含水率對靈敏性非飽和重塑粉土強度的影響

聶磊鑫+吳霞+彭秀生

摘 要：黃河中、下游區(qū)域粉土地層普遍存在，有些地區(qū)粉土靈敏度較高，其力學特征受含水率影響比較突出。為了盡量減少基坑工程事故，提高工程安全性，本項目開展不同含水率條件下靈敏性粉土強度試驗，探討含水率對靈敏性粉土強度的影響規(guī)律，積累試驗數(shù)據(jù)及分析成果的同時，以期為基坑土壓力時變性、粉土與地下結構物界面剪切特性等方面的研究打下基礎。研究成果可為不同含水率條件下靈敏性非飽和粉土強度試驗與分析提供借鑒，為工程實踐提供參考，對于提高基坑工程以及整個建筑工程的安全性很有價值。

關鍵詞：非飽和重塑粉土；含水率；三軸試驗；抗剪強度

引言：

《土力學》[1]規(guī)定：塑性指數(shù)且粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%的土，稱之為粉土。這類土既不具有砂土透水性大、容易排水固結、抗剪強度較高的優(yōu)點，又不具有粘性土防水性能好、不容易被水沖蝕流失、具有較大粘聚力的優(yōu)點。在許多工程問題上，表現(xiàn)出較差的工程性質。本項目在實驗室做實驗的粉土是取自工地的，工地取來的粉土未經擾動的情況下，密度、含水率以及其它一些物理性質都是固定的，但是往往室內試驗要改變原狀土的一些物理性質指標如，含水率、干密度，這就需要實驗人員把現(xiàn)場取來的整塊的粉土打碎后烘干再加水配成所要的含水率后，再進行試驗，這時相對于原狀土來說，土的自身固有結構狀態(tài)已經被人為破壞，因此相對于原狀土，我們做了不同含水率下重塑粉土的強度試驗及研究如下。

一、試驗方案[2]-[5]

本試驗用土取自鄭州市慶元廣場基坑工程，取土深度6.5m，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》分類方法，試驗用土為砂質粉土，天然含水率15.6%，天然干密度1.65。

重塑土樣制備：將原狀粉土碾碎后過1mm篩，制作重塑土樣。三軸試驗所需土樣為直徑39.1mm、高度80mm的標準試樣，重塑土樣使用擊實器壓制而成，重塑土樣干密度與原狀土相同。試樣制備方法如下：首先，在試樣對開模中分5至8層擊實，使每層質量大致相同，每裝一層用擊錘在一定高度做自由落體運動，共10次，以使其壓密；然后，把接觸面輕微刮擦一下，使每兩層接觸緊密，以免造成裝樣分層現(xiàn)象，制成直徑為39. 1 mm、高度為80. 0mm的試樣。并準確測量試樣的高度、直徑及質量，并將質量和尺寸誤差不滿足要求的土樣剔除報廢，并重做，直至滿足要求。

自然風干法制備不同含水率的重塑土樣：采用自然風干方法，不時稱重穩(wěn)定質量，然后將其放入保濕缸中養(yǎng)護2～3天，待試樣內部水分均勻后即可用于試驗。使用此法時切忌使試樣暴曬，以避免試樣出現(xiàn)裂紋而破壞試樣的原狀結構。從而得到含水率為9%、13%、15%、17%、19%、21%、25.2%（飽和含水率）七組土樣，每組土樣4個，其中3個用于三軸試驗，1個用于測量土的含水率。

二、試驗結果數(shù)據(jù)處理與分析

（1）圍壓對粉土試樣強度的影響

以初始制樣含水率9%、13%、15%、17%、19%、21%、25.2%（飽和含水率）七組重塑粉土試樣為例，繪制不同圍壓（50 kPa，100 kPa和200 kPa）下重塑粉土試樣的應力-應變曲線，隨著圍壓增大，主應力差的峰值隨之增大，主應力差相同時相應的應變越小；隨著圍壓的增大，主應力差的峰值對應的應變隨之增大。

（2）含水率對重塑粉土力學強度的影響

圖2-2和圖2-3分別是重塑粉土的黏聚力和內摩擦角與其含水率變化關系曲線，從圖中可以看出，重塑粉土的粘聚力和內摩擦角都呈下降趨勢。由以上兩圖分析：含水率由9%增加到25.2%，其c值由60.84 kPa下降到7.82 kPa，強度下降了87.15%；而其Φ值由37.19°降低到28.82°，只降低了22.51%?？梢姾实淖兓瘜φ尘哿Φ挠绊懜黠@一些。

結論：

（1）通過對本實驗結果的研究分析，得出重塑粉土強度隨含水率的變化規(guī)律。對于含水率相同的試樣來說，其抗剪強度隨著圍壓的增大而顯著增大。試樣的抗剪強度隨著含水率的上升而下降，粘聚力相對內摩擦角下降更為明顯。

（2）粉土的應力應變表現(xiàn)為弱應變軟化型，粉土破壞后仍有較大的強度。

（3）對于制備不同含水率的土樣仍需很多的相關實驗與創(chuàng)新，具有挑戰(zhàn)性。

（4）粉土與含水率的關系是十分復雜的，本文只是分析了重塑粉土與含水率的關系，未與原狀土之間的比較分析。

參考文獻：

[1]劉忠玉. 土力學 [M]. 中國電力出版社，2007；138-142.

[2]羅軍，王桂堯，匡波. 含水量對粉土強度影響的研究 [J]. 路基工程，2010.

[3]羅小龍. 含水率對粘性土體力學強度的影響[J]. 贛州地質工程勘察院.

[4]宋丹青，張洪瑞，馮興波. 飽和粉土變形特性三軸試驗[J]. 河南科技大學學報，2017.

作者簡介：

聶磊鑫，（1995.11.10-）男，漢族，河南省商丘市人，鄭州大學土木工程學院，專業(yè)：土木工程；

吳霞，（1996.8.21-）女，漢族，四川省西昌市人，鄭州大學土木工程學院，專業(yè)：土木工程；

彭秀生，（1997.3.12-）男，漢族，江西省萍鄉(xiāng)市人，鄭州大學土木工程學院，專業(yè)：土木工程。