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摘要：不同含水率的粘性土掺入不同配合比的石灰，试验得到无侧限抗压强度会有很大不同，本文通过粘性土含水率和掺入石灰量二因子五水平正交试验设计，得出粘性土含水率是影响灰土强度的主要因素。
关键词：灰土、含水率、配合比、无侧限抗压强度、正交试验
中图分类号：S155文献标识码： A
0 前言
石灰是一种资源极为广泛的建筑材料，用其改善和提高土的性能，早已被人们熟知并应用，并取得了许多工程技术成果和良好的经济效益。目前石灰被广泛用于建筑物地基、公路路基处理。本文通过试验得到粘性土在不同含水率与不同石灰配合比的无侧限抗压强度，发现含水率和石灰配合比对灰土强度影响程度是不同的，从试验分析得出含水率是影响灰土强度的主要因素。
1 试验材料
本次试验所用土料为无锡轨道交通一号线西漳车辆段土方，为新近堆积的素填土，主要成分为灰黄色粉质粘土，其基本物理指标见表1，试验所用的石灰为从市场购入的袋装石灰。
试验用土的物性指标表1
土名 天然含水率
% 土粒比重 液限
% 塑限
% 塑性指数 液性指数 颗粒组成
〉0.05 0.05-0.005 〈0.005
粉质粘土 26.1 2.73 39.2 22.7 16.5 0.21 23.5 56.3 20.2
试样制备：将土料充分拌匀后均匀分成5部分，分别编号1、2、3、4、5，1号样再分成5部分分别加入1%、3%、4%、6%、8%的石灰，放入搅拌机内充分拌匀，取出，根据施工实际情况，拌匀后立即开始制样，按照国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123-1999中重型击实试验的方法，分3层，每层94击，击实完成后，取出制成无侧限抗压强度试验所需的大小。2号样经过2天自然风干后按1号制备的方法制样，同样3号样经4天、4号样经6天、5号经8天后制备，共制备25个试样。
注：风干时间间隔按当地的气候情况，确保每个试样含水率按2%递减。
试验方法：参照国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123-1999中无侧限抗压强度试验。
2 试验设计
2.1 试验目的
通过对不同含水率的土料加入不同配比的石灰，来提高石灰土的强度指标。
2.2 试验指标：
土料、石灰混合土经过重型击实后，用无侧限抗压强度指标来表示灰土的强度，无侧限抗压强度越大，则灰土的强度越大。
2.3 确定因子和水平
安排试验时考虑土料石灰掺入量、土料含水率的大小对无侧限抗压强度的影响，采用二因子五水平的正交试验方法，见表2。
因子水平表表2
因子 水平1 水平2 水平3 水平4 水平5
A．石灰掺入量 1% 3% 4% 6% 8%
B．土料含水率 21.2 18.5 16.3 13.7. 11.9
2.4 试验结果
共进行了25组试验，试验结果见表3
试验计划与试验结果表3
试验号 石灰掺入量
% 土料含水率
% 无侧限强度
KPa
1 （1） 1 （1） 21.2 280.7
2 （1） 1 （2） 18.5 629.0
3 （1） 1 （3） 16.3 1134.1
4 （1） 1 （4） 13.7 1422.4
5 （1） 1 （5） 11.9 1083.7
6 （2） 3 （1） 21.2 406.8
7 （2） 3 （2） 18.5 993.2
8 （2） 3 （3） 16.3 1456.5
9 （2） 3 （4） 13.7 1174.3
10 （2） 3 （5） 11.9 981.0
11 （3） 4 （1） 21.2 488.9
12 （3） 4 （2） 18.5 936.2
13 （3） 4 （3） 16.3 1485.5
14 （3） 4 （4） 13.7 1000.3
15 （3） 4 （5） 11.9 768.0
16 （4） 6 （1） 21.2 379.1
17 （4） 6 （2） 18.5 653.4
18 （4） 6 （3） 16.3 1541.7
19 （4） 6 （4） 13.7 1318.2
20 （4） 6 （5） 11.9 813.7
21 （5） 8 （1） 21.2 523.5
22 （5） 8 （2） 18.5 1250.4
23 （5） 8 （3） 16.3 1583.4
24 （5） 8 （4） 13.7 923.1
