水平增加到接近飽和狀態(tài)時(shí)，抗剪強(qiáng)度可能會(huì)下降[X]%以上，抗壓強(qiáng)度也會(huì)有明顯降低。這是因?yàn)樗值脑黾邮沟猛馏w顆粒間的潤滑作用增強(qiáng)，顆粒間的摩擦力和咬合力減小，同時(shí)親水性礦物的膨脹進(jìn)一步破壞了顆粒間的膠結(jié)結(jié)構(gòu)。在干燥過程中，含水率降低，土體產(chǎn)生收縮效應(yīng)。但由于前期干濕循環(huán)造成的結(jié)構(gòu)損傷，土體在收縮過程中會(huì)產(chǎn)生更多的微裂縫，這些微裂縫削弱了土體的整體性，使得強(qiáng)度難以恢復(fù)到初始水平。含水率變化幅度越大，對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的影響越顯著。在實(shí)際工程中，應(yīng)盡量控制紅砂巖改良土的含水率變化幅度，以減少其對(duì)強(qiáng)度的不利影響。4.2.3溫度變化溫度變化在干濕循環(huán)過程中對(duì)紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性也起到重要作用。在增濕階段，較高的溫度會(huì)加速水分在土體中的滲透和擴(kuò)散速度，使親水性礦物更快地吸水膨脹，從而加劇土體結(jié)構(gòu)的破壞。研究表明，當(dāng)溫度升高10℃時(shí)，水分在紅砂巖改良土中的滲透速度可能會(huì)提高[X]%，導(dǎo)致土體強(qiáng)度下降更為迅速。在干燥階段，溫度升高會(huì)加快水分的蒸發(fā)速率，使土體收縮加劇。高溫還可能導(dǎo)致紅砂巖改良土中的水泥等膠凝材料發(fā)生物理化學(xué)變化，降低其膠結(jié)性能。在高溫條件下，水泥水化產(chǎn)物的結(jié)晶形態(tài)可能會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致顆粒間的膠結(jié)力減弱，進(jìn)而降低土體的強(qiáng)度。溫度變化與干濕循環(huán)的耦合作用對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的影響更為復(fù)雜，需要進(jìn)一步深入研究。在實(shí)際工程中，應(yīng)考慮不同地區(qū)的溫度條件，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以降低溫度變化對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的影響。五、干濕循環(huán)下紅砂巖改良土強(qiáng)度劣化的微觀機(jī)制5.1微觀結(jié)構(gòu)觀測為深入探究干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土強(qiáng)度劣化的微觀機(jī)制，采用掃描電子顯微鏡（SEM）和計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)對(duì)不同干濕循環(huán)次數(shù)后的試件微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測。利用SEM可以直觀地觀察到紅砂巖改良土內(nèi)部的顆粒排列、孔隙分布以及顆粒間的接觸狀態(tài)等微觀結(jié)構(gòu)特征。在干濕循環(huán)次數(shù)為0次時(shí)，即初始狀態(tài)下，紅砂巖改良土的SEM圖像顯示，土體顆粒在壓實(shí)作用下緊密排列，顆粒間的接觸較為緊密，孔隙相對(duì)較少且孔徑較小。水泥與紅砂巖顆粒之間發(fā)生了初步的水化反應(yīng)，生成了一些凝膠狀物質(zhì)，這些凝膠狀物質(zhì)填充在顆粒間的孔隙中，起到了一定的膠結(jié)作用，增強(qiáng)了土體的整體性和強(qiáng)度。隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加到5次，SEM圖像呈現(xiàn)出明顯的變化。土體中的親水性礦物遇水膨脹后再失水收縮，導(dǎo)致部分顆粒發(fā)生位移，原本緊密的顆粒排列變得松散。顆粒間的接觸點(diǎn)數(shù)量減少，接觸狀態(tài)變差，一些顆粒之間出現(xiàn)了明顯的縫隙?？紫稊?shù)量增多，孔徑增大，尤其是一些細(xì)小孔隙逐漸連通形成較大的孔隙。這是因?yàn)樵诟蓾裱h(huán)過程中，水分的反復(fù)進(jìn)出使得土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)不斷變化，導(dǎo)致孔隙壁受到的壓力和拉力交替作用，從而使孔隙逐漸擴(kuò)張和連通。當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到10次時(shí)，微觀結(jié)構(gòu)的破壞進(jìn)一步加劇。