不同含水率下紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與電阻率關(guān)系

陳議城,陳學(xué)軍,吳 迪,黃 翔,唐靈明,畢鵬雁

(桂林理工大學(xué) 廣西巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541004)

0 引 言

紅黏土是一種典型的區(qū)域性特殊土, 我國(guó)紅黏土主要分布在熱帶、 亞熱帶南方地區(qū)[1]。 在工程界,紅黏土因其高含水率、 高孔隙比、 高液塑性、 高強(qiáng)度、 中低壓縮性和低滲透性等不良物理性質(zhì)指標(biāo)與較好的工程力學(xué)性質(zhì)相矛盾的現(xiàn)象, 一直受到巖土工作者的關(guān)注, 并對(duì)其進(jìn)行了廣泛而細(xì)致的研究。

目前, 紅黏土的研究主要集中在兩方面: 利用室內(nèi)土工試驗(yàn)對(duì)紅黏土相關(guān)力學(xué)特性進(jìn)行研究[2-11]; 通過(guò)一些微觀分析技術(shù), 對(duì)紅黏土成因及微觀結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析總結(jié)[12-14]。 雖然常規(guī)土工試驗(yàn)可以得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù), 但往往需要大量取樣, 費(fèi)時(shí)耗力, 在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)且容易對(duì)土體造成破壞; 微觀分析技術(shù)極大地促進(jìn)了土體微觀結(jié)構(gòu)的定量分析, 但實(shí)驗(yàn)設(shè)備較為昂貴, 測(cè)試費(fèi)用較高, 不利于推廣應(yīng)用。

應(yīng)用地球物理方法解決實(shí)際工程問(wèn)題是近幾年發(fā)展起來(lái)的前沿研究領(lǐng)域, 電阻率法是該領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的一個(gè)重要方向, 由于其在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方面具有連續(xù)、 快速、 無(wú)損等特點(diǎn), 已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境巖土工程研究中[15]。 土電阻率是土體固有物性參數(shù)之一, 用來(lái)表征土體導(dǎo)電性大小[16]。 自從Archie[17]將土電阻率與土的結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái), 提出適用于飽和無(wú)粘性土、 純凈砂巖的電阻率模型以來(lái), 國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)土的電阻率展開(kāi)了大量研究工作, 也取得了一些成果:Keller等[18]、 Waxman等[19]、 Mitchell等[20]分別提出了適用于不同條件下的土體電阻率模型; Yoon等[21]通過(guò)模型試驗(yàn), 探討了土體電阻率與含水率、干密度之間的關(guān)系;自國(guó)內(nèi)學(xué)者繆林昌等[22]率先將電阻率法應(yīng)用于水泥土的研究中; 劉國(guó)華等[23]通過(guò)室內(nèi)正交試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，影響土體電阻率變化的主次因素順序?yàn)?含水率>孔隙水電阻率>飽和度>土的類型;查甫生等[24]針對(duì)已有非飽和電阻率結(jié)構(gòu)模型存在的缺陷, 優(yōu)化推導(dǎo)出更加準(zhǔn)確的非飽和黏性土電阻率結(jié)構(gòu)模型, 并分析歸納出影響土電阻率的3類最主要影響因素為含水率、 孔隙水電阻率、 孔隙水連通性; 劉松玉等[25]總結(jié)分析了土電阻率影響因素, 并通過(guò)自行研發(fā)的ESEU-1型電阻率測(cè)試儀對(duì)土體進(jìn)行測(cè)試研究; 聶艷俠等[26]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)土壤電阻率與飽和度的定量關(guān)系進(jìn)行了研究; 韓立華等[27]、 潘玉英等[28]分別對(duì)不同溫度下的工業(yè)污染土和不同影響因素下的石油污染土電阻率進(jìn)行了研究。 大多學(xué)者集中在對(duì)土體電阻率這一單一參數(shù)的靜態(tài)研究, 對(duì)電阻率這一地球物理參數(shù)與其他參數(shù)的關(guān)系研究尚處于起步階段, 特別是有關(guān)土體強(qiáng)度特性與電阻率特性關(guān)系方面的研究更為罕見(jiàn), 在取得土體電阻率后, 如何快速評(píng)價(jià)土體強(qiáng)度特性是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。 在所有影響因素中, 含水率是影響土體電阻率變化的主要因素, 這已成為學(xué)者們的共識(shí)。 因此, 開(kāi)展不同含水率下紅黏土強(qiáng)度特性與電阻率關(guān)系研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

