含水量對非飽和土抗剪強(qiáng)度和壓縮模量影響研究

王　瓊　鄧　藝　韓坤立　劉　軍　詹　俊

(成都市勘察測繪研究院，四川成都　610000)

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含水量對非飽和土抗剪強(qiáng)度和壓縮模量影響研究

王瓊鄧藝韓坤立劉軍詹俊

(成都市勘察測繪研究院，四川成都610000)

摘要:采用直剪試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn)，對試驗(yàn)土樣的內(nèi)摩擦角、粘聚力值以及壓縮模量進(jìn)行了研究，分析了土的含水量對非飽和粉質(zhì)黏土的抗剪強(qiáng)度和壓縮模量的影響，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞:含水量，抗剪強(qiáng)度，壓縮模量

1　概述

土的抗剪強(qiáng)度是指土在受到外力荷載和自重壓力下，具有抵抗外力不受破壞的極限強(qiáng)度，其強(qiáng)度指標(biāo)主要有C值和ψ值。而土的抗剪強(qiáng)度大小主要取決于土粒之間的連結(jié)力和壓實(shí)度，而含水量是影響其壓實(shí)度的重要因素，因基質(zhì)吸力是影響非飽和土的一個(gè)重要性能指標(biāo)，且壓縮模量是檢測其壓實(shí)度的重要指標(biāo)。

截至目前，已有大量的研究人士用不同的方法對土的抗剪強(qiáng)度特性進(jìn)行了研究，如蔡建［1］利用現(xiàn)場原位試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)對原狀土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)關(guān)系進(jìn)行了研究，并得出了計(jì)算原狀土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的方法;郭慶國［2］利用三軸剪切試驗(yàn)分析研究了應(yīng)力、應(yīng)變、體應(yīng)變等的變化規(guī)律，并較為全面、合理地得出了粗粒土的抗剪強(qiáng)度特性及參數(shù)關(guān)系;高戰(zhàn)鎖［3］利用固結(jié)快剪、直接快剪、三軸剪試驗(yàn)研究了不同土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角與含水量的相關(guān)關(guān)系，并根據(jù)回歸方程得出了土的C值和φ值;黃琨等人［4］利用直剪試驗(yàn)研究了含水量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系，并得出了抗剪強(qiáng)度的變化是含水率和壓實(shí)度共同影響的結(jié)果。同時(shí)，鄧友生等人［6］利用多元線性回歸方法研究了含水量對非飽和重塑膨脹土抗剪強(qiáng)度和壓實(shí)度的影響，試驗(yàn)研究結(jié)果表明:非飽和重塑膨脹土的壓實(shí)度與其含水量成反比例關(guān)系，與法向應(yīng)力成正比例關(guān)系，即壓實(shí)度隨著含水量增加而降低，隨著法向應(yīng)力的增加而增大。

2　試驗(yàn)研究

試驗(yàn)用土取自成都某地的非飽和粉質(zhì)黏土，采用密度計(jì)法(分度值為0．05°)對試驗(yàn)用土進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。通過對原始試驗(yàn)用土進(jìn)行基本物理性質(zhì)的檢測試驗(yàn)，得出其含水量為22．5%，密度為1．95 g/cm3，飽和度為90%，孔隙比0．762，液限35．6%，塑限22．4%，塑性指數(shù)13．2，液性指數(shù)0．30。對于不同含水量的控制，利用黃琨等人［4］的研究方法，將試驗(yàn)用土裝入真空缸內(nèi)，利用抽氣飽和法直接進(jìn)行飽和，當(dāng)真空壓力表讀數(shù)接近一個(gè)大氣壓力值時(shí)，抽氣2 h后，用環(huán)刀取樣，共取6組30個(gè)環(huán)刀樣，然后將所有環(huán)刀樣置于烘箱中，于105℃下烘干不同時(shí)間來控制土的含水量，進(jìn)而研究含水量對非飽和土抗剪強(qiáng)度和壓縮模量的影響。