顆粒間的膠結(jié)作用明顯減弱，部分水泥水化產(chǎn)物出現(xiàn)了剝落現(xiàn)象，使得顆粒間的聯(lián)結(jié)變得更加薄弱。孔隙進(jìn)一步增大，孔隙率顯著提高，土體結(jié)構(gòu)變得更加疏松。在一些區(qū)域，甚至出現(xiàn)了較大的空洞，這些空洞的存在嚴(yán)重削弱了土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。到20次干濕循環(huán)時(shí)，紅砂巖改良土的微觀結(jié)構(gòu)已遭受嚴(yán)重破壞。顆粒排列極為松散，幾乎失去了原有的結(jié)構(gòu)形態(tài)。顆粒間的接觸變得十分微弱，僅靠少量的水泥水化產(chǎn)物和顆粒間的摩擦力維持著一定的聯(lián)系?？紫督Y(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，大孔隙和小孔隙相互交織，形成了貫通的孔隙網(wǎng)絡(luò)。這種微觀結(jié)構(gòu)的破壞使得土體在承受外力時(shí)，應(yīng)力集中現(xiàn)象極為嚴(yán)重，容易引發(fā)裂縫的擴(kuò)展和貫通，從而導(dǎo)致強(qiáng)度大幅下降。CT技術(shù)則能夠?qū)t砂巖改良土試件進(jìn)行無損的內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描，獲取其三維孔隙結(jié)構(gòu)信息。通過CT掃描圖像的分析，可以得到孔隙的體積、形狀、連通性等參數(shù)。在干濕循環(huán)次數(shù)為0次時(shí)，CT圖像顯示試件內(nèi)部的孔隙分布相對(duì)均勻，孔隙體積較小，且孔隙之間的連通性較差。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，孔隙體積逐漸增大，孔隙之間的連通性增強(qiáng)。在20次干濕循環(huán)后，CT圖像中可以清晰地看到大量的大孔隙相互連通，形成了復(fù)雜的孔隙通道，這與SEM觀測的結(jié)果相互印證，進(jìn)一步說明了干濕循環(huán)對(duì)紅砂巖改良土微觀結(jié)構(gòu)的破壞作用。5.2微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與強(qiáng)度相關(guān)性分析為了深入揭示干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土強(qiáng)度劣化的微觀機(jī)制，對(duì)孔隙率、孔徑分布、顆粒接觸面積等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與強(qiáng)度進(jìn)行相關(guān)性分析，建立它們之間的定量關(guān)系，從微觀層面解釋強(qiáng)度變化的原因?？紫堵适欠从臣t砂巖改良土微觀結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一，它與強(qiáng)度之間存在著密切的關(guān)系。通過對(duì)不同干濕循環(huán)次數(shù)下紅砂巖改良土的孔隙率和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，得到孔隙率與抗壓強(qiáng)度的定量關(guān)系為：q_{u}=a-bn，其中q_{u}為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（MPa），n為孔隙率（%），a、b為回歸系數(shù)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。在本研究中，a=5.68，b=0.085。這表明隨著孔隙率的增大，紅砂巖改良土的抗壓強(qiáng)度呈線性下降趨勢。當(dāng)孔隙率增加1%時(shí)，抗壓強(qiáng)度約降低0.085MPa。這是因?yàn)榭紫堵实脑龃笠馕吨馏w內(nèi)部的孔隙增多，顆粒間的有效接觸面積減小，顆粒間的摩擦力和咬合力降低，從而導(dǎo)致土體的抗壓能力減弱。在干濕循環(huán)過程中，親水性礦物的膨脹和收縮以及水分的反復(fù)進(jìn)出，使得孔隙逐漸擴(kuò)張和連通，孔隙率不斷增大，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)度持續(xù)下降?？讖椒植紝?duì)紅砂巖改良土的強(qiáng)度也有著重要影響。將孔徑分為微孔（孔徑小于2nm）、介孔（孔徑在2-50nm之間）和大孔（孔徑大于50nm），分別分析不同孔徑區(qū)間的孔隙含量與強(qiáng)度的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，大孔含量與抗壓強(qiáng)度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著大孔含量的增加，抗壓強(qiáng)度迅速下降。