黃土強度指標(biāo)與含水率的關(guān)系的試驗探索

閆愛軍

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

黃土強度指標(biāo)與含水率的關(guān)系的試驗探索

閆愛軍

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

通過對黃土原狀試樣、輕型擊實土樣、重型擊實土樣，利用快速剪切試驗對三種土樣在不同含水條件下的試驗研究，借助于試驗結(jié)論的數(shù)據(jù)對比分析，得出黃土的抗剪強度指標(biāo)（內(nèi)聚力C與內(nèi)摩擦角值φ）與黃土的含水率ω之間的關(guān)系，一般情況下，原狀土內(nèi)摩擦角φ隨含水率ω的變化不大，但原狀土內(nèi)聚力會隨含水率的提高而降低；對于重塑土樣，強度指標(biāo)會受到含水率ω和擊實能量的影響，在擊實能相同的情況下，在靠近最優(yōu)含水率時，內(nèi)聚力最大。

黃土；直剪試驗；強度指標(biāo)；含水率

1. 前言

土的強度即就是抗剪強度是衡量土體強度的非常重要的指標(biāo)之一，但是自從1777年庫倫提出砂土的庫倫定律以來，人們對土的研究從沒有停止。在最近10年內(nèi)，我國學(xué)者同樣做了大量的研究，例如：米海珍等[1]利用常規(guī)三軸試驗，研究了蘭州非飽和黃土；劉熙媛等[2]同樣使用常規(guī)三軸，研究了河北省非飽和黃土。其研究結(jié)果都表明：黃土的粘聚力受含水率的影響較大，而內(nèi)摩擦角所受的影響不明顯。沈珠江等[3]，盧肇君等[4]，黨進(jìn)謙等[5]分別就非飽和黃土的抗剪強度理論，以及非飽和黃土的三軸強度問題進(jìn)行了大量的試驗研究與理論探索。

但由于黃土自身的復(fù)雜性與結(jié)構(gòu)特性，雖然人們在黃土的研究中，取得了大量的成績，但是對黃土的研究與探索依然沒有止步。結(jié)合楊凌地區(qū)的黃土，通過影響黃土的各項物理力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)行試驗，并對試驗進(jìn)行分析，從而得出，能夠服務(wù)于本地區(qū)建設(shè)的指導(dǎo)性數(shù)據(jù)與試驗經(jīng)驗。

2 .試驗方法的選定

黃土的抗剪強度從表面上看，直接決定于土的C與φ，但實際上與組成土的礦物成、土顆粒的顆粒級配、土的含水率ω以及土中空氣的存在方式等分密不可分，但土的強度最容易受到影響的因素不多，其中土的含水率ω和改良黃土?xí)r的擊實功的大小是影響土的抗剪強度最大因素。結(jié)合實際情況，借助直接剪切試驗對黃土試樣進(jìn)行試驗分析研究，得出黃土強度與含水率ω之間的關(guān)系。

3 .試驗土樣的選擇與制備

3.1 試樣選取

試驗土樣選擇在楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院校內(nèi)，結(jié)合學(xué)生公寓的基礎(chǔ)工程開挖，在地下5米的位置取土，土樣為黃褐色、結(jié)構(gòu)致密，馬蘭黃土，通過對原狀土的土工室內(nèi)試驗，得到表1。

3.2 土樣制備

選擇試驗點的原裝土樣若干，依據(jù)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》制成直剪土樣后風(fēng)干，測得其含水率為2%。又依據(jù)上標(biāo)準(zhǔn)，制備不同含水的土樣，加水量依照下面公式計算：

式中：wm——制備試驗所需要的加水量（g）；0m——土樣質(zhì)量（g）；0ω——土樣原始含水率（%）；

1ω——制樣要求的含水率（%）；

根據(jù)對土樣的擊實試驗，可以知道此試驗點土樣的最優(yōu)含水率為18.5%，故此，在制備土樣時，采用含水分布為13%、15%、17%、19%、21%，試樣配制指標(biāo)見下表2：

4.試驗數(shù)據(jù)結(jié)果與分析

4.1 試驗數(shù)據(jù)成果

試驗使用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的DJY-4型四聯(lián)等應(yīng)變直剪儀?？旒粼囼灱羟兴俾蕿?.8mm/min，在3～6min內(nèi)剪損，豎向壓力分別為50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、600kPa，試驗結(jié)果見表3：