表1　土的顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果

對原始試驗(yàn)用土進(jìn)行含水量控制，共制備了37．8%，26．5%，18．5%，15．1%，10．2%，7．8%六種含水量試驗(yàn)用土，每種含水量制備5個(gè)環(huán)刀樣，4個(gè)用于快剪試驗(yàn)，1個(gè)用于固結(jié)試驗(yàn)。本文利用應(yīng)變控制式直剪儀進(jìn)行直剪試驗(yàn)，通過控制砝碼重量使法向應(yīng)力分別達(dá)到50 kPa，100 kPa，200 kPa，400 kPa，試驗(yàn)速率為0．8 mm/min，通過人工控制試驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)記錄;利用全自動(dòng)中壓氣壓固結(jié)儀進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，加壓過程和數(shù)據(jù)采集均由人工完成。通過直剪試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn)得出的不同含水量下的抗剪強(qiáng)度和壓縮模量見表2。從圖1中可以看出，隨著含水量的增加，壓縮模量逐漸減小，當(dāng)含水量達(dá)到18．5%時(shí)，土的壓縮模量為7．81 MPa;從圖2中可以看出，隨著含水量的增加，土的抗剪強(qiáng)度逐漸減小，表現(xiàn)為其C值和φ值逐漸減小;從圖3和圖4中可以看出，隨著壓縮模量的增大，土的抗剪強(qiáng)度逐漸增加，即土的內(nèi)摩擦角φ和粘聚力C逐漸增大，當(dāng)含水量為18．5%時(shí)，土的內(nèi)摩擦角為22°，粘聚力為49 kPa，壓縮模量達(dá)到7．81 MPa。

表2　試驗(yàn)用土含水量與抗剪強(qiáng)度和壓縮模量的關(guān)系表

圖1　土的含水量與壓縮模量關(guān)系曲線

圖2　土的含水量與抗剪強(qiáng)度關(guān)系曲線

圖3　土的壓縮模量與內(nèi)摩擦角φ關(guān)系曲線

圖4　土的壓縮模量與粘聚力C關(guān)系曲線

3　結(jié)語

通過研究含水量對非飽和粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度和壓縮模量的影響，得出了以下結(jié)論:1)隨著含水量的增加，壓縮模量逐漸減小，當(dāng)含水量達(dá)到18．5%時(shí)，土的壓縮模量為7．81 MPa;2)隨著含水量的增加，土的抗剪強(qiáng)度逐漸減小，表現(xiàn)為其C值和φ值逐漸減小;3)隨著壓縮模量的增大，土的抗剪強(qiáng)度逐漸增加，即土的內(nèi)摩擦角φ和粘聚力C逐漸增大，當(dāng)含水量為18．5%時(shí)，土的內(nèi)摩擦角為22°，粘聚力為49 kPa，壓縮模量達(dá)到7．81 MPa。

參考文獻(xiàn):

［1］蔡建．原狀土的抗剪強(qiáng)度研究［J］．巖土力學(xué)，2012，33 (7):1965-1971．

［2］郭慶國．粗粒土的抗剪強(qiáng)度特性及其參數(shù)［J］．陜西水力發(fā)電，1990(3):29-36．

［3］高戰(zhàn)鎖．土的抗剪強(qiáng)度的再認(rèn)識［J］．山西建筑，2014，40 (33):49-50．

［4］黃琨，萬軍偉，陳剛，等．非飽和土的抗剪強(qiáng)度與含水率關(guān)系的試驗(yàn)研究［J］．巖土力學(xué)，2012，33(9):2600-2604．

［5］殷志建，張誠大，關(guān)文光．土力學(xué)與地基基礎(chǔ)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1980．

［6］鄧友生，吳鵬，陳秋南，等．含水量對非飽和重塑膨脹土抗剪強(qiáng)度和壓實(shí)度的影響［J］．公路，2015(9):224-227．

·施工技術(shù)·

On effect of water content on shear strength and compression modulus of unsaturated soil

Wang QiongDeng YiHan KunliLiu JunZhan Jun
(Chengdu Surveying and Mapping Research Institute，Chengdu 610000，China)

Abstract:The paper undertakes the direct shearing test and consolidation test，researches the inner friction angle，cohesive force value and compression modulus of the trial soil，analyzes the effect of water content on shear strength and compression modulus of unsaturated soil，so as to provide some reference．

Key words:water content，shearing strength，compression modulus

作者簡介:王瓊(1987-)，女

收稿日期:2015-10-28

文章編號:1009-6825(2016)01-0096-02

中圖分類號:TU432

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A