25 （5） 8 （5） 11.9 711.4
3数据分析
3.1 寻找最好的试验条件
试验号 A．石灰掺入量
% B.土料含水率
% 无侧限强度
KPa
1 （1） （1） 280.7
2 （1） （2） 629.0
3 （1） （3） 1134.1
4 （1） （4） 1422.4
5 （1） （5） 1083.7
6 （2） （1） 406.8
7 （2） （2） 653.4
8 （2） （3） 1456.5
9 （2） （4） 1174.3
10 （2） （5） 981.0
11 （3） （1） 488.9
12 （3） （2） 936.2
13 （3） （3） 1485.5
14 （3） （4） 1000.3
15 （3） （5） 768.0
16 （4） （1） 379.1
17 （4） （2） 993.2
18 （4） （3） 1583.4
19 （4） （4） 1318.2
20 （4） （5） 813.7
21 （5） （1） 523.5
22 （5） （2） 1250.4
23 （5） （3） 1541.7
24 （5） （4） 923.1
25 （5） （5） 711.4
T1 4549.9 2079.0
T2 4672 4462.2
T3 4678.9 7201.2
T4 5087.6 5838.3
T5 4950.1 4357.8
平均值T1 909.98 415.8
平均值T2 934.4 892.44
平均值T3 935.78 1440.24
平均值T4 1017.52 1167.66
平均值T5 990.02 871.56
極差R 107.54 1024.44
从上面各组试验结果看，第18组（含水率为16.3%掺入6%石灰的灰土）强度最大。
3.2 各因子对强度影响程度大小的分析
因子A．石灰掺入量的极差为107.54KPa，因子B土料含水率的极差为1024.44KPa。因子极差越大，说明改变这一因子的水平对指标造成较大的变化，反之就较小。在灰土试验中，土料含水率的极差远大于石灰掺入量的极差，说明土料含水率的变化对灰土强度的变化影响较大。
3.3 各因子不同水平对强度的影响图
土料含水率变化对灰土强度的影响 图一
石灰掺入量对灰土强度的影响 图二
3.4 方差分析
方差分析计算表
试验号 A石灰掺入量
% B.土料含水率
% C D E F 无侧限强度
KPa
1 （1） （1） 2 4 3 2 280.7
2 （1） （2） 5 5 5 4 629.0
3 （1） （3） 4 1 4 1 1134.1
4 （1） （4） 1 3 1 3 1422.4
5 （1） （5） 3 2 2 5 1083.7
6 （2） （1） 3 3 4 4 406.8
7 （2） （2） 2 2 1 1 653.4
8 （2） （3） 5 4 2 3 1456.5
9 （2） （4） 4 5 3 5 1174.3
10 （2） （5） 1 1 5 2 981.0
11 （3） （1） 1 5 2 1 488.9
12 （3） （2） 3 1 3 3 936.2
13 （3） （3） 2 3 5 5 1485.5
14 （3） （4） 5 2 4 2 1000.3
15 （3） （5） 4 4 1 4 768.0
16 （4） （1） 4 2 5 3 379.1
17 （4） （2） 1 4 4 5 993.2
18 （4） （3） 3 5 1 2 1583.4
19 （4） （4） 2 1 2 4 1318.2
20 （4） （5） 5 3 3 1 813.7
21 （5） （1） 5 1 1 5 523.5
22 （5） （2） 4 3 2 2 1250.4
23 （5） （3） 1 2 3 4 1541.7
24 （5） （4） 3 4 5 1 923.1
25 （5） （5） 2 5 4 3 711.4
T1 4549.9 2079.0 5427.2 4893.0 4950.7 4013.2 T=23938.5
26535695.7
3613624.4
T2 4672 4462.2 4449.2 4658.2 5597.7 5095.8
T3 4678.9 7201.2 4933.2 5378.8 4746.6 4905.6
T4 5087.6 5838.3 4705.9 4421.5 4245.8 4663.7