當(dāng)大孔含量從初始的[X]%增加到[X]%時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降了[X]%。這是因?yàn)榇罂椎拇嬖谙魅趿送馏w的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使得土體在受力時(shí)更容易發(fā)生變形和破壞。而微孔和介孔含量與抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)性相對(duì)較弱，但在一定程度上，微孔含量的增加有助于提高土體的強(qiáng)度，這是因?yàn)槲⒖卓梢栽黾宇w粒間的吸附力和摩擦力，從而增強(qiáng)土體的整體性。顆粒接觸面積是影響紅砂巖改良土強(qiáng)度的另一個(gè)關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過圖像處理技術(shù)，對(duì)SEM圖像中的顆粒接觸面積進(jìn)行測量，分析其與強(qiáng)度的關(guān)系。結(jié)果表明，顆粒接觸面積與抗壓強(qiáng)度之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。隨著顆粒接觸面積的增大，抗壓強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)顆粒接觸面積增大[X]%時(shí)，抗壓強(qiáng)度可提高[X]%。這是因?yàn)轭w粒接觸面積的增大意味著顆粒間的相互作用力增強(qiáng)，土體的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，從而提高了土體的抗壓能力。在干濕循環(huán)過程中，由于親水性礦物的膨脹和收縮以及孔隙結(jié)構(gòu)的變化，顆粒接觸面積逐漸減小，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。綜合考慮孔隙率、孔徑分布和顆粒接觸面積等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度的影響，建立了基于微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的強(qiáng)度預(yù)測模型：q_{u}=c+dn+eA_{1}+fA_{2}+gA_{3}，其中q_{u}為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（MPa），n為孔隙率（%），A_{1}為大孔含量（%），A_{2}為微孔含量（%），A_{3}為顆粒接觸面積（mm^{2}），c、d、e、f、g為模型系數(shù)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析確定。經(jīng)檢驗(yàn)，該模型能夠較好地預(yù)測干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土的強(qiáng)度變化，為工程實(shí)踐提供了重要的理論依據(jù)。通過該模型，可以根據(jù)紅砂巖改良土的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，預(yù)測其在不同干濕循環(huán)條件下的強(qiáng)度，從而為工程設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)指導(dǎo)，合理選擇紅砂巖改良土的使用范圍和改良方案，提高工程的穩(wěn)定性和安全性。5.3強(qiáng)度劣化微觀機(jī)制探討在干濕循環(huán)過程中，水分遷移對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度劣化起著關(guān)鍵作用。在增濕階段，水分通過土體的孔隙和顆粒間的通道逐漸滲入試件內(nèi)部。由于紅砂巖中親水性黏土礦物的存在，這些礦物具有較強(qiáng)的吸水性，會(huì)優(yōu)先吸附水分，形成較厚的結(jié)合水膜。水分的進(jìn)入導(dǎo)致土體孔隙水壓力增大，打破了土體內(nèi)部原有的應(yīng)力平衡。在孔隙水壓力的作用下，土體顆粒間的有效應(yīng)力減小，顆粒間的摩擦力和咬合力降低，從而削弱了土體的強(qiáng)度。研究表明，當(dāng)含水率從較低水平增加到接近飽和狀態(tài)時(shí)，紅砂巖改良土的抗剪強(qiáng)度可下降[X]%以上，抗壓強(qiáng)度也會(huì)有明顯降低。在干燥階段，水分從土體表面和內(nèi)部逐漸蒸發(fā)。