采用高速環(huán)剪試驗(yàn)機(jī)對(duì)滑帶土環(huán)剪特性的研究

李 慧 李良振 尚玉杰 張?chǎng)?喬雙雙

(吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

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采用高速環(huán)剪試驗(yàn)機(jī)對(duì)滑帶土環(huán)剪特性的研究

李 慧 李良振 尚玉杰 張?chǎng)?喬雙雙

(吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

以涇陽(yáng)南塬黃土滑坡滑帶土為研究對(duì)象，采用高速環(huán)剪試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行環(huán)剪試驗(yàn)，研究了不同含水率、剪切速率對(duì)滑帶土環(huán)剪特性的影響，結(jié)果表明：土樣強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角均隨含水率的增加而降低；隨著剪切速率的增加而增加；土樣的環(huán)剪強(qiáng)度隨有效法向應(yīng)力的增大而增大，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的近線性關(guān)系。

滑帶土，環(huán)剪試驗(yàn)，含水率，剪切速率

0 引言

滑坡是一種常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，涇陽(yáng)南塬東北部邊緣滑坡帶是關(guān)中地區(qū)黃土臺(tái)塬地質(zhì)災(zāi)害的典型代表，本文以涇陽(yáng)南塬滑坡區(qū)滑帶土為研究對(duì)象，采用高速大型環(huán)剪試驗(yàn)機(jī)通過(guò)控制剪切速率和含水率兩個(gè)影響因素對(duì)滑帶土的環(huán)剪特性進(jìn)行研究。

1 土樣的工程概況及基本特性

表1 滑帶土的基本物理性質(zhì)

黃土滑坡是黃土地區(qū)經(jīng)常發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害之一。首先我們對(duì)土樣的物理特性進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室一系列試驗(yàn)，得出土樣的物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。通過(guò)篩分析與比重計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得顆粒小于0.075的百分含量為98.5，Ip值為6<10,根據(jù)GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范定名為粉土，又根據(jù)Cu值為3.2，Cc值為1.3，定為均勻土。

2 環(huán)剪試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)所用的儀器與以前的環(huán)剪試驗(yàn)機(jī)相比,屬于高速大型環(huán)剪試驗(yàn)機(jī)。該試驗(yàn)機(jī)主要特點(diǎn)有：可以控制垂直動(dòng)、靜荷載和水平力矩大小及環(huán)剪速率等參數(shù)在一定范圍內(nèi)連續(xù)或間斷變化；可以連續(xù)記錄試驗(yàn)過(guò)程中有效應(yīng)力、剪應(yīng)力、孔隙水壓力等力學(xué)參數(shù)的同步動(dòng)態(tài)變化值；可以模擬現(xiàn)場(chǎng)飽水條件下緩慢滑動(dòng)和快速滑動(dòng)的滑坡,用于研究其運(yùn)動(dòng)機(jī)制。尤其能夠測(cè)定滑體滑到飽和土體上時(shí)滑坡面飽水狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度,這是其他試驗(yàn)機(jī)無(wú)法測(cè)定的。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了全面測(cè)試土樣在不同含水率和剪切速率條件下的抗剪強(qiáng)度特性，我們主要設(shè)計(jì)了兩大類試驗(yàn)。第一類是測(cè)試不同剪切速率下土樣的剪切強(qiáng)度，剪切速率為124 mm/min,234 mm/min,346 mm/min的固結(jié)排水環(huán)剪試驗(yàn)。第二類是測(cè)試不同含水率下土樣的剪切強(qiáng)度，含水率分別為15.1%,20%,26.60%的固結(jié)排水環(huán)剪試驗(yàn)。

2.3 試樣制備

首先將土樣樣品放置于105 ℃下烘干24 h以上，取出碾碎過(guò)2 mm篩，取小于2 mm部分配置成天然含水率狀態(tài)。其他不同含水率土樣用噴霧器定量加濕烘干土樣，靜置24 h，使土樣濕度均勻。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

