粗粒土直接剪切試驗(yàn)影響因素的分析

賀中潤，王曉初

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

粗粒土直接剪切直剪試驗(yàn)是粗粒土強(qiáng)度指標(biāo)測試最常用的方法，其試驗(yàn)的準(zhǔn)確性受多種因素影響，本文由雞西市青龍山水庫粗粒土直接剪切試驗(yàn)，對以下幾點(diǎn)重要影響因素作相應(yīng)分析。

1 試樣級配及超粒徑顆粒的處理

級配是影響粗顆粒土工程特性的重要因素，就同一地區(qū)的同一類土料而言，盡管成因相同，級配組成也會有所變化，因此在進(jìn)行試驗(yàn)進(jìn)，應(yīng)按料場或天然地基的自然級配，或模擬工程實(shí)際情況合理地選擇試樣級配，以使試驗(yàn)成果具有代表性。

雞西市青龍山水庫試驗(yàn)樣的最大粒徑不超過60 mm，其試驗(yàn)用土的顆粒級配(見表1)與料場自然級配基本相同。

表1 粗粒土直接剪切直剪試驗(yàn)用土的顆粒級配 mm

有原級配土料進(jìn)行試驗(yàn)是最理想的，但由于儀器尺寸的限制，有時不得不對土料中超過儀器允許粒徑的顆粒 (即超粒徑顆粒)進(jìn)行處理。由于粗粒土直接剪切試驗(yàn)儀器適用于最大粒徑dmax=60 mm，因此粒徑＞60 mm的顆粒必須舍棄，目前有以下4種處理方法供選擇。

1)剔除法:將超粒徑顆粒剔除。此法將使＜5 mm顆粒含量相對增加，改變了＜5 mm顆粒土的性質(zhì).因此，除超粒徑顆粒含量極小，一般不采用此法。

2)等量替代法:根據(jù)儀器允許的最大粒徑以下和粒徑＞5 mm的土粒，按比例等質(zhì)量替換超粒徑顆粒。此法雖保持大于和小于5 mm顆粒含量不變，但改變了粗粒土級配、不均勻系數(shù)Cu及曲率系數(shù)Cc，等量替代法適用于超粒徑顆粒含量＜40%的土石混合料。

3)相似級配法:根據(jù)原級配曲線的粒徑，分別按照幾何相似條件等比例地將原樣粒徑縮小至儀器允許的粒徑。此法使顆分曲線平移后，仍保持與原級配曲線相似，故Cu、Cc可保持不變，但＜5 mm顆粒含量有所增加。

4)混合法:同時采用2、3兩種方法，即先用適當(dāng)?shù)谋壤呖s小，使＞5 mm粒徑土的質(zhì)量≤總質(zhì)量的30%，若仍有超粒徑顆粒再用等量替代法制樣。

上述4種處理超粒徑顆粒的方法，有一定局限性，在使用時，要根據(jù)土料性質(zhì)和試驗(yàn)項(xiàng)目來決定。

2 試樣干密度控制

粗粒土直接剪切試驗(yàn)控制干密度一般由相對密度試驗(yàn)或擊實(shí)試驗(yàn)換算可得。

粗顆粒土相對密度試驗(yàn)適用于最大粒徑為60 mm能自由排水的粗顆粒土，其中細(xì)粒土(＜0.075 mm)含量不得 ＞12%，其目的是要求土樣能自由排水，顆粒之間不因細(xì)粒土含量過多而產(chǎn)生黏聚力。凡是擊實(shí)試驗(yàn)不能得出明確的含水量與干容重關(guān)系曲線(試驗(yàn)曲線是多峰或無顯著峰值)的粗顆粒土，均可采用相對密度試驗(yàn)。相對密度是表示粗顆粒土的緊密狀態(tài)，即控制密度介于最密實(shí)與最松散之間的某種狀態(tài)，常用以作為對地基和壩體設(shè)計(jì)和施工控制的標(biāo)準(zhǔn)。

擊實(shí)試驗(yàn)適用于最大料粒徑為60 mm，且不能自由排水的粗顆粒土。擊實(shí)試驗(yàn)是用錘擊實(shí)土樣以了解土的壓實(shí)特性的一種方法。這個方法是用不同的擊實(shí)功(錘重×落距×錘擊次數(shù))分別錘擊不同含水量的試樣，并測定相應(yīng)的干容重，從而求得最大干容重、最優(yōu)含水量，為填土工程的設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。

水利行業(yè)采用相對密度控制，公路行業(yè)采用壓實(shí)度控制，兩種控制方式均可以滿足實(shí)際需要，一般而言，顆粒較粗的土料采用相對密度(Dr)指標(biāo)控制，控制干密度由相對密度獲得;顆粒較細(xì)的土料采用壓實(shí)度(D)指標(biāo)控制，控制干密度由擊實(shí)試驗(yàn)獲得。

雞西市青龍山水庫粗粒土中的細(xì)粒土(＜0.075 mm)含量較少，故其直接試驗(yàn)中的控制密度是通過室內(nèi)相對密度試驗(yàn)所得的指標(biāo)換算所得(見表2)，其控制相對密度由設(shè)計(jì)部門提供:土樣編號為06LS1D1、06LS1D3、06LS2D3試樣的控制相對密度為0.75;土樣編號為06LS1D2、06LS2D2試樣的控制相對密度為0.70。

3 試樣制備

根據(jù)儀器的具體情況，分3層裝填，同時要確保剪切時剪切面發(fā)生在試樣中部，對試樣壓實(shí)方法有擊實(shí)法、振搗法及靜壓法3種。雞西市青龍山水庫試樣為無黏性粗粒土可采用機(jī)械振搗到控制密度。

表2 粗粒土直接剪切試驗(yàn)用土的控制干密度g·cm3

4 開縫高度

在剪切過程中為了盡可能減少剪切盒對大顆粒側(cè)限影響，需對剪力盒進(jìn)行“開縫”處理，開縫高度與土樣中最大粒徑dmax有關(guān)，根據(jù)國內(nèi)資料綜合分析，粗顆粒土直剪試驗(yàn)的開縫尺寸宜采用最大粒徑dmax的1/3～1/4。根據(jù)試樣顆粒情況，雞西市青龍山水庫試樣采用了1.5 cm規(guī)格的開縫環(huán)，滿足開縫高度要求。

對雞西市青龍山水庫試樣試驗(yàn)成果匯總?cè)绫?。

表3 粗粒土直接剪切直剪試驗(yàn)成果表

總之，在粗粒土直接剪切試驗(yàn)中，對以上幾點(diǎn)影響因素應(yīng)按實(shí)際情況加以分析，要根據(jù)土料性質(zhì)選擇相適應(yīng)的方法。

［1］ 中華人民共和國水利部.SL237－1999土工試驗(yàn)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1999.

［2］ 唐大雄.工程巖土學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2005.