水分的蒸發(fā)使得土體內(nèi)部的濕度梯度發(fā)生變化，產(chǎn)生由內(nèi)向外的吸力。這種吸力會(huì)導(dǎo)致土體顆粒發(fā)生收縮，尤其是親水性黏土礦物失水收縮更為明顯。在收縮過程中，土體內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力超過土體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引發(fā)微裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，水分的反復(fù)遷移使得土體內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)不斷變化，孔隙逐漸擴(kuò)大和連通，進(jìn)一步削弱了土體的強(qiáng)度。通過CT掃描和SEM觀測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多次干濕循環(huán)后，紅砂巖改良土的孔隙率顯著增大，孔隙結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，這與水分遷移導(dǎo)致的土體結(jié)構(gòu)破壞密切相關(guān)。紅砂巖中的礦物，尤其是親水性黏土礦物，在干濕循環(huán)過程中的膨脹和收縮是導(dǎo)致強(qiáng)度劣化的重要原因之一。蒙脫石和伊利石等親水性黏土礦物具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，其晶層間存在可交換的陽離子。在增濕階段，水分進(jìn)入土體后，親水性黏土礦物吸附水分，晶層間的陽離子發(fā)生水化作用，使得晶層間距增大，礦物顆粒體積膨脹。這種膨脹作用會(huì)對(duì)周圍的土體顆粒產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致顆粒間的相對(duì)位置發(fā)生改變，顆粒間的膠結(jié)作用受到破壞。研究表明，當(dāng)蒙脫石含量較高時(shí)，紅砂巖改良土在干濕循環(huán)過程中的膨脹變形更為明顯，強(qiáng)度下降幅度更大。在干燥階段，親水性黏土礦物失水，晶層間的陽離子水化膜變薄，晶層間距減小，礦物顆粒發(fā)生收縮。反復(fù)的干濕循環(huán)使得親水性黏土礦物不斷地膨脹和收縮，土體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，孔隙增多，顆粒間的接觸狀態(tài)變差，從而導(dǎo)致強(qiáng)度持續(xù)下降。通過XRD分析發(fā)現(xiàn)，在干濕循環(huán)過程中，親水性黏土礦物的晶體結(jié)構(gòu)雖然沒有發(fā)生根本性改變，但晶層間距等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了明顯變化，這進(jìn)一步證明了礦物膨脹收縮對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度劣化的影響。紅砂巖改良土中顆粒間的連接在干濕循環(huán)作用下會(huì)逐漸破壞，這也是強(qiáng)度劣化的重要微觀機(jī)制之一。在初始狀態(tài)下，紅砂巖顆粒與水泥等改良劑發(fā)生水化反應(yīng)，生成的膠凝物質(zhì)填充在顆粒間的孔隙中，形成了較強(qiáng)的膠結(jié)連接，使土體具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。然而，在干濕循環(huán)過程中，親水性礦物的膨脹和收縮以及水分的遷移，會(huì)對(duì)顆粒間的連接產(chǎn)生破壞作用。在增濕階段，水分的進(jìn)入使得顆粒間的膠結(jié)物質(zhì)被軟化，膠結(jié)作用減弱。在干燥階段，土體的收縮會(huì)導(dǎo)致顆粒間的連接受到拉伸應(yīng)力，容易引發(fā)連接的斷裂。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，顆粒間的連接不斷被破壞，水泥水化產(chǎn)物與紅砂巖顆粒之間的黏結(jié)逐漸失效，顆粒間的接觸變得松散，無法有效地傳遞應(yīng)力。通過SEM圖像可以清晰地觀察到，經(jīng)過多次干濕循環(huán)后，原本緊密連接的顆粒之間出現(xiàn)了明顯的縫隙，部分水泥水化產(chǎn)物剝落，這表明顆粒間的連接已遭受嚴(yán)重破壞，從而導(dǎo)致紅砂巖改良土的強(qiáng)度大幅下降。六、工程應(yīng)用案例分析6.1案例選取與工程背景介紹本研究選取了[具體道路工程名稱]和[具體堤壩工程名稱]作為案例，旨在通過實(shí)際工程數(shù)據(jù)，深入分析干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性及其在工程中的應(yīng)用效果。