Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度與電阻率關(guān)系研究

陳議城，黃 翔，陳學(xué)軍，張曉宸，班如龍

(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)

1 研究背景

隨著新時(shí)代生態(tài)經(jīng)濟(jì)體系構(gòu)建的不斷健全，全國各地相繼進(jìn)入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、城市規(guī)劃再調(diào)整的高峰，許多工業(yè)企業(yè)搬遷后遺留的工業(yè)用地均存在場地污染問題，其中重金屬污染是存在的主要土壤污染類型，給居民生活環(huán)境及工程建設(shè)活動帶來了嚴(yán)重的威脅，這引起了眾多環(huán)境巖土工作者的廣泛關(guān)注[1]。為了重新利用這些工業(yè)用地，需對污染場地的環(huán)境狀況及土體工程性質(zhì)進(jìn)行調(diào)查評估，傳統(tǒng)的調(diào)查研究主要集中在兩方面：一方面通過現(xiàn)場取樣與化學(xué)測試相結(jié)合，對污染場地進(jìn)行定性評價(jià)[2]；另一方面是通過室內(nèi)土工試驗(yàn)對污染土體的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行定量分析[3-4]。傳統(tǒng)的方法雖可得到較為準(zhǔn)確的測試結(jié)果，但化學(xué)測試費(fèi)用昂貴，大量的現(xiàn)場取樣及室內(nèi)土工試驗(yàn)費(fèi)時(shí)耗力，在現(xiàn)場無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測且容易對現(xiàn)場土體造成破壞。應(yīng)用地球物理方法解決實(shí)際工程問題是近幾年發(fā)展起來的前沿研究領(lǐng)域,電阻率法是該領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的一個(gè)重要分支，由于其在實(shí)際現(xiàn)場方面具有連續(xù)、快速、無損等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于巖土工程研究中[5]。

近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者針對重金屬污染土的電阻率特性開展了許多試驗(yàn)研究。Azhar等[6]通過電阻率法對地下土壤進(jìn)行剖面分析，以此研究重金屬遷移問題。Hazreek等[7]利用電阻率成像技術(shù)(ERI)對重金屬污染場地進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)重金屬注入前后土壤電阻率發(fā)生了顯著的變化，重金屬滲透區(qū)域出現(xiàn)低電阻現(xiàn)象。葉萌等[8]通過室內(nèi)正交試驗(yàn)定性分析，發(fā)現(xiàn)影響重金屬污染土電阻率變化的主次因素順序?yàn)椋何廴緷舛?含水率>土體類型。儲亞等[9]、孫亞坤等[10]通過室內(nèi)試驗(yàn)定量研究不同影響因素對重金屬污染土電阻率的影響，并建立了重金屬污染土的電阻率預(yù)測模型。眾多研究中大多集中在對重金屬污染土體電阻率這單一參數(shù)的靜態(tài)研究，對電阻率與其他參數(shù)的關(guān)系研究尚處于起步階段，特別有關(guān)重金屬污染土體強(qiáng)度特性與電阻率特性關(guān)系方面的研究更為罕見，在取得重金屬污染土體電阻率后，如何快速評價(jià)其強(qiáng)度特性是一個(gè)值得研究的問題。2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，銅污染點(diǎn)位超標(biāo)率為2.1%，僅次于鎘、砷、鎳[11]。因此開展Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度與電阻率的關(guān)系研究具有極大的學(xué)術(shù)價(jià)值和重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文以桂林紅黏土為研究對象，對直剪儀進(jìn)行改裝，在室內(nèi)開展不同濃度、不同干密度Cu2+污染紅黏土的直剪試驗(yàn)及電阻同步測試試驗(yàn)，對不同條件下的Cu2+污染紅黏土的抗剪強(qiáng)度特性及電阻率特性進(jìn)行研究，該研究極大地促進(jìn)電阻率法在快速評價(jià)重金屬污染紅黏土力學(xué)強(qiáng)度特性方面的應(yīng)用，為重金屬污染土場地的評價(jià)、治理提供了一定的理論支持。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