T5 4950.1 4357.8 4423.0 4587.0 4397.7 5260.2
S 39617.3 2911312.6 136882.1 110328.1 226022.8 189461.7
方差分析表
来源 平方和 自由度 均方 F比
A.石灰掺入量 39617.3 4 9904.3 0.239
B.土料含水率 2911312.6 4 727828.2 17.57
误差e 662694.5 16 41418.4
总计 3613624.4 24 F0.90（4，16）=2.33，F0.95（4.，16）=3.01
由于FA=0.239，小于F0.90（4，16）=2.33；FB大于F0.95（4，16）=3.01，因此因子B.土料含水率在顯著性水平0.05是显著的，因子A.石灰掺入量显著性水平0.10是不显著。
因子与误差的贡献率
来源 平方和 自由度 贡献率（%）
A.石灰掺入量 39617.3 4 1.1
B.土料含水率 2911312.6 4 80.6
误差e 662694.5 16 18.3
总计 3613624.4 24 100
从表中可看出因子B.土料含水率最重要，它的水平变化引起的数据波动在总平方和占了80.6%，因子A.石灰掺入量1.1%，影响最小，试验误差所占比例较大，占18.3%，说明灰土的无侧限强度指标的离散性不能忽视。
4结论
1、粘性土掺入石灰后，无侧限抗压强度均得到了大幅度的提升，本次试验中石灰掺入量从1%加至8%，4%时强度最大。
2、不同含水率的土料，加入一定量的石灰后，其无侧限抗压强度呈现随着含水率的升高，强度由低到高，再逐步下降的趋势，本次试验含水率从11.9%~21.2%，在13.7%平均强度最大。
3、灰土的无侧限抗压强度，影响其强度大小的主要因素是土料的含水率，占80%以上，石灰掺入量的影响仅占1.1%。这说明灰土的质量控制应以土料的含水率为主，与以往在施工现场以控制石灰掺入量为主要控制手段不同。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家行业标准 JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范
[2] 中华人民共和国国家国家标准 GB/T50123-1999 土工试验方法标准
[3] 张公绪 质量工程师手册
关键词：灰土、含水率、配合比、无侧限抗压强度、正交试验
中图分类号：S155文献标识码： A
0 前言
石灰是一种资源极为广泛的建筑材料，用其改善和提高土的性能，早已被人们熟知并应用，并取得了许多工程技术成果和良好的经济效益。目前石灰被广泛用于建筑物地基、公路路基处理。本文通过试验得到粘性土在不同含水率与不同石灰配合比的无侧限抗压强度，发现含水率和石灰配合比对灰土强度影响程度是不同的，从试验分析得出含水率是影响灰土强度的主要因素。
1 试验材料
本次试验所用土料为无锡轨道交通一号线西漳车辆段土方，为新近堆积的素填土，主要成分为灰黄色粉质粘土，其基本物理指标见表1，试验所用的石灰为从市场购入的袋装石灰。
试验用土的物性指标表1
土名 天然含水率
% 土粒比重 液限
% 塑限
% 塑性指数 液性指数 颗粒组成
〉0.05 0.05-0.005 〈0.005
粉质粘土 26.1 2.73 39.2 22.7 16.5 0.21 23.5 56.3 20.2
试样制备：将土料充分拌匀后均匀分成5部分，分别编号1、2、3、4、5，1号样再分成5部分分别加入1%、3%、4%、6%、8%的石灰，放入搅拌机内充分拌匀，取出，根据施工实际情况，拌匀后立即开始制样，按照国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123-1999中重型击实试验的方法，分3层，每层94击，击实完成后，取出制成无侧限抗压强度试验所需的大小。2号样经过2天自然风干后按1号制备的方法制样，同样3号样经4天、4号样经6天、5号经8天后制备，共制备25个试样。
注：风干时间间隔按当地的气候情况，确保每个试样含水率按2%递减。
试验方法：参照国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123-1999中无侧限抗压强度试验。
2 试验设计
2.1 试验目的
通过对不同含水率的土料加入不同配比的石灰，来提高石灰土的强度指标。
