干濕循環(huán)對膨脹土強度特性的影響

王丹

（遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧沈陽110166）

干濕循環(huán)對膨脹土強度特性的影響

王丹

（遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧沈陽110166）

為探討干濕循環(huán)和壓實度以及不同壓實條件下干濕循環(huán)對膨脹土強度特性的影響，文中對不同壓實度和干濕循環(huán)次數(shù)的膨脹土進行直接剪切試驗。結(jié)果表明，隨干濕循環(huán)次數(shù)增大，膨脹土抗剪強度越低；隨壓實度增大，干濕循環(huán)后抗剪強度下降越明顯；膨脹土摩爾-庫倫抗剪強度參數(shù)隨壓實度增大而增大，隨干濕循環(huán)次數(shù)增大而減小。

干濕循環(huán)；壓實度；直接剪切試驗；抗剪強度；膨脹土

膨脹土主要由具有較強親水性的蒙脫石和伊利石等組成，其對濕度變化敏感，具有多裂隙性、強度衰減性和強脹縮性[1]。由于膨脹土復(fù)雜的工程特性，對膨脹土進行全面的研究具有重要意義。下文對不同干濕循環(huán)次數(shù)和不同壓實度的膨脹土進行直接剪切試驗，分析干濕循環(huán)次數(shù)和壓實度對膨脹土強度特性的影響。

1 試驗土料與試驗方法

1.1 試驗土料

試驗土料取自某水庫邊坡，比重為2.71，液限為83%，塑限為37%，塑性指數(shù)為46%，級配曲線如圖1所示，可知該膨脹土主要以粉粒和粘粒為主，根據(jù)土工試驗規(guī)程SL237-1999可定名為高液限黏土。采用擊實儀對其進行擊實試驗，試樣尺寸為直徑φ為102 mm、高度H為116 mm，擊實次數(shù)為56次，錘重為2.5 kg，確定最優(yōu)含水率為27%，最大干密度為1.67 g/cm3。

1.2 試驗方法

根據(jù)現(xiàn)場含水率測試研究成果[1]，大氣影響急劇層深度為地表以下0.4～0.6 m處，此處土體含水率變動幅度較大，含水率最小值為10%，含水率最大值為35%。因此，分別采用含水率為20%，壓實度為90%、94%和98%分別進行0次、2次、4次和6次干濕循環(huán)試驗，并將干濕循環(huán)后試樣進行直接剪切試驗，以研究初始含水率和干濕循環(huán)次數(shù)對膨脹土力學性質(zhì)的影響，其中控制壓實度為98%。此次試驗共分12組，每組4個試樣，其圍壓分別為100，200，300和400 kPa。試樣首先按預(yù)設(shè)干密度和含水率配水，配水后采用靜壓法制樣，將制好的樣放在塑料袋中燜24 h，而后取出自然風干，此為1個干濕循環(huán)，將干濕循環(huán)達到預(yù)定次數(shù)的試樣取出進行直接剪切試驗。

圖1 級配曲線

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 干濕循環(huán)次數(shù)影響

為分析干濕循環(huán)次數(shù)對膨脹土力學特性的影響，分別對含水為20%的膨脹土進行0次、2次、4次和6次干濕循環(huán)試驗，取峰值強度為抗剪強度，抗剪強度與干濕循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線如圖2所示，由于不同壓實度試樣抗剪強度隨干濕循環(huán)次數(shù)變化規(guī)律一致，故本文僅給出了壓實度為94%時試樣的抗剪強度與干濕循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線。可知：1）隨干濕循環(huán)次數(shù)增大，膨脹土抗剪強度越低，且2次干濕循環(huán)時較未進行干濕循環(huán)試樣抗剪強度降低最為明顯，干濕循環(huán)4次和6次時的膨脹土試樣抗剪強度相差不大。這是由于隨干濕循環(huán)次數(shù)增大，土體內(nèi)裂隙增多，從而降低了土體的抗剪強度，且最初2次干濕循環(huán)時，裂隙增多的最明顯，隨著干濕循環(huán)次數(shù)增大，裂隙發(fā)育逐漸趨于平穩(wěn)，抗剪強度也因此保持穩(wěn)定。2）隨圍壓增大，經(jīng)不同干濕循環(huán)次數(shù)的膨脹土抗剪強度均增大。這是由于圍壓增大，實際上限制了試驗的變形，使得試驗抵抗變形的能力增大，表現(xiàn)為抗剪強度升高。