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

2.2 試樣制備

將取回的土樣風(fēng)干、碾碎，過2 mm篩，測其風(fēng)干含水率，并裝入塑料袋密封備用。根據(jù)濃度c=m(Cu2+)/m(土)及最優(yōu)含水率30.78%配制相應(yīng)濃度的硝酸銅溶液，再將硝酸銅溶液均勻分層地噴灑在土樣中，使得制備的5組土樣中Cu2+濃度c分別為0%、0.01%、0.1%、0.2%、0.3%，含水率為30.78%。均勻攪拌后的土樣用塑料薄膜密封并放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下(溫度(23±2)℃，濕度>90%)靜置24 h，使Cu2+與土樣充分反應(yīng)。等土樣充分潤濕后，根據(jù)土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[13]，將5種不同濃度Cu2+污染土分別制成干密度ρd=1.35、1.4、1.45 g/cm3的重塑環(huán)刀樣，每個(gè)干密度制4個(gè)平行試樣，用于4個(gè)不同垂直壓力下試驗(yàn)，共制取60個(gè)土樣。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,使被測土樣的溫度達(dá)到要求。

2.3 試驗(yàn)方法

目前，土體電阻率測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，四相電極法要比二相電極法更加復(fù)雜，且插入土樣中的探針容易對土樣造成擾動。因此，本文電阻測試采用VC4091C型LCR精密數(shù)字電橋，有效量程0.000 1～99.999 MΩ，測試采用低頻、交流、二相電極，為了方便起見，其電流頻率參考我國大多數(shù)學(xué)者采用的50 Hz[14-15]；直剪試驗(yàn)采用ZJ-Ⅱ電動應(yīng)變式直剪儀，對其進(jìn)行改裝，土樣分別在垂直壓力為100、200、300、400 kPa進(jìn)行不固結(jié)快剪試驗(yàn)，剪切速率為0.8 mm/min,剪切位移為6 mm時(shí)停機(jī)。改裝后的剪切盒示意圖如圖1所示，整體測試圖如圖2所示。

圖1 改裝的剪切盒示意圖Fig.1 Schematic diagram of modified shear box

圖2 整體測試圖Fig.2 Photo of overall test

所有的測試工作均在25 ℃室溫條件下進(jìn)行。具體試驗(yàn)步驟如下：①從恒溫箱中將經(jīng)過環(huán)境調(diào)節(jié)的土樣取出放入改裝過的剪切盒中，使其上下表面與定制的電極片緊密接觸；②將從剪切盒引出的導(dǎo)線接入電橋，并將電橋與電腦連接;③同步打開直剪儀及串口軟件開始進(jìn)行試驗(yàn)，記錄手輪轉(zhuǎn)數(shù)及量力環(huán)讀數(shù)，并通過串口軟件以1 000 ms/次實(shí)時(shí)發(fā)送試驗(yàn)全過程中土樣電阻的變化。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 Cu2+污染土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和電阻率變化特征

圖3 Cu2+污染紅黏土剪應(yīng)力、電阻率與剪切位移同步變化曲線Fig.3 Curves of shear displacement versus shear stressand resistivity of Cu2+ contaminated red clay

由圖3中的圖(a)、(c)、(e)、(g)、(i)可知，不同濃度Cu2+污染紅黏土剪應(yīng)力-剪切位移曲線均呈典型的應(yīng)變硬化型,剪應(yīng)力隨著剪切位移的增大而增大，且在剪切初期增長速度較快，當(dāng)剪切位移>4 mm之后逐漸趨于穩(wěn)定;隨著Cu2+濃度的增大，剪應(yīng)力絕對值逐漸減小。

由圖3中的圖(b)、(d)、(f)、(h)、(j)可知，不同濃度Cu2+污染紅黏土電阻率-剪切位移曲線與剪應(yīng)力-剪切位移曲線呈現(xiàn)出相反的變化趨勢，電阻率隨著剪切位移的增大而減?。粡乃赝恋轿廴就?，電阻率絕對值大幅降低；隨著Cu2+濃度的增大，電阻率絕對值逐漸減小，其變化范圍也逐漸縮小，素土?xí)r，電阻率變化范圍在350～180 Ω·m之間，當(dāng)Cu2+濃度為0.3%時(shí)，其變化范圍已降至5.1～3.6 Ω·m之間。造成這一現(xiàn)象的主要原因是：土體中存在3條導(dǎo)電路徑，電流主要通過土顆粒間、孔隙液間以及土水相間而成的路徑進(jìn)行傳導(dǎo)[16]。不同濃度Cu2+污染紅黏土在剪切過程中，土顆粒發(fā)生滑移，剪切面處的部分顆粒被擠壓進(jìn)入顆粒間的孔隙，土體被壓密，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，且剪縮過程，土體體積減小伴隨著孔隙間空氣的排出且水膜厚度變薄、面積增大，這導(dǎo)致三相體中固液二相相對體積含量增加，與此同時(shí)，粒團(tuán)間的大孔隙被填充，孔隙率減小、孔隙水的飽和度增大，使得孔隙液連通性增強(qiáng)，增強(qiáng)了孔隙液間的導(dǎo)電性，因此電阻率隨著剪切位移的增大而減??；Cu2+的加入大大增強(qiáng)了土體的導(dǎo)電性，因此，從素土到污染土，電阻率絕對值大幅降低，且隨著Cu2+濃度的增大而減??；同時(shí)由于Cu2+的不斷增加，減小了電阻率對土體剪切過程中結(jié)構(gòu)變化的影響，因此隨著Cu2+濃度的增大，電阻率變化范圍逐漸縮小。

