不同壓實度下重塑黃土抗剪指標分析

徐 大 偉

(1.太原理工大學，山西 太原 030024； 2.山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

不同壓實度下重塑黃土抗剪指標分析

徐 大 偉1,2

(1.太原理工大學，山西 太原 030024； 2.山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

以呂梁地區(qū)馬蘭黃土和離石黃土為研究對象，在馬蘭黃土及離石黃土不同壓實度下，處于天然、最優(yōu)、塑限、飽和四種狀態(tài)的含水量水平時進行試樣直接快剪試驗，通過試驗數(shù)據(jù)分析了不同壓實度、含水量條件下重塑土的粘聚力、內摩擦角的變化規(guī)律，得出了一些有參考價值的結論。

重塑黃土，壓實度，含水量，粘聚力，內摩擦角

0 引言

中國是世界上黃土分布最廣、厚度最大、比較典型的國家，面積達64萬km2，約占我國陸地面積的6.6%。尤其在山西呂梁地區(qū)，大部分工程施工、建設都與黃土分不開。呂梁地區(qū)是典型的黃土丘陵地貌，千溝萬壑，而在呂梁離石區(qū)陳家崖發(fā)育著最為典型的中更新世晚期黃土，故Q2黃土被命名為離石黃土[1]。呂梁地區(qū)常采用廣泛分布的馬蘭黃土和離石黃土作為填料，大規(guī)模用于山區(qū)沖溝的回填，在這些工程建設中，回填的重塑黃土經(jīng)壓實度控制，成為了各類建筑物的基礎或邊坡等等，因此其強度特性影響到邊坡的穩(wěn)定性，決定著正確的工程設計和地基處理措施[2]。因此，黃土相關指標的研究，尤其是對重塑黃土強度特性的研究，對黃土地區(qū)的工程建設有著重要的指導意義和應用價值。

1 試驗試樣的制作和準備

抗剪強度試驗所用黃土取自呂梁離石大武某工程的黃土擾動土，擾動土樣制備方法按照公路土工試驗方法標準中規(guī)定進行，采用重型擊實試驗儀制取0.90，0.93，0.95，0.98壓實度狀態(tài)的重塑土樣(擊實錘質量4.5 kg，錘落高為457 mm，擊實筒內徑為152 mm)。在對重塑黃土進行直剪試驗時，所采用的試件為直徑10 cm,高20 cm的圓柱狀試件。根據(jù)試驗設計方案，對已經(jīng)制備好的重塑土樣分別進行增濕，增濕所需水量按下式控制[3]：

式中：mw——制備試樣所需要的加水量，g；m0——濕土的質量，g；w0——濕土的含水量，%；w1——制樣要求的含水量，%。

2 重塑馬蘭黃土抗剪強度特性

重塑黃土含水量和壓實度變化對抗剪強度產(chǎn)生的影響主要由它們對粘聚力c值及內摩擦角φ值產(chǎn)生的影響來反映。對于同一種土而言，壓實度和含水量無疑是決定抗剪強度最主要的因素[4]。

按照試樣處于0.90，0.93，0.95，0.98壓實度水平制備的試樣，分別在天然、最優(yōu)、塑限、飽和四種狀態(tài)的含水量下進行直接快剪試驗，初始壓實度為90%的試樣，含水量分別為8.65%，12.87%，15.77%,19.71%；初始壓實度為93%的試樣，含水量分別為8.65%，12.84%，15.77%，18.82%；初始壓實度為95%的試樣，含水量分別為8.65%，12.64%，15.88%，18.55%；初始壓實度為98%試樣含水量分別為8.65%，12.66%，15.88%，19.70%。

2.1 含水量及壓實度對粘聚力的影響

試驗得到的試樣含水量w及壓實度與粘聚力c變化曲線見圖1，圖2。

由圖1可知：同一含水量條件下，壓實度越大，土粒排列越緊密，粘聚力c值隨壓實度的增大而增大。另外，在天然、最優(yōu)、塑限及飽和含水量w水平下，粘聚力隨壓實度增加均表現(xiàn)為不同程度的增加，這種規(guī)律表明：不同含水量條件下，壓實度的提高所導致的粘聚力增加不受含水量水平的制約。

由圖2可知：同一壓實度條件下，粘聚力c隨著含水量w的增大而減小，其原因可能是由于土中弱結合水分子隨含水量增大而增加，對土體顆粒的潤滑作用增強，從而使得粘聚力c減小。另外壓實度越低，土體粘聚力c受含水量w影響越小。同時，當土體含水量低于最優(yōu)含水率時，粘聚力c值受含水量影響較小，當土體含水量大于最優(yōu)含水量時，粘聚力c值受含水量影響較大。