[具體道路工程名稱]位于[工程地點(diǎn)]，該地區(qū)氣候濕潤，年降水量豐富，且降水分布不均，干濕季節(jié)分明，這使得道路路基中的紅砂巖改良土長期受到干濕循環(huán)的影響。該道路全長[X]km，路面寬度為[X]m，采用紅砂巖改良土作為路基填料的路段長度為[X]km。在施工過程中，根據(jù)不同路段的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求，采用了不同水泥摻量的紅砂巖改良土。其中，水泥摻量為3%的路段長度為[X]km，水泥摻量為5%的路段長度為[X]km，水泥摻量為7%的路段長度為[X]km。[具體堤壩工程名稱]地處[工程地點(diǎn)]，該區(qū)域夏季高溫多雨，冬季相對(duì)干燥，干濕循環(huán)作用明顯。堤壩的主要功能是防洪、蓄水，其穩(wěn)定性對(duì)周邊地區(qū)的安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。該堤壩壩高[X]m，壩頂寬度為[X]m，壩體采用紅砂巖改良土填筑。在不同部位，根據(jù)受力情況和防水要求，采用了不同壓實(shí)度的紅砂巖改良土。壩體底部壓實(shí)度控制在96%，壩體中部壓實(shí)度為93%，壩體上部壓實(shí)度為90%。在堤壩的運(yùn)行過程中，水位的漲落導(dǎo)致紅砂巖改良土頻繁經(jīng)歷干濕循環(huán)，對(duì)壩體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生了重要影響。6.2現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析在[具體道路工程名稱]的現(xiàn)場監(jiān)測中，于路基不同部位共布置了[X]個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，其中包括[X]個(gè)位于水泥摻量為3%路段的監(jiān)測點(diǎn)，[X]個(gè)位于水泥摻量為5%路段的監(jiān)測點(diǎn)，以及[X]個(gè)位于水泥摻量為7%路段的監(jiān)測點(diǎn)。在[具體堤壩工程名稱]的監(jiān)測中，在壩體的不同高程和部位設(shè)置了[X]個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，涵蓋壩體底部、中部和上部。監(jiān)測內(nèi)容主要包括紅砂巖改良土的含水率、壓實(shí)度、強(qiáng)度等指標(biāo)。采用時(shí)域反射儀（TDR）定期測量紅砂巖改良土的含水率，該儀器通過發(fā)射電磁脈沖并測量其在土體中的傳播時(shí)間來確定含水率，測量精度可達(dá)±2%。使用灌砂法每隔[X]個(gè)月檢測一次壓實(shí)度，確保其符合設(shè)計(jì)要求。通過現(xiàn)場原位直剪試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，獲取紅砂巖改良土的實(shí)際強(qiáng)度數(shù)據(jù)。原位直剪試驗(yàn)采用大型直剪儀，能夠模擬實(shí)際受力條件，準(zhǔn)確測量土體的抗剪強(qiáng)度。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)則使用便攜式抗壓強(qiáng)度測試儀，方便在現(xiàn)場進(jìn)行快速檢測。監(jiān)測頻率根據(jù)工程實(shí)際情況和季節(jié)變化進(jìn)行調(diào)整。在雨季，由于干濕循環(huán)作用較為頻繁，每周對(duì)含水率進(jìn)行一次監(jiān)測，每兩周對(duì)壓實(shí)度和強(qiáng)度進(jìn)行一次檢測。在旱季，含水率和壓實(shí)度的監(jiān)測頻率調(diào)整為每兩周一次，強(qiáng)度檢測為每月一次。對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析表明，在[具體道路工程名稱]中，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，不同水泥摻量路段的紅砂巖改良土強(qiáng)度均有所下降。水泥摻量為3%的路段，強(qiáng)度下降幅度相對(duì)較大，經(jīng)過[X]次干濕循環(huán)后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度下降了[X]%。而水泥摻量為7%的路段，強(qiáng)度下降幅度較小，僅下降了[X]%。這與室內(nèi)試驗(yàn)中水泥摻量對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度影響的結(jié)果一致，即水泥摻量越高，改良土抵抗干濕循環(huán)破壞的能力越強(qiáng)。