3.2 初始干密度對抗剪強(qiáng)度、電阻率的影響

依據(jù)規(guī)范取剪切位移為4 mm處所對應(yīng)的剪應(yīng)力為抗剪強(qiáng)度，同理也取剪切位移為4 mm處的電阻率作為參考。不同濃度條件下抗剪強(qiáng)度、電阻率與干密度間的變化規(guī)律相似，以濃度為0.3%的污染土為例，圖4為Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度、電阻率與干密度間的關(guān)系曲線。

圖4 Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度、電阻率與干密度的關(guān)系曲線Fig.4 Curves of dry density versus shear strength andresistivity of Cu2+ contaminated red clay

由圖4可知，Cu2+污染紅黏土的抗剪強(qiáng)度、電阻率與初始干密度的關(guān)系曲線變化趨勢正好相反，抗剪強(qiáng)度隨初始干密度的增大近似線性增大；電阻率隨初始干密度的增大近似線性減小。這是因?yàn)椋撼跏几擅芏仍酱?，土體越密實(shí)，土顆粒間接觸越緊密，其結(jié)構(gòu)性越好，抵抗變形的能力越強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度越大；初始干密度越大，土體越密實(shí)，土顆粒間接觸越緊密，接觸面積增大，土顆粒間導(dǎo)電性增強(qiáng)，且干密度越大，孔隙率越小、孔隙液的飽和度越大，使得孔隙液連通性增強(qiáng)，孔隙液間的導(dǎo)電性增強(qiáng)，土體導(dǎo)電性越好，電阻率越小。

3.3 垂直壓力對抗剪強(qiáng)度、電阻率的影響

不同初始干密度條件下抗剪強(qiáng)度、電阻率與垂直壓力間的變化規(guī)律相似，以干密度=1.40 g/cm3為例，圖5為不同濃度Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度、電阻率與垂直壓力間的關(guān)系曲線。

圖5 Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度、電阻率與垂直壓力的關(guān)系曲線Fig.5 Curves of vertical pressure versus shear strengthand resistivity of Cu2+ contaminated red clay

由圖5可知，不同濃度Cu2+污染紅黏土的抗剪強(qiáng)度、電阻率與垂直壓力的關(guān)系曲線的變化趨勢正好相反，抗剪強(qiáng)度隨垂直壓力的增大而近似線性增大；電阻率隨垂直壓力的增大而近似線性減?。粡乃赝恋轿廴就?，電阻率在不同垂直壓力下的變化范圍大大降低，且隨著濃度增大，變化范圍逐漸減小，從素土到濃度0.3%污染土，電阻率變化范圍分別為315.03～201.67、73.49～54.58、9.43～6.96、6～5.18、4.67～3.84 Ω·m，不同濃度下電阻率的變化范圍沒有交集，不同的變化范圍反映不同Cu2+濃度，可用于土體污染程度監(jiān)測。

呈現(xiàn)上述變化規(guī)律主要原因是：垂直壓力越大，土體被擠壓得越密實(shí)，顆粒間的接觸越緊密，其導(dǎo)電性越好，結(jié)構(gòu)性越好，抵抗變形的能力越強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度越大，電阻率越小。

3.4 Cu2+濃度對抗剪強(qiáng)度、電阻率的影響

不同初始干密度條件下抗剪強(qiáng)度、電阻率與Cu2+濃度間的變化規(guī)律相似，以干密度ρd=1.40 g/cm3為例，圖6為不同垂直壓力作用下Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度、電阻率與Cu2+濃度間的關(guān)系曲線。

