膨脹土大圍壓下三軸強度特性試驗研究

(遼寧省東煤測試分析研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110016)

一、試驗簡介

（一）試驗儀器

為了能夠達成在大圍壓下對于土體強度指標進行測量，運用的是試驗室TSZ的三軸試驗儀器。GWin軟件則是三軸應力系統(tǒng)里完成對試驗里多個參數(shù)的有效控制和采集所使用的軟件，使用這一軟件，能夠完成試驗的排水以及固結條件的設置，挑選適宜的剪切速率，剪切速率還能夠得到提升。能夠及時的看到試樣固結以及剪切過程里出現(xiàn)的排水量。并且還能夠在操作頁面輸入試樣的高度以及自身的直徑，運用TGWin軟件完成對試樣的修正。

（二）試驗原理

本文對于原狀土樣完成不同圍壓條件的試驗。以三軸測量的數(shù)據(jù)作為基礎在土體軸朝著應力一應變特征和破壞特征以及抗剪強度指標等幾個方面去對膨脹土常規(guī)圍壓存在的差異進行分析。

二、常、中、大圍壓下膨脹土強度特性UU三軸試驗研究

（一）試驗步驟與方案

1.試驗步驟

試驗需要在工地現(xiàn)場選擇原狀土樣，并且使用保鮮膜將其包好，通過這樣的方式降低運輸過程中產(chǎn)生的水分損失。試樣在實際運輸時切忌震蕩，通過這樣的方式能夠預防因為動作用而導致土體內(nèi)部結構受到破壞。

2.試驗方案

為對于不同圍壓狀態(tài)下土體所具備的強度特性進行研究，試驗設計了三種不同的圍壓狀態(tài)，分別是常規(guī)圍壓和中圍壓以及大圍壓。常規(guī)圍壓設置為100kPa和 200kPa以及300kPa；中圍壓設置為500kPa和700kPa以及800kPa；大圍壓設置則為1100kPa和1200kPa以及1300kPa。

（二）常規(guī)圍壓下膨脹土三軸抗剪強度指標

本試驗選擇的膨脹土在較大圍壓下進行三軸UU試驗，主要采用非飽和原狀土作為試驗對象。非飽和土主要用作測試對象，因為UU三軸測試在測試過程中沒有約束壓力或軸向。壓力始終由排水閥關閉，樣品中的水無法排出，因此在測試過程中體積和水分含量不會改變。這只會增加樣品中的孔隙壓力，并且有效應力不會改變。破壞時的偏應力不會隨著圍壓的變化而變化。這樣，根據(jù)總應力法在不同主應力下繪制的破壞應力圓應為一組直徑相同但位置不同的應力圓，從而導致強度包絡。夾角為零的水平公切線。通過試驗數(shù)據(jù)不可能清楚地觀察到大圍壓下土壤三軸強度特性的變化。其次，為了避免從測試中獲得的數(shù)據(jù)過度分散：（1）同一組三軸測試的土壤樣品取自同一土壤層中的同一土壤層。（2）重復平行測試被執(zhí)行了多次。

（三）中等圍壓下膨脹土的三軸抗剪強度指標

對于三軸試驗中的限制壓力部分，將限制壓力設置為600kPa，700kPa，800kPa。中圍壓下三軸試驗得到了各平行試驗的強度指標。并且對平行試驗選擇其平均值，獲得茹聚力達到了116.8kPa，其中內(nèi)摩擦角達到了15.280。挑選和平均值較為近似的數(shù)據(jù)將其當成試驗值，也就是選擇第10組試驗結果使其成為中圍壓下UU三軸試驗抗剪強度指標所需要的試驗值。

（四）大圍壓下膨脹土三軸抗剪強度指標

針對UU三軸試驗里的大圍壓段，圍壓被設置成為1100kPa和 1200kPa以及 1300kPa通過對于UU三軸試驗進行測試蝴蝶的數(shù)據(jù)去對在不同圍壓下土體抗剪強度指標產(chǎn)生的轉變進行分析，土體所具備的抗剪強度指標的準確確定直接對其選擇的基礎形式是不是需要對基礎完成加固處理產(chǎn)生影響，同時也對整體工程是不是可以順利進行產(chǎn)生影響。

（五）不同圍壓下軸向應力一應變特征與分析

1.原狀土樣其軸向應力和應變曲線在受到破壞的前線性階段相對較長，并且曲線線性呈現(xiàn)出階段性質的陡緩程度受到試驗施加圍壓作用產(chǎn)生的影響較為明顯，在試樣加載的時候其自身承受的圍壓不斷提升那么曲線則會越陡。（2）在圍壓達到200kPa的時候，試樣進行線性階段之后則會受損因此會產(chǎn)生峰值降低的問題，同時也會展現(xiàn)出十分軒主的脆性破壞特點，可是伴隨著圍壓的持續(xù)添加，圍壓保持在700kPa以及1200kPa的時候，試樣三軸應力應變曲線在進行線性階段之后會出現(xiàn)一段平緩線后才會產(chǎn)生峰值降低的情況，并且伴隨著圍壓的不斷提升，平緩線長度有所提升。這也顯示出當前伴隨著圍壓的提升土樣所具備的延性也會不斷的增長。

2.中、大圍壓下破壞大主應力的分析

通過土體其內(nèi)摩擦角以及茹聚力能夠對于各小主應力下與其相對的大主應力值，而三軸試驗里土樣其承擔的小主應力值則是在試驗中被添加的圍壓值，大主應力主要指的是土樣在軸向方向其所能夠擔負的最大壓力值。大主應力其自身的大小能夠間接展現(xiàn)出土體自身的強度值。所以本文將常規(guī)圍壓下測量獲得的土體茹聚力以及內(nèi)摩擦角當了計算參數(shù)，通過計算能夠獲得中圍壓和大圍壓下土體破壞產(chǎn)生的大主應力值，通過和三軸測量獲得的數(shù)據(jù)進行對比得出，認識到將常規(guī)圍壓下三軸試驗所得到的茹聚力以及內(nèi)摩擦角去對大圍壓下土體強度值產(chǎn)生的影響進行分析。

結束語

本文對于合某深基坑相同土層其原狀膨脹土進行相關研究，其中涉及到了土體的基本物理性質以及大圍壓下三軸強度特點所進行的研究，通過試驗獲得了一些有關的成果與結論，因為時間與精力有效，試驗以及研究過程仍然有需要補充并且不斷完善的地方。