3.1 剪切速率對(duì)土樣強(qiáng)度參數(shù)影響分析

表2為滑帶土在三種不同剪切速率v1=124 mm/min，v2=234 mm/min，v3=346 mm/min下滑帶土強(qiáng)度參數(shù)值，當(dāng)滑帶土的含水率較低時(shí)，在同一含水率下，強(qiáng)度參數(shù)c隨著剪切速率的增大而增大，此時(shí)，內(nèi)摩擦角受剪切速率的影響較小，基本保持不變。隨著含水率的增加，剪切速率對(duì)于滑帶土強(qiáng)度指標(biāo)的影響越來(lái)越大?；瑤溜柡蜁r(shí)，當(dāng)剪切速率較小時(shí)，剪切速率的改變對(duì)于滑帶土內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的影響較?。划?dāng)剪切速率較大時(shí)，滑帶土強(qiáng)度參數(shù)c隨著剪切速率的增大而增大。我們認(rèn)為當(dāng)剪切速率加快時(shí)，會(huì)提高剪切面處的重度，增強(qiáng)滑帶土環(huán)剪強(qiáng)度，這在其他的試驗(yàn)中也得到了驗(yàn)證。

表2 不同剪切速率下強(qiáng)度參數(shù)值

3.2 含水率對(duì)土樣環(huán)剪強(qiáng)度參數(shù)的影響

通過(guò)對(duì)以往研究資料的查詢，當(dāng)含水率小于10%時(shí)對(duì)土樣的滑動(dòng)摩擦角影響較小,含水率大于10%時(shí)對(duì)土樣滑動(dòng)摩擦角影響較大,并且黃土在含水率小于10%時(shí)，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，不易發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此設(shè)計(jì)了含水率為15.10%，20.00%，26.60%的剪切試驗(yàn)，不同含水率下強(qiáng)度參數(shù)值如表3所示。

表3 不同含水率下強(qiáng)度參數(shù)值(殘余強(qiáng)度)

由圖1可知滑帶土含水率越高，滑帶土的強(qiáng)度指標(biāo)c，φ值就越小，也就是滑帶土環(huán)剪強(qiáng)度越高，而且滑帶土環(huán)剪強(qiáng)度曲線近似為直線，說(shuō)明其符合庫(kù)侖定律。我們認(rèn)為滑帶土強(qiáng)度指標(biāo)隨含水率變化的原因是不同含水率的滑帶土，土中土體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不同的變化，即土樣在不同的含水率下，土體的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部膠結(jié)有較大差異。

當(dāng)滑帶土含水率較低時(shí)，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和內(nèi)聚力均較大，結(jié)構(gòu)中存在著較大的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)使得土樣的內(nèi)摩擦角也比較大，從而使得滑帶土的環(huán)剪強(qiáng)度比較大。當(dāng)滑帶土含水率較大時(shí)，自由水的增多使土顆粒間的摩擦咬合力減小，顆粒之間的強(qiáng)聯(lián)結(jié)性減弱，大孔隙減少而小孔隙逐漸增加，導(dǎo)致土體粘結(jié)力減小，最終使土體的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力兩者均減小，滑帶土環(huán)剪強(qiáng)度降低。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多次改進(jìn)和完善試驗(yàn)方案，我們使用環(huán)剪試驗(yàn)機(jī)研究了含水率以及剪切速率對(duì)滑帶土環(huán)剪特性的影響，得到了滑帶土抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律，模擬了滑坡的發(fā)生過(guò)程，測(cè)定了相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)，這對(duì)于滑坡的預(yù)測(cè)、預(yù)防具有極其重要的意義。

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Research on using high-speed ring shear test machine to soil slip ring shear characteristics

Li Hui Li Liangzhen Shang Yujie Zhang Peiwen Qiao Shuangshuang

(ConstructionEngineeringSchool,JilinUniversity,Changchun130000,China)

Taking the sliding zone in South Jingyang plateau loess landslide as the research object, using the high-speed ring shear test machine made ring shear test, researched the influence of different water content, shear rate to sliding zone ring shear characteristics, the results showed that the soil strength parameters cohesion and internal friction angle increased with the increase of moisture content decreased, increased with the shear rate increased, the soil ring shear strength increased with the increase of effective normal stress, showed stronger linear relationship.

sliding zone, ring shear test, water content, shear rate

1009-6825(2016)28-0097-02

2016-07-19

李 慧(1995- )，女，在讀本科生

TU411

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