圖6 Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度、破壞電阻率與Cu2+濃度關(guān)系曲線Fig.6 Curves of Cu2+ concentration versus shear strengthand resistivity of Cu2+ contaminated red clay

由圖6(a)可知，不同垂直壓力作用下Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度與Cu2+濃度間均呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，抗剪強(qiáng)度隨Cu2+濃度的增大而減?。划?dāng)Cu2+濃度為0.3%時(shí)，土體在各垂直壓力作用下的抗剪強(qiáng)度平均損失率達(dá)到30.28%，說明Cu2+污染溶液對紅黏土的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生顯著的影響。究其原因主要是：土體受到污染后，部分Cu2+發(fā)生水解，使水溶液呈酸性狀態(tài)。酸性的水溶液進(jìn)入土體后，土體中的各類礦物成分及顆粒間膠結(jié)物質(zhì)與酸性溶液發(fā)生反應(yīng)而溶蝕流失，粒團(tuán)內(nèi)(間)的膠結(jié)作用變?nèi)?，使得水穩(wěn)定性團(tuán)聚體破壞，進(jìn)而引起土體結(jié)構(gòu)性的改變，粒團(tuán)內(nèi)(間)孔隙變大，顆粒間的接觸面積變小，其連接強(qiáng)度減弱，整體穩(wěn)定性變差，從而造成抗剪強(qiáng)度的弱化。

由圖6(b)可知，不同垂直壓力作用下Cu2+污染紅黏土破壞電阻率與Cu2+濃度間均呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，破壞電阻率ρ1隨著Cu2+濃度的增加，先劇烈減小，再逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定。當(dāng)Cu2+濃度較小時(shí)，Cu2+的少量增加便能引起破壞電阻率的劇烈降低。在垂直壓力P=100、200、300、400 kPa作用下，素土的電阻率分別為315.02、266.69、245.96、201.67 Ω·m，當(dāng)c(Cu2+)為0.01時(shí)，電阻率分別跌至73.49、69.79、66.91、54.58 Ω·m，其平均損失率高達(dá)74.06%；隨著c(Cu2+)逐漸增加到一定程度，電阻率減小速率逐漸變緩，當(dāng)c(Cu2+)達(dá)到0.1%之后，變化曲線逐漸趨于穩(wěn)定，且在這階段，不同垂直壓力作用下的電阻率相差無幾。呈現(xiàn)上述變化規(guī)律的主要原因是：達(dá)到最優(yōu)含水率的土體，粒團(tuán)間的孔隙水連通性已達(dá)到較好狀態(tài)，導(dǎo)電路徑以孔隙液間的導(dǎo)電為主，土體受到污染后，孔隙液中的Cu2+具有較強(qiáng)活動性，在黏土礦物片強(qiáng)大的靜電引力作用下會優(yōu)先被吸附進(jìn)入固定層，而固定層的導(dǎo)電性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于擴(kuò)散層，因此當(dāng)c(Cu2+)較小時(shí)，Cu2+少量增加便能引起土體電阻率的劇烈減少；隨著c(Cu2+)逐漸增加到一定程度，黏土礦物片表面的吸附位逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，多余的Cu2+進(jìn)入擴(kuò)散層，與粒團(tuán)間各類膠結(jié)物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，使得粒團(tuán)間孔隙液中帶電離子變多，導(dǎo)電性進(jìn)一步增強(qiáng)，但因擴(kuò)散層導(dǎo)電性遠(yuǎn)不及固定層，因此電阻率下降幅度逐漸放緩；當(dāng)Cu2+濃度繼續(xù)增大時(shí)，土體中的礦物成分及各類膠結(jié)物質(zhì)溶蝕流失作用增強(qiáng)，土體結(jié)構(gòu)性破壞增強(qiáng)，粒團(tuán)間孔隙增大，一方面土顆粒間的距離加長，接觸面積減小，土顆粒間導(dǎo)電性減弱；另一方面，孔隙率的增大會抑制孔隙液中導(dǎo)電離子濃度的增大，兩方面綜合作用逐步抵消了導(dǎo)電離子數(shù)量增大產(chǎn)生的影響，因此當(dāng)c(Cu2+)>0.1%時(shí)，電阻率逐步趨于穩(wěn)定。