本文以桂林紅黏土為研究對(duì)象,通過(guò)開(kāi)展室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及其同步電阻率測(cè)試試驗(yàn),獲取不同含水率下紅黏土電阻率-應(yīng)變-應(yīng)力同步變化曲線,進(jìn)一步分析含水率對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、初始電阻率、破壞電阻率的影響,最后探討無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始電阻率、破壞電阻率之間的定量關(guān)系,這將極大地促進(jìn)電阻率法在紅黏土力學(xué)強(qiáng)度特性研究方面的應(yīng)用,以達(dá)到快速準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的效果。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)土體

表1 紅黏土基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of red clay

圖1 干密度-含水率關(guān)系曲線Fig.1 Relation between dry density and moisture content

1.2 試樣制備

將取回的紅黏土土樣風(fēng)干、碾碎,過(guò)2 mm篩后測(cè)其風(fēng)干含水率,并裝入塑料袋密封備用。根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50123—1999)配制成含水率分別為20%、25%、30%、33%、35%、37%的6種土樣,攪拌均勻后用塑料薄膜密封并放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件(溫度23±2 ℃,濕度>90%)下靜置24 h,等土樣充分潤(rùn)濕后,制取干密度ρd=1.35 g/cm3的重塑三軸樣(Φ39.1 mm×80 mm),每個(gè)含水率制作3個(gè)平行試樣,制樣完成后用保鮮膜包裹密封,放入25 ℃的恒溫箱中養(yǎng)護(hù)24 h,使被測(cè)土樣的溫度達(dá)到測(cè)試時(shí)的要求。

1.3 試驗(yàn)方法

目前, 土體電阻率測(cè)試方法大致可分為二相電極法和四相電極法兩類。 在常規(guī)土工試驗(yàn)中, 相比于二相電極法,四相電極法顯得更加復(fù)雜, 且插入土樣中的探針容易對(duì)土樣造成擾動(dòng); 除此之外, 若在無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、 壓縮試驗(yàn)、 三軸試驗(yàn)中采用四相電極法, 很難準(zhǔn)確確定電極間的距離, 對(duì)后期電阻率準(zhǔn)確計(jì)算造成誤差和困難。 因此本文電阻率測(cè)試采用VC4091C型LCR精密數(shù)字電橋, 有效量程0.000 1 Ω～99.999 MΩ, 低頻、 交流、 二相電極。 為了方便起見(jiàn),電流頻率為50 Hz[22-24]。 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用DW-1型應(yīng)變式無(wú)側(cè)限壓縮儀, 其最大軸向負(fù)荷0.6 kN,加載速率為2 mm/min, 量力環(huán)率定系數(shù)C為2.139 N/0.01 mm。 整體測(cè)試裝置如圖2所示。

測(cè)試工作均在25 ℃室溫條件下進(jìn)行， 具體試驗(yàn)步驟為: ①?gòu)暮銣叵渲袑囟冗_(dá)到要求的土樣取出, 在其上下表面涂抹一層黑色導(dǎo)電膏, 以增大土樣與電極片之間的接觸面積, 降低接觸電阻；②在土樣上下表面貼好定制的電極片, 電極片面積略大于土樣橫截面面積, 為使無(wú)側(cè)限儀與電極片之間絕緣, 在電極片上下接觸面貼上黑色絕緣膠(圖2a)； ③將連有導(dǎo)線的電極片接入電橋, 并將電橋與電腦連接， 調(diào)節(jié)儀器, 使土樣、 電極片、 無(wú)側(cè)限儀三者緊密接觸(圖2b)； ④用電橋測(cè)量土樣的初始電阻率, 多次測(cè)量取其平均值； ⑤同步打開(kāi)無(wú)側(cè)限儀及串口軟件開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn), 記錄位移及量力環(huán)讀數(shù), 同時(shí)通過(guò)串口軟件按每秒一次實(shí)時(shí)發(fā)送無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)全過(guò)程中土樣的電阻變化, 每個(gè)含水率土樣進(jìn)行3組平行試驗(yàn),取平均值。