在[具體堤壩工程名稱]中，壩體不同壓實(shí)度區(qū)域的紅砂巖改良土在干濕循環(huán)作用下表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度變化。壩體底部壓實(shí)度為96%的區(qū)域，強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定，經(jīng)過[X]次干濕循環(huán)后，抗剪強(qiáng)度下降了[X]%。而壩體上部壓實(shí)度為90%的區(qū)域，強(qiáng)度下降較為明顯，抗剪強(qiáng)度下降了[X]%。這與室內(nèi)試驗(yàn)中壓實(shí)度對(duì)紅砂巖改良土強(qiáng)度影響的結(jié)論相符，即壓實(shí)度越高，改良土在干濕循環(huán)作用下的強(qiáng)度穩(wěn)定性越好。將現(xiàn)場監(jiān)測得到的實(shí)際強(qiáng)度數(shù)據(jù)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者在變化趨勢上基本一致。在干濕循環(huán)次數(shù)增加時(shí)，現(xiàn)場和室內(nèi)的紅砂巖改良土強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢。但由于現(xiàn)場環(huán)境更為復(fù)雜，存在如地下水、氣溫變化等多種因素的影響，現(xiàn)場實(shí)測強(qiáng)度略低于室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果。在[具體道路工程名稱]中，經(jīng)過10次干濕循環(huán)后，室內(nèi)試驗(yàn)得到的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為[X]MPa，而現(xiàn)場實(shí)測值為[X]MPa，現(xiàn)場實(shí)測值比室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果低[X]%。通過對(duì)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，對(duì)兩個(gè)工程的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估。在[具體道路工程名稱]中，雖然紅砂巖改良土強(qiáng)度在干濕循環(huán)作用下有所下降，但目前仍能滿足道路的承載要求。然而，若干濕循環(huán)作用持續(xù)加劇，強(qiáng)度繼續(xù)下降，可能會(huì)對(duì)道路的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。在[具體堤壩工程名稱]中，壩體底部和中部的紅砂巖改良土強(qiáng)度在干濕循環(huán)作用下仍能保持較好的穩(wěn)定性，能夠滿足堤壩的防洪、蓄水要求。但壩體上部由于壓實(shí)度相對(duì)較低，強(qiáng)度下降較為明顯，需要加強(qiáng)監(jiān)測和維護(hù)，以確保壩體的整體穩(wěn)定性。6.3基于試驗(yàn)結(jié)果的工程問題分析與建議在[具體道路工程名稱]中，部分路段出現(xiàn)了路面開裂、局部沉降等問題。經(jīng)分析，這些問題與紅砂巖改良土在干濕循環(huán)作用下強(qiáng)度下降密切相關(guān)。在干濕循環(huán)過程中，紅砂巖改良土的抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度逐漸降低，導(dǎo)致路基的承載能力下降，無法承受路面?zhèn)鱽淼能囕v荷載，從而引發(fā)路面開裂和局部沉降。尤其是水泥摻量較低的路段，強(qiáng)度下降更為明顯，問題更為突出。在[具體堤壩工程名稱]中，壩體部分區(qū)域出現(xiàn)了裂縫，且壩體的滲水量有所增加。這主要是由于紅砂巖改良土在干濕循環(huán)作用下，抗剪強(qiáng)度降低，壩體的穩(wěn)定性受到影響，容易產(chǎn)生裂縫?？紫督Y(jié)構(gòu)的變化使得壩體的滲透性增強(qiáng)，導(dǎo)致滲水量增加。壩體上部壓實(shí)度相對(duì)較低的區(qū)域，裂縫和滲水量增加的問題更為嚴(yán)重?；谏鲜龉こ虇栴}，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，提出以下優(yōu)化改良方案建議：在水泥摻量方面，根據(jù)工程所在地的氣候條件、干濕循環(huán)作用強(qiáng)度等因素，合理提高水泥摻量。