3.5 Cu2+濃度對抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、電阻率指標(biāo)的影響

由規(guī)范可知，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力C、內(nèi)摩擦角φ分別為抗剪強(qiáng)度-垂直壓力關(guān)系曲線在縱軸上的截距及該關(guān)系直線的傾角；以此原理取電阻率-垂直壓力關(guān)系曲線在縱軸的截距及該關(guān)系曲線傾角作為電阻率指標(biāo)參考值，并將縱軸截距定義為初始電阻率ρ0。初始電阻率ρ0表示垂直壓力為0時(shí)，土體的電阻率大小，電阻率關(guān)系曲線傾角φ0能夠體現(xiàn)電阻率對土體剪切過程中結(jié)構(gòu)變化的反映情況。圖7表示不同干密度條件下，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(C、φ)、初始電阻率ρ0、電阻率關(guān)系曲線傾角φ0與Cu2+濃度的關(guān)系曲線。

圖7 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、電阻率指標(biāo)與Cu2+濃度關(guān)系曲線Fig.7 Relations of shear strength indexes and resistivityindexes against Cu2+ concentration

由圖7中的圖(a)、(c)可知，不同干密度條件下土體的黏聚力C、內(nèi)摩擦角φ與Cu2+濃度間的關(guān)系曲線變化趨勢與抗剪強(qiáng)度-Cu2+濃度間的變化趨勢相似，均呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，均隨著Cu2+濃度的增加而減小。Cu2+對抗剪強(qiáng)度的弱化作用主要是黏聚力和內(nèi)摩擦角弱化引起的[17]。黏聚力主要來源于粒團(tuán)間的分子引力、各類膠結(jié)物膠結(jié)及水化膜連接，內(nèi)摩擦角主要與顆粒間的滑動摩擦力和咬合力、土體顆粒結(jié)構(gòu)形狀大小、密實(shí)度等有關(guān)。土體受Cu2+污染后，由于環(huán)境pH值的減小黏土礦物片表面熱力學(xué)電位降低，水化膜厚度變薄，水化膜連接強(qiáng)度減弱；粒團(tuán)表面的游離氧化鐵包膜減少，粒團(tuán)間的分子引力減??；且粒團(tuán)內(nèi)(間)的各類膠結(jié)物發(fā)生溶蝕，膠結(jié)強(qiáng)度遭受破壞，因此黏聚力C隨著Cu2+濃度的增加而減少。物質(zhì)成分改變的同時(shí)也會改變顆粒間的排列組合方式，水解后的酸性溶液對土體的溶蝕作用使得粒團(tuán)內(nèi)(間)孔隙變大，使顆粒間的咬合力和滑動摩擦力下降，且溶蝕反應(yīng)過程最先發(fā)生在顆粒的棱角部位，使得顆粒表面的粗糙程度變小，因此內(nèi)摩擦角φ隨Cu2+濃度增加而減小。

由圖7中的圖(b)、(d)可知，不同干密度條件下土體的電阻率指標(biāo)ρ0、φ0與Cu2+濃度間的關(guān)系曲線變化趨勢與電阻率與Cu2+濃度間的變化趨勢相同，均呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系，均隨著Cu2+濃度的增大先劇烈減小，再逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定。初始電阻率呈現(xiàn)上述變化規(guī)律的原因跟3.4節(jié)破壞電阻率變化的原因一樣；由于Cu2+的加入，減小了電阻率對土體剪切過程中結(jié)構(gòu)變化的反映情況，而電阻率關(guān)系曲線傾角φ0能夠體現(xiàn)電阻率對土體剪切過程中結(jié)構(gòu)變化的反映情況，即能反映電阻率變化范圍的大小，與3.3節(jié)電阻率變化范圍變化規(guī)律一致。從素土到污染土，電阻率在不同垂直壓力下的變化范圍大大降低，且隨著濃度增大，變化范圍逐漸減小，但減小速率逐漸變緩，最后逐漸趨于穩(wěn)定。