圖2 整體測(cè)試圖Fig.2 Chart of overall test

圖3 不同含水率土樣破壞情況Fig.3 Destruction of soil samples with different moisture contents

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變-電阻率同步變化曲線

不同預(yù)設(shè)含水率下紅黏土試樣破壞情況如圖3所示。根據(jù)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)及相應(yīng)公式計(jì)算出相應(yīng)的軸向應(yīng)力和軸向應(yīng)變，由測(cè)得的同步電阻變化值及公式ρ=RS/L得到電阻率與應(yīng)變的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此得到不同含水率下應(yīng)力-應(yīng)變-電阻率同步變化曲線如圖4所示。

圖4 不同含水率下應(yīng)力-應(yīng)變-電阻率同步變化曲線Fig.4 Stress-strain-resistivity curves under different moisture contents

總體上,不同含水率下的紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線均呈現(xiàn)出應(yīng)變軟化型,均存在峰值強(qiáng)度,且在應(yīng)變變化早期均存在陡升階段。當(dāng)含水率較低時(shí)(w=20%),軸向應(yīng)力達(dá)到峰值強(qiáng)度以后隨軸向應(yīng)變的增加而迅速降低,且軸向應(yīng)力峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的破壞應(yīng)變較小,約為1.8%,表現(xiàn)出明顯的脆性破壞形式(圖3a),土樣瞬間崩裂,破壞面貫通土樣,土樣整體破壞,承載能力瞬間喪失。隨著含水率的不斷增大,軸向應(yīng)力達(dá)到峰值后隨軸向應(yīng)變的增加, 其下降趨勢(shì)逐漸變緩, 且軸向應(yīng)力峰值點(diǎn)逐步“右移”, 即破壞應(yīng)變值逐漸增大(w=25%時(shí), 破壞應(yīng)變約為2.0%； 當(dāng)w=37%, 破壞應(yīng)變已增至7.5%), 且土樣破壞程度逐漸減小(圖3b—f)； 當(dāng)w=25%時(shí), 土樣裂隙多且大,貫通性強(qiáng),破壞面大,存在松散塊體整體崩落現(xiàn)象;當(dāng)w=37%時(shí),土樣僅存在幾條微小裂隙,破壞程度大大降低。

不同含水率下電阻率-應(yīng)變關(guān)系曲線均經(jīng)歷了先陡降再上升過(guò)程。隨著含水率的增加,曲線整體下移,上升段速度逐漸變緩。由同步變化曲線可知,應(yīng)力、電阻率隨應(yīng)變變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出良好的吻合性。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線存在明顯的峰值點(diǎn),而與之對(duì)應(yīng)的電阻率-應(yīng)變關(guān)系曲線也存在明顯的“波谷點(diǎn)”。 在應(yīng)力達(dá)到峰值點(diǎn)之前, 應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾佣杆僭龃? 其對(duì)應(yīng)的電阻率則迅速減少, 跌至“波谷”;達(dá)到峰值點(diǎn)以后,應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而減小,其對(duì)應(yīng)的電阻率則緩慢增加,其上升速度隨應(yīng)力陡降速度降低而減少。