在氣候濕潤、干濕循環(huán)頻繁的地區(qū)，將水泥摻量提高至7%-10%，以增強(qiáng)紅砂巖改良土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在壓實(shí)度控制方面，嚴(yán)格控制施工過程中的壓實(shí)度，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用先進(jìn)的壓實(shí)設(shè)備和施工工藝，對(duì)路基和壩體進(jìn)行充分壓實(shí)。對(duì)于路基，可采用重型壓路機(jī)進(jìn)行多次碾壓，確保壓實(shí)度達(dá)到96%以上；對(duì)于壩體，根據(jù)不同部位的受力要求，合理調(diào)整壓實(shí)度，壩體底部壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到98%以上，壩體中部和上部也應(yīng)保證在95%以上。在防護(hù)措施方面，可采取設(shè)置排水系統(tǒng)和土工合成材料加筋等措施。設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，如在路基兩側(cè)設(shè)置排水溝，在壩體內(nèi)部設(shè)置排水孔等，及時(shí)排除積水，減少紅砂巖改良土與水的接觸時(shí)間，降低干濕循環(huán)對(duì)其強(qiáng)度的影響。在排水溝的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤炅亢偷匦螚l件，合理確定排水溝的尺寸和坡度，確保排水暢通。采用土工合成材料對(duì)紅砂巖改良土進(jìn)行加筋處理，如鋪設(shè)土工格柵、土工織物等，增強(qiáng)土體的整體性和穩(wěn)定性。在鋪設(shè)土工格柵時(shí)，應(yīng)注意其鋪設(shè)方向和間距，使其能夠有效地發(fā)揮加筋作用。加強(qiáng)工程的日常監(jiān)測和維護(hù)也至關(guān)重要。建立長期的監(jiān)測體系，定期對(duì)工程中的紅砂巖改良土進(jìn)行強(qiáng)度、含水率、變形等指標(biāo)的監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)紅砂巖改良土的強(qiáng)度下降明顯時(shí)，可及時(shí)進(jìn)行加固處理，如采用注漿等方法，提高土體的強(qiáng)度。定期對(duì)工程進(jìn)行維護(hù)，如對(duì)路面進(jìn)行修補(bǔ)、對(duì)壩體裂縫進(jìn)行封堵等，確保工程的正常運(yùn)行。在維護(hù)過程中，應(yīng)采用合適的材料和工藝，保證維護(hù)效果。七、結(jié)論與展望7.1研究成果總結(jié)本研究通過室內(nèi)試驗(yàn)、微觀分析和工程案例分析，系統(tǒng)地研究了干濕循環(huán)作用下紅砂巖改良土的強(qiáng)度特性，取得了以下主要成果：強(qiáng)度特性規(guī)律：隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，紅砂巖改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。在干濕循環(huán)初期，強(qiáng)度下降速率較快，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，下降速率逐漸減緩。在20次干濕循環(huán)后，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相較于初始值降低了[X]%，抗剪強(qiáng)度也有明顯下降。在增濕過程中，含水率的增加導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度顯著降低；在干燥過程中，強(qiáng)度雖有所回升，但無法恢復(fù)到初始水平。壓實(shí)度對(duì)強(qiáng)度有著重要影響，隨著壓實(shí)度的增加，紅砂巖改良土的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度顯著提高，且在干濕循環(huán)作用下，高壓實(shí)度的試件強(qiáng)度衰減幅度相對(duì)較小。影響因素分析：內(nèi)在因素方面，紅砂巖中的親水性黏土礦物（如蒙脫石和伊利石）在干濕循環(huán)過程中吸水膨脹、失水收縮，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。微觀結(jié)構(gòu)的變化，包括孔隙率增大、孔徑分布改變以及顆粒接觸面積減小，與強(qiáng)度劣化密切相關(guān)。外在因素方面，干濕循環(huán)次數(shù)的增加、含水率變化幅度的增大以及溫度變化的加劇，均會(huì)導(dǎo)致紅砂巖改良土強(qiáng)度下降更為明顯。溫度升高會(huì)加速水分遷移和礦