2.2 试验指标：
土料、石灰混合土经过重型击实后，用无侧限抗压强度指标来表示灰土的强度，无侧限抗压强度越大，则灰土的强度越大。
2.3 确定因子和水平
安排试验时考虑土料石灰掺入量、土料含水率的大小对无侧限抗压强度的影响，采用二因子五水平的正交试验方法，见表2。
因子水平表表2
因子 水平1 水平2 水平3 水平4 水平5
A．石灰掺入量 1% 3% 4% 6% 8%
B．土料含水率 21.2 18.5 16.3 13.7. 11.9
2.4 试验结果
共进行了25组试验，试验结果见表3
试验计划与试验结果表3
试验号 石灰掺入量
% 土料含水率
% 无侧限强度
KPa
1 （1） 1 （1） 21.2 280.7
2 （1） 1 （2） 18.5 629.0
3 （1） 1 （3） 16.3 1134.1
4 （1） 1 （4） 13.7 1422.4
5 （1） 1 （5） 11.9 1083.7
6 （2） 3 （1） 21.2 406.8
7 （2） 3 （2） 18.5 993.2
8 （2） 3 （3） 16.3 1456.5
9 （2） 3 （4） 13.7 1174.3
10 （2） 3 （5） 11.9 981.0
11 （3） 4 （1） 21.2 488.9
12 （3） 4 （2） 18.5 936.2
13 （3） 4 （3） 16.3 1485.5
14 （3） 4 （4） 13.7 1000.3
15 （3） 4 （5） 11.9 768.0
16 （4） 6 （1） 21.2 379.1
17 （4） 6 （2） 18.5 653.4
18 （4） 6 （3） 16.3 1541.7
19 （4） 6 （4） 13.7 1318.2
20 （4） 6 （5） 11.9 813.7
21 （5） 8 （1） 21.2 523.5
22 （5） 8 （2） 18.5 1250.4
23 （5） 8 （3） 16.3 1583.4
24 （5） 8 （4） 13.7 923.1
25 （5） 8 （5） 11.9 711.4
3数据分析
3.1 寻找最好的试验条件
试验号 A．石灰掺入量
% B.土料含水率
% 无侧限强度
KPa
1 （1） （1） 280.7
2 （1） （2） 629.0
3 （1） （3） 1134.1
4 （1） （4） 1422.4
5 （1） （5） 1083.7
6 （2） （1） 406.8
7 （2） （2） 653.4
8 （2） （3） 1456.5
9 （2） （4） 1174.3
10 （2） （5） 981.0
11 （3） （1） 488.9
12 （3） （2） 936.2
13 （3） （3） 1485.5
14 （3） （4） 1000.3
15 （3） （5） 768.0
16 （4） （1） 379.1
17 （4） （2） 993.2
18 （4） （3） 1583.4
19 （4） （4） 1318.2
20 （4） （5） 813.7
21 （5） （1） 523.5
22 （5） （2） 1250.4
23 （5） （3） 1541.7
24 （5） （4） 923.1
25 （5） （5） 711.4
T1 4549.9 2079.0
T2 4672 4462.2
T3 4678.9 7201.2
T4 5087.6 5838.3
T5 4950.1 4357.8
平均值T1 909.98 415.8
平均值T2 934.4 892.44
平均值T3 935.78 1440.24
平均值T4 1017.52 1167.66
平均值T5 990.02 871.56
極差R 107.54 1024.44
从上面各组试验结果看，第18组（含水率为16.3%掺入6%石灰的灰土）强度最大。
3.2 各因子对强度影响程度大小的分析
因子A．石灰掺入量的极差为107.54KPa，因子B土料含水率的极差为1024.44KPa。因子极差越大，说明改变这一因子的水平对指标造成较大的变化，反之就较小。在灰土试验中，土料含水率的极差远大于石灰掺入量的极差，说明土料含水率的变化对灰土强度的变化影响较大。
3.3 各因子不同水平对强度的影响图
土料含水率变化对灰土强度的影响 图一
石灰掺入量对灰土强度的影响 图二
3.4 方差分析
方差分析计算表
试验号 A石灰掺入量
% B.土料含水率