土體中存在3種導(dǎo)電路徑,電流主要是通過(guò)土顆粒間、孔隙水間以及土水相間而成的路徑進(jìn)行傳導(dǎo)[22]。不同含水率的紅黏土在單軸荷載作用下剛開(kāi)始時(shí)均經(jīng)歷了壓密階段,在這一階段,土體所受應(yīng)力較小,尚未出現(xiàn)破壞,土體逐漸被壓密,土顆粒間的距離縮短,接觸面積增大,增強(qiáng)了土顆粒間導(dǎo)電性,且壓密過(guò)程同時(shí)伴隨著土體空氣的排出和水膜厚度變薄、面積增大,導(dǎo)致三相體中固液二相相對(duì)體積含量增加；與此同時(shí),壓密過(guò)程中粒團(tuán)間的大孔隙被壓縮,孔隙率減小、孔隙水的飽和度增大,使得孔隙水連通性增強(qiáng),并增強(qiáng)了孔隙水間的導(dǎo)電性,因此在這一階段,電阻率隨應(yīng)變?cè)龃蠖杆贉p小。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值點(diǎn)之后,隨著應(yīng)變不斷增大,壓實(shí)功逐漸克服粒團(tuán)間的分子引力及各類膠結(jié)力的作用,使粒團(tuán)發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng),粒團(tuán)間大孔隙體積變大,孔隙率增大,孔隙水的飽和度減小,使得孔隙水的連通性變?nèi)?孔隙水的導(dǎo)電性降低,同時(shí)土樣裂隙不斷變多、張開(kāi)度逐漸變大、貫通性變強(qiáng)、破壞面逐漸變大,此時(shí)部分孔隙水的連通性、部分土顆粒導(dǎo)電路徑被阻斷,導(dǎo)電性進(jìn)一步減弱,因此應(yīng)力峰值點(diǎn)之后,電阻率隨應(yīng)變?cè)龃蠖龃?且含水率越低,土樣破壞越明顯,電阻率增大速度越大。由此可見(jiàn),電阻率同步變化規(guī)律能夠較準(zhǔn)確地反映紅黏土在荷載作用下相應(yīng)的強(qiáng)度變化過(guò)程,這將極大地促進(jìn)電阻率法在紅黏土力學(xué)強(qiáng)度特性研究方面的應(yīng)用。

2.2 不同含水率下壓實(shí)紅黏土單軸抗壓強(qiáng)度特征

取峰值點(diǎn)軸向應(yīng)力為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,圖5為壓實(shí)紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨含水率變化的實(shí)測(cè)值及其擬合曲線。

圖5 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度-含水率關(guān)系曲線Fig.5 Curve of unconfined compressive strength-moisture content

由實(shí)測(cè)值與擬合曲線對(duì)比分析可知,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與含水率呈指數(shù)關(guān)系,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨含水率的增大而減小,當(dāng)含水率為20%時(shí),無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高達(dá)737.65 kPa；當(dāng)含水率為37%時(shí),其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度減少了92.44%,降至55.80 kPa;當(dāng)含水率小于30%時(shí),其曲線呈陡降趨勢(shì),當(dāng)含水率大于30%時(shí),其衰減程度逐漸變緩,當(dāng)含水率達(dá)到33%以后已基本趨于平穩(wěn)。究其原因主要是: 當(dāng)含水率較低時(shí), 土中水分子被黏土礦物片吸附形成較薄的強(qiáng)結(jié)合水膜,強(qiáng)結(jié)合水膜具有很高的粘滯性,其性質(zhì)類似于土顆粒本身,此時(shí)黏土礦物片與極性水分子、水中陽(yáng)離子以及微晶態(tài)游離氧化鐵由于靜電引力作用,吸附形成一個(gè)牢固穩(wěn)定的粒團(tuán)結(jié)構(gòu),由于強(qiáng)結(jié)合水膜厚度較薄,粒團(tuán)間分子間引力也較大,且粒團(tuán)間游離氧化鐵在干燥條件下多以晶體氧化鐵的形態(tài)存在,與其他各類膠結(jié)物質(zhì)在粒團(tuán)間共同起到膠結(jié)作用,粒團(tuán)間膠結(jié)作用較強(qiáng),此時(shí)紅黏土土樣在壓實(shí)作用早期,粒團(tuán)間較大的分子引力、各類膠結(jié)力會(huì)對(duì)壓實(shí)效應(yīng)產(chǎn)生抑制作用,要使土體破壞,需要更大的壓實(shí)功來(lái)克服粒團(tuán)間較大分子引力、各類膠結(jié)力,以使粒團(tuán)間產(chǎn)生滑移破壞,因此含水率較低時(shí),紅黏土具有較強(qiáng)的抵抗變形能力,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較高;隨著含水率不斷增大至最優(yōu)含水率(30.78%)附近,土中水開(kāi)始以弱結(jié)合水膜的形式賦存于粒團(tuán)間,結(jié)合水膜的厚度逐漸變厚,由于水膜的楔入作用,使得粒團(tuán)間的距離變大,分子間引力變小,且隨著含水率的增大,粒團(tuán)間晶態(tài)氧化鐵會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為無(wú)定型氧化鐵以及各類膠結(jié)物質(zhì)也會(huì)發(fā)生溶解作用,粒團(tuán)間膠結(jié)力大大降低,因此紅黏土土樣在壓實(shí)作用下,粒團(tuán)間大孔隙中氣體被迅速排出,粒團(tuán)間分子引力、各類膠結(jié)力對(duì)壓實(shí)能量的抑制作用越來(lái)越小,土樣越來(lái)越容易被壓密(與壓實(shí)曲線相符),因此在這階段,土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度衰減速度較快;當(dāng)含水率達(dá)到最優(yōu)含水率濕側(cè)以后,隨著含水率增加,結(jié)合水膜厚度進(jìn)一步增大,分子間引力進(jìn)一步減少,但粒團(tuán)間各類膠結(jié)物質(zhì)的溶解速度已大大降低,且此時(shí)水分已經(jīng)逐步充滿粒團(tuán)間大孔隙,在壓實(shí)作用下,孔隙水及封閉氣體不易排出,產(chǎn)生的孔隙壓力會(huì)抵消一部分的壓實(shí)功作用,因此這一階段無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度衰減速度逐漸變緩;當(dāng)含水率接近飽和狀態(tài)以后,孔隙水的作用效應(yīng)已基本穩(wěn)定,此時(shí)土體抵抗變形的能力也趨于穩(wěn)定,即無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本趨于穩(wěn)定。