2.2 含水量及壓實度對內摩擦角的影響

試驗得到的試樣含水量w及壓實度與內摩擦角變化曲線見圖3，圖4。

由圖3，圖4可知：在同一含水量w條件下，內摩擦角φ隨壓實度K增大而增大，并且含水量越大，壓實度對內摩擦角φ值的影響越大。在同一壓實度水平下，含水量w的增大，試樣內摩擦角φ值隨之而減小，且初始壓實度越高，含水量對φ值的影響越小。

3 重塑離石黃土抗剪強度特性

按照試樣處于0.90，0.93，0.95，0.98壓實度水平制備的試樣，分別在天然、最優(yōu)、塑限、飽和四種狀態(tài)的含水量下進行直接快剪試驗，其中，初始壓實度為90%的試樣，含水量分別為11.25%，12.55%，16.34%，19.71%；初始壓實度為93%的試樣，含水量分別為11.25%，12.61%，16.34%，18.82%；初始壓實度為95%的試樣，含水量分別為11.25%，12.55%，16.23%，18.55%；初始壓實度為98%試樣含水量分別為11.25%，12.80%，16.35%，17.70%。

3.1 含水量及壓實度對粘聚力的影響

試驗得到的試樣含水量w及壓實度與粘聚力c變化曲線見圖5，圖6。

由圖5，圖6可知：同一含水量條件下，壓實度越大，土粒排列越緊密，粘聚力c值隨壓實度的增大而增大。另外，在天然、最優(yōu)、塑限及飽和含水量w水平下，粘聚力隨壓實度增加均表現(xiàn)為不同程度的增加，這種規(guī)律表明：不同含水量條件下，壓實度的提高所導致的粘聚力增加不受含水量水平的制約。同一壓實度條件下，粘聚力c隨著含水量w的減小而增大。另外，初始壓實度越低，土體粘聚力c受含水量w影響越小。同時，當土體含水量低于最優(yōu)含水量時，粘聚力c值受含水量影響較小，當土體含水量大于最優(yōu)含水率時，c值受含水量影響較大。

3.2 含水量及壓實度對內摩擦角的影響

試驗得到的試樣含水量w及壓實度與內摩擦角變化曲線見圖7，圖8。

由圖7，圖8可知：在同一含水量w水平下內摩擦角φ隨壓實度增大而增大，且在飽和含水量狀態(tài)下，其中93%壓實度條件下較其他壓實度條件下內摩擦角φ下降最為明顯。在同一初始壓實度條件下，試樣含水量w高于或低于最優(yōu)含水量時，內摩擦角φ值均呈減小趨勢，且飽和含水量條件下內摩擦角φ值降幅最為明顯。

4 結語

1)馬蘭黃土重塑土粘聚力及內摩擦角隨著初始壓實度的增大及含水量的降低均會增加，但相對于內摩擦角而言，含水量及壓實度對粘聚力的影響程度更大，粘聚力及內摩擦角與含水率及壓實度具有線性關系。

2)重塑馬蘭黃土內摩擦角、重塑離石黃土粘聚力及內摩擦角在同一壓實度條件下，最優(yōu)含水量的重塑土試樣抗剪指標均優(yōu)于其他三種狀態(tài)的抗剪指標。

3)本次試驗儀器采用應變式直剪儀，該設備操作過程中影響因素較多，誤差較大，不能控制壓縮過程中的排水，因此可以下一步采用其他精度較高儀器試驗。

4)本次試驗用土取自呂梁離石大武，結論適用于呂梁地區(qū)，對于其他地區(qū)類似工程是否適用，有待研究對比。因此，在下一步工作中有必要對其他地區(qū)黃土進行對比試驗，找到其中的共性。

[1] 劉東生.黃土的物質成份和結構[M].北京:科學出版社，1985.

[2] 劉祖典.黃土力學與工程[M].西安:陜西科學技術出版社，1996.

[3] GB/T 50123-1999，土工試驗方法標準[S].

[4] 駱以道.考慮飽和度的壓實填土抗剪強度研究[J].巖土力學，2011，32(10):3143-3148.

XU Da-wei1，2

Analysis on remolded loose shearing strength index under various compaction degrees

(1.Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024, China； 2.Shanxi Academy of Survey & Design, Taiyuan 030013, China)

Taking Malan loose and Lishi loose in Lvliang region as the research targets, the paper carries out direct quick shear test of moisture level under natural, optimal, plastic limit and saturated conditions with various compaction degrees, analyzes remolded loose cohesion and internal friction angle altering law under various compaction degrees and various moisture content, and finally draws some valuable conclusions.

remolded loess, compaction degree, moisture, cohesion, internal friction angle

1009-6825(2014)31-0075-03

2014-08-24

徐大偉(1983- )，男，在讀工程碩士，工程師

TU432

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