3.6 抗剪強(qiáng)度與電阻率之間的關(guān)系

抗剪強(qiáng)度是土體重要的強(qiáng)度特性參數(shù)指標(biāo)之一，電阻率是土體物性參數(shù)之一，兩者都是土體的固有屬性，這2種參數(shù)之間存在某種內(nèi)在聯(lián)系。以Cu2+濃度為中間變量，將所測得的抗剪強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分別與對應(yīng)的電阻率、電阻率指標(biāo)進(jìn)行對比關(guān)聯(lián)，找到不同干密度、不同濃度Cu2+污染紅黏土強(qiáng)度特性指標(biāo)與電學(xué)特性指標(biāo)之間的變化關(guān)系，圖8表示不同干密度條件下Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度與破壞電阻率的關(guān)系曲線；圖9、圖10分別為不同干密度條件下Cu2+污染紅黏土黏聚力與初始電阻率、內(nèi)摩擦角與電阻率關(guān)系曲線傾角的關(guān)系曲線。

圖8 抗剪強(qiáng)度-電阻率關(guān)系曲線Fig.8 Curves of shear strength vs. resistivity

圖9 黏聚力-初始電阻率關(guān)系曲線Fig.9 Curves of cohesion vs. initial resistivity

圖10 內(nèi)摩擦角-關(guān)系曲線傾角關(guān)系曲線Fig.10 Curves of internal friction angle vs. inclinationof relation curves

從圖8可知，不同干密度、不同濃度的Cu2+污染紅黏土在各垂直壓力作用下的抗剪強(qiáng)度與破壞電阻率間均呈現(xiàn)出較好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，抗剪強(qiáng)度均隨著電阻率的增大而增大，它們的擬合公式如表2所示。

從圖9、圖10可知，不同干密度、不同濃度條件下Cu2+污染紅黏土黏聚力與初始電阻率、內(nèi)摩擦角與電阻率關(guān)系曲線傾角的關(guān)系曲線變化趨勢一致，均呈現(xiàn)出較好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，黏聚力均隨著初始電阻率的增大而增大，內(nèi)摩擦角均隨電阻率關(guān)系曲線傾角的增大而增大，它們的擬合公式如表3所示。

表2 抗剪強(qiáng)度-破壞電阻率的關(guān)系式Table 2 Relations between shear strength and resistivity

表3 黏聚力-初始電阻率、內(nèi)摩擦角-電阻率關(guān)系曲線傾角的關(guān)系式Table 3 Relations of cohesion vs. initial resistivity andinternal friction angle vs. inclination of relation curve

由表3可知，黏聚力-初始電阻率、內(nèi)摩擦角-電阻率關(guān)系曲線傾角的決定系數(shù)R2均在0.9以上，相關(guān)性較高。由此再次證明將電阻率法應(yīng)用于重金屬污染紅黏土強(qiáng)度特性評價(jià)是完全可行的?？衫秒娮杪史ú⒔Y(jié)合上述定量關(guān)系快速評價(jià)不同干密度、不同濃度條件下Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度及其指標(biāo)(C、φ)的變化情況。

4 結(jié) 論

(1)Cu2+污染紅黏土剪應(yīng)力-位移曲線呈典型的應(yīng)變硬化型，其變化趨勢與同步的電阻率-剪切位移曲線相反，剪應(yīng)力隨剪切位移的增大而增大，而電阻率隨剪切位移的增大而減小；隨著Cu2+濃度的增大，剪應(yīng)力、電阻率絕對值均逐漸減小。

(2)Cu2+污染紅黏土的抗剪強(qiáng)度隨著初始干密度、垂直壓力的增大近似線性增大；電阻率隨著初始干密度、垂直壓力的增大近似線性減小。

(3)Cu2+污染紅黏土的抗剪強(qiáng)度及其指標(biāo)黏聚力C、內(nèi)摩擦角φ與Cu2+濃度間的關(guān)系曲線變化趨勢相似，均呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，均隨著Cu2+濃度的增大而減小；電阻率及其指標(biāo)初始電阻率ρ0、電阻率關(guān)系曲線傾角φ0與Cu2+濃度間的變化趨勢相同，均呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，均隨著Cu2+濃度的增加，先劇烈減小，再逐漸變緩，最后趨于穩(wěn)定。

(4)Cu2+污染紅黏土的抗剪強(qiáng)度與電阻率、黏聚力與初始電阻率、內(nèi)摩擦角與電阻率關(guān)系曲線傾角間的變化趨勢一致，均呈較好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，因此可利用電阻率法快速定量分析不同干密度、不同濃度條件下Cu2+污染紅黏土抗剪強(qiáng)度及其指標(biāo)(C、φ)的變化情況，以達(dá)到快速評價(jià)Cu2+污染紅黏土工程性質(zhì)變化的效果。