% C D E F 无侧限强度
KPa
1 （1） （1） 2 4 3 2 280.7
2 （1） （2） 5 5 5 4 629.0
3 （1） （3） 4 1 4 1 1134.1
4 （1） （4） 1 3 1 3 1422.4
5 （1） （5） 3 2 2 5 1083.7
6 （2） （1） 3 3 4 4 406.8
7 （2） （2） 2 2 1 1 653.4
8 （2） （3） 5 4 2 3 1456.5
9 （2） （4） 4 5 3 5 1174.3
10 （2） （5） 1 1 5 2 981.0
11 （3） （1） 1 5 2 1 488.9
12 （3） （2） 3 1 3 3 936.2
13 （3） （3） 2 3 5 5 1485.5
14 （3） （4） 5 2 4 2 1000.3
15 （3） （5） 4 4 1 4 768.0
16 （4） （1） 4 2 5 3 379.1
17 （4） （2） 1 4 4 5 993.2
18 （4） （3） 3 5 1 2 1583.4
19 （4） （4） 2 1 2 4 1318.2
20 （4） （5） 5 3 3 1 813.7
21 （5） （1） 5 1 1 5 523.5
22 （5） （2） 4 3 2 2 1250.4
23 （5） （3） 1 2 3 4 1541.7
24 （5） （4） 3 4 5 1 923.1
25 （5） （5） 2 5 4 3 711.4
T1 4549.9 2079.0 5427.2 4893.0 4950.7 4013.2 T=23938.5
26535695.7
3613624.4
T2 4672 4462.2 4449.2 4658.2 5597.7 5095.8
T3 4678.9 7201.2 4933.2 5378.8 4746.6 4905.6
T4 5087.6 5838.3 4705.9 4421.5 4245.8 4663.7
T5 4950.1 4357.8 4423.0 4587.0 4397.7 5260.2
S 39617.3 2911312.6 136882.1 110328.1 226022.8 189461.7
方差分析表
来源 平方和 自由度 均方 F比
A.石灰掺入量 39617.3 4 9904.3 0.239
B.土料含水率 2911312.6 4 727828.2 17.57
误差e 662694.5 16 41418.4
总计 3613624.4 24 F0.90（4，16）=2.33，F0.95（4.，16）=3.01
由于FA=0.239，小于F0.90（4，16）=2.33；FB大于F0.95（4，16）=3.01，因此因子B.土料含水率在顯著性水平0.05是显著的，因子A.石灰掺入量显著性水平0.10是不显著。
因子与误差的贡献率
来源 平方和 自由度 贡献率（%）
A.石灰掺入量 39617.3 4 1.1
B.土料含水率 2911312.6 4 80.6
误差e 662694.5 16 18.3
总计 3613624.4 24 100
从表中可看出因子B.土料含水率最重要，它的水平变化引起的数据波动在总平方和占了80.6%，因子A.石灰掺入量1.1%，影响最小，试验误差所占比例较大，占18.3%，说明灰土的无侧限强度指标的离散性不能忽视。
4结论
1、粘性土掺入石灰后，无侧限抗压强度均得到了大幅度的提升，本次试验中石灰掺入量从1%加至8%，4%时强度最大。
2、不同含水率的土料，加入一定量的石灰后，其无侧限抗压强度呈现随着含水率的升高，强度由低到高，再逐步下降的趋势，本次试验含水率从11.9%~21.2%，在13.7%平均强度最大。
3、灰土的无侧限抗压强度，影响其强度大小的主要因素是土料的含水率，占80%以上，石灰掺入量的影响仅占1.1%。这说明灰土的质量控制应以土料的含水率为主，与以往在施工现场以控制石灰掺入量为主要控制手段不同。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家行业标准 JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范
[2] 中华人民共和国国家国家标准 GB/T50123-1999 土工试验方法标准
[3] 张公绪 质量工程师手册