2.3 含水率對(duì)初始電阻率、破壞電阻率的影響

定義應(yīng)變?chǔ)?0時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻率為初始電阻率; 土樣破壞時(shí)(即達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí))對(duì)應(yīng)的電阻率為破壞電阻率。 由圖6a可知, 初始電阻率與含水率的關(guān)系曲線變化趨勢(shì)與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度-含水率曲線圖5類似, 當(dāng)含水率小于30%時(shí), 含水率的少量增加便能引起初始電阻率的劇烈降低；當(dāng)含水率大于30%以后,其衰減趨勢(shì)逐漸變緩；當(dāng)含水率大于33%時(shí)已基本趨于穩(wěn)定。究其原因主要是:當(dāng)含水率較低時(shí),土體主要通過(guò)土顆粒間的接觸進(jìn)行導(dǎo)電,少量水的增加,便會(huì)在土顆粒表面形成強(qiáng)結(jié)合水膜,構(gòu)成“液橋”,使得土體粒團(tuán)間的有效接觸面積增大,增強(qiáng)電流在土顆粒間、土水相間而成的路徑的傳導(dǎo),同時(shí)孔隙水的增加,“液橋”相互連通,改善了孔隙水的連通性,增強(qiáng)了孔隙水間的導(dǎo)電性,土體導(dǎo)電性進(jìn)一步增強(qiáng),因此含水率的少量增加便會(huì)引起土體電阻率的劇烈降低;繼續(xù)增加水分,達(dá)到一定程度時(shí),已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)弱結(jié)合水膜和自由水,粒團(tuán)間的有效接觸面積繼續(xù)增大,但其增加趨勢(shì)逐漸變緩,導(dǎo)致電阻率也隨之逐漸變緩;當(dāng)含水率達(dá)到33%,土體接近飽和狀態(tài),粒團(tuán)間孔隙已基本充滿水, 粒團(tuán)間的孔隙水連通性已達(dá)到較好狀態(tài), 導(dǎo)電路徑以孔隙水間的導(dǎo)電為主,此時(shí)含水率的增加, 粒團(tuán)間的有效接觸面積增加不明顯且對(duì)孔隙水的連通性的改善作用甚微, 對(duì)土體的導(dǎo)電性影響很小, 因此當(dāng)含水率>33%以后, 電阻率已基本趨于穩(wěn)定。

圖6 初始電阻率(a)、 破壞電阻率(b)與含水率關(guān)系曲線Fig.6 Curves of initial(a),destructive resistivity(b)-with moisture contents