圖2 不同干濕循環(huán)次數(shù)抗剪強度與垂直壓力關(guān)系曲線

2.2 壓實度影響

為分析壓實度對不同干濕循環(huán)次數(shù)膨脹土力學特性的影響，分別對壓實度為90%、94%和98%壓實度的膨脹土進行0次、2次、4次和6次干濕循環(huán)試驗，不同圍壓下壓實度對不同干濕循環(huán)次數(shù)土樣影響變化規(guī)律一致，故本文只給出了圍壓為100 kPa時，不同壓實度條件下抗剪強度與干濕循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線，如圖3所示?？芍?）隨壓實度增大，膨脹土抗剪強度增大。這是由于壓實度增大，土樣干密度增大，土體孔隙率越小，土樣越密實，抵抗剪切破壞的能力越強，抗剪強度越大。2）隨壓實度增大，干濕循環(huán)后抗剪強度下降越明顯。這是由于，壓實度越大，土體被壓得越密實，干濕循環(huán)后，土體膨脹越明顯，試樣內(nèi)部裂隙越多，抗剪強度降低得越明顯。

2.3 抗剪強度參數(shù)

基于摩爾-庫倫準則，計算出不同壓實度和不同干濕循環(huán)次數(shù)條件下，土體摩爾庫倫抗剪強度參數(shù)，內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c如表1所示?？芍?）隨壓實度增大，膨脹土的內(nèi)摩擦角和黏聚力均增大，壓實度從90%增加到94%時，干濕循環(huán)次數(shù)為0次、2次、4次和6次的土體的黏聚力依次增長9.8%、10.9%、15.5%和12.7%，增長幅度呈先增大后減?。粔簩嵍葟?4%增加到98%時，干濕循環(huán)次數(shù)為0次、2次、4次和6次的土體的黏聚力依次增長7.6%、4.5%、7.2%和10.1%，增長幅度呈先減小后增大；壓實度從90%增加到94%時，干濕循環(huán)次數(shù)為0次、2次、4次和6次的土體的內(nèi)摩擦角依次增長3.7%、2.3%、1.7%和1.3%，增長幅度呈逐漸遞減趨勢；壓實度從94%增加到98%時，干濕循環(huán)次數(shù)為0次、2次、4次和6次的土體的內(nèi)摩擦角依次增長1.2%、1.3%、1.1%和1.7%，增長幅度呈先增大后減小再增大。2）隨干濕循環(huán)次數(shù)增大，膨脹土的內(nèi)摩擦角和黏聚力均減小。干濕循環(huán)次數(shù)從0次增大到2次時，壓實度從90%增加到98%，粘聚力依次減小29.4%、28.7%和30.8%，內(nèi)摩擦角依次減小7.9%、9.1%和9.0%；干濕循環(huán)次數(shù)從2次增大到4次時，壓實度從90%增加到98%，粘聚力依次減小16.8%、13.4%和11.1%，內(nèi)摩擦角依次減小,0.7%、1.2%和1.6%；干濕循環(huán)次數(shù)從4次增大到6次時，壓實度從90%增加到98%，粘聚力依次減小5.9%、8.2%和5.8%，內(nèi)摩擦角依次減小0.6%、0.9%和0.3%。

干濕循環(huán)后的強度與循環(huán)前強度之差比干濕循環(huán)前強度即干濕循環(huán)強度折減系數(shù)是表征干濕循環(huán)對膨脹土強度的重要指標。壓實度為90%時，干濕循環(huán)2次、4次和6次的粘聚力折減系數(shù)分別為29.4%、11.9%和3.5%，內(nèi)摩擦角折減系數(shù)分別為7.9%、0.6%和0.3%；壓實度為94%時，干濕循環(huán)2次、4次和6次的粘聚力折減系數(shù)分別為29.7%、9.6%和5.1%，內(nèi)摩擦角折減系數(shù)分別為7.3%、0.8%和0.4%；壓實度為98%時，干濕循環(huán)2次、4次和6次的粘聚力折減系數(shù)分別為30.8%、7.7%和3.6%，內(nèi)摩擦角折減系數(shù)分別為7.4%、0.9%和0.6%。

圖3 不同壓實度下抗剪強度-干濕循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線

3 結(jié)論

本文通過對壓實度為90%、94%和98%3種不同壓實度的膨脹土進行干濕循環(huán)試驗，干濕循環(huán)次數(shù)分別為0次、2次、4次和6次，并對干濕循環(huán)后的膨脹土進行直接剪切試驗，主要結(jié)論如下：

表1 抗剪強度參數(shù)表

1）隨壓實度增大，膨脹土抗剪強度增大，而干濕循環(huán)后壓實度越大的土樣，強度損失越多。

2）隨干濕循環(huán)次數(shù)增多，膨脹土抗剪強度降低，且干濕循環(huán)2次時降低最明顯，干濕循環(huán)6次后，抗剪強度基本保持穩(wěn)定。

3）隨壓實度增大，膨脹土摩爾庫倫抗剪強度參數(shù)粘聚力和內(nèi)摩擦角均增大，而隨干濕循環(huán)次數(shù)增多，土樣摩爾庫倫抗剪強度參數(shù)粘聚力和內(nèi)摩擦角均減小。

［1］龔壁衛(wèi)，周小文，周武華.干-濕循環(huán)過程中吸力與強度關(guān)系研究［J］.巖土工程學報，2006，28（2）：207—209.

S152.9；TV41

A

1002－0624（2017）04－0053－03

2016-06-01