由圖6b亦知,破壞電阻率與含水率的關(guān)系曲線呈現(xiàn)出與圖5、圖6a相同的變化趨勢(shì),先劇烈減小,再逐漸變緩最后趨于穩(wěn)定。變化的原因，一方面,與上述初始電阻率一樣,含水率增加,增強(qiáng)其導(dǎo)電性;另一方面，含水率越高,其破壞程度越小,被阻斷的導(dǎo)電路徑越少,導(dǎo)電性越強(qiáng)。兩方面綜合作用才使土體破壞電阻率呈現(xiàn)上述的變化趨勢(shì)。

2.4 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始電阻率、破壞電阻率的關(guān)系

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是紅黏土一個(gè)重要的力學(xué)特性參數(shù)指標(biāo),電阻率是土體物理性質(zhì)參數(shù)之一,兩者都是紅黏土的固有屬性,這兩種參數(shù)之間存在某種內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)測(cè)定不同含水率下紅黏土初始電阻率和破壞電阻率,并將其與所測(cè)得的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比關(guān)聯(lián),找出不同含水率下紅黏土力學(xué)特性指標(biāo)與電學(xué)特性指標(biāo)之間的變化關(guān)系,圖7為不同含水率下無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始電阻率、破壞電阻率的關(guān)系曲線。

圖7 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度-初始電阻率(a)、 無(wú)側(cè)限抗壓 強(qiáng)度-破壞電阻率(b)關(guān)系Fig.7 Relationship of unconfined compressive strength-initial resistivity(a) and unconfined compress strength-failure destructive(b) resistivity

可知,不同含水率下紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始電阻率、破壞電阻率均呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著初始電阻率、破壞電阻率的增大而線性增大,其擬合式分別為

qu=-25.71+0.24ρ0,

(1)

qu=-349.88+1.053ρ1。

(2)

式中:qu為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度;ρ0為初始電阻率;ρ1為破壞電阻率。相關(guān)系數(shù)R2分別為0.922 13和0.918 5,其中無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始電阻率的線性相關(guān)性相對(duì)較高,由此再次證明將電阻率法應(yīng)用于紅黏土力學(xué)強(qiáng)度特性評(píng)價(jià)是完全可行的。室內(nèi)進(jìn)行常規(guī)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),制樣麻煩,相對(duì)費(fèi)時(shí)耗力,可以利用電阻率法這種連續(xù)、快速、無(wú)損的測(cè)試方法以及上述得到的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始電阻率、破壞電阻率的定量關(guān)系來(lái)分析不同含水率下紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化情況,以達(dá)到快速準(zhǔn)確評(píng)價(jià)紅黏土工程性質(zhì)變化的效果。

3 結(jié) 論

(1)不同含水率下的紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線均呈現(xiàn)出應(yīng)變軟化型,含水率較低時(shí)(w=20%),軸向應(yīng)力峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的破壞應(yīng)變較小,表現(xiàn)出明顯的脆性破壞形式;隨著含水率的不斷增大,軸向應(yīng)力峰值點(diǎn)逐步“右移”,土樣破壞程度逐漸減小。

(2)不同含水率下的應(yīng)力-應(yīng)變-電阻率同步變化曲線呈現(xiàn)出良好的吻合性,紅黏土受壓過(guò)程經(jīng)歷了壓密和破壞兩階段,應(yīng)力-應(yīng)變曲線先陡升后下降,與之對(duì)應(yīng)的電阻率-應(yīng)變關(guān)系曲線先陡降后緩慢增加。這種相關(guān)聯(lián)的同步變化關(guān)系為研究紅黏土在荷載作用下的強(qiáng)度變化過(guò)程提供了方便,這將極大地促進(jìn)電阻率法在紅黏土力學(xué)強(qiáng)度特性研究方面的應(yīng)用。

(3)紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、初始電阻率、破壞電阻率與含水率關(guān)系呈現(xiàn)出相同的指數(shù)變化關(guān)系,均隨著含水率的增加先劇烈減小,再逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定。

(4)不同含水率下紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與初始電阻率、破壞電阻率均呈現(xiàn)出較好的正比例線性關(guān)系,因此可利用電阻率法快速定量分析不同含水率下紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化情況,以達(dá)到快速準(zhǔn)確評(píng)價(jià)紅黏土工程性質(zhì)變化的效果。