4.2 試驗數(shù)據(jù)分析

（1）通過對原裝土試驗數(shù)據(jù)分析

通過對原狀土樣直剪試驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析，從圖1看出原狀土樣的內(nèi)聚力c隨含水率ω的不斷增大而大幅度降低，分析其主要影響因素是：在原狀土浸入水后，使得土體結(jié)構(gòu)軟化，尤其隨土中含水量不斷地增大，結(jié)合水膜也不斷地增厚，土粒之間距離增大，結(jié)合力減小，從而使得黃土結(jié)構(gòu)強度降低，土體抵抗剪應(yīng)力的能力被削弱，從而導(dǎo)致抗剪強度值降低。而圖曲線可以反映出，內(nèi)摩擦角φ變化較為平緩，這是由于土的內(nèi)摩擦角φ的大小主要決定于土顆粒的大小、表面粗糙度以及顆粒間的嵌入、聯(lián)接、鎖緊作用等所產(chǎn)生的咬合力的大小，而對于原狀土樣，基本沒有破壞其本質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此，內(nèi)摩擦角φ變化較為平穩(wěn)。土顆粒與水的結(jié)合方式會影響內(nèi)聚力c的大小，當(dāng)含水率不大的情況下，通過對數(shù)據(jù)分析擬合可得到：

（2）對輕型擊實土樣直剪試驗數(shù)據(jù)分析

通過圖2可以看出，內(nèi)摩擦角φ變化較為平緩，但與原狀土樣對比，有明顯增大，這是因為相對于原狀土樣來講，輕型擊實土樣，經(jīng)過了重新組合并在組合的過程中，受到了沖擊能量的影響，土顆粒在沖擊能量的作用下，部分土顆粒之間的聯(lián)接更加緊密，嵌入程度加大、鎖緊作用明顯，因此內(nèi)摩擦角φ有一定程度的提高；同時，對比原狀土樣，輕型擊實土樣的內(nèi)聚力也有明顯增大，就其曲線發(fā)展趨勢分析，內(nèi)聚力在沒有達(dá)到最優(yōu)含水率18.5%之前，隨著含水率的增長而提高，但當(dāng)含水率大于最優(yōu)含水時，內(nèi)聚力又稱下降趨勢，通過對內(nèi)聚力變化曲線數(shù)據(jù)擬合可以得到以下關(guān)系式：

（3）重型擊實土樣直剪試驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析

重型擊實土樣與原狀、輕型擊實土樣試驗結(jié)果對比，內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角都有明顯增大，但可以看出，重型擊實土樣的內(nèi)摩擦角更大一點，這是因為沖擊能量更大，使得土顆粒之間的結(jié)合更加緊密，形成的咬合作用更為突出，故此，內(nèi)摩擦角提高；內(nèi)聚力變化曲線，更進(jìn)一步表現(xiàn)出，在土中含水率沒有達(dá)到最優(yōu)含水率之前，隨著含水率的增長而提高，但當(dāng)含水率大于最優(yōu)含水時，內(nèi)聚力又稱下降趨勢；同時，內(nèi)聚力的大小與擊實能量的大小有關(guān)，隨擊實能量的提高而增大，通過對內(nèi)聚力變化曲線數(shù)據(jù)擬合可以得到以下關(guān)系式：

5.結(jié)束語

通過對原狀、輕型擊實、重型擊實土樣各自不同含水率的直剪試驗研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）通過對原狀土樣試驗數(shù)據(jù)分析，可知黃土原始內(nèi)聚力的大小不隨外力的變化而變化，而與含水量密切相關(guān)。其變化規(guī)律可以用表達(dá)式：來反映。

（2）對于重塑黃土而言，由于擊實能量的不同，直接影響著黃土顆粒的結(jié)合情況，一般而言，顆粒結(jié)合地緊密程度與擊實能量成正比；在擊實能量相同的條件下，含水率的變化直接影響著黃土抗剪強度的大小，呈現(xiàn)的規(guī)律為：

[1]米海珍，李如夢等．含水量對蘭州黃土剪切強度特性的影響[J]．甘肅科學(xué)學(xué)報，2006,18(1)：78-81．

[2]劉熙媛等．河北省非飽和土含水量與抗剪強度參數(shù)關(guān)系的試驗研究[J]．河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，35(3)：98-101．

[3]沈珠江．當(dāng)前非飽和土力學(xué)研究的若干問題[C]．區(qū)域性土的巖土工程問題學(xué)術(shù)討論會論文集．南京：原子能出版社，1996，1-9．

[4]盧再華，陳正漢等．南陽膨脹土變形與強度特性的三軸試驗研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，21(5)：717-723．

[5]黨進(jìn)謙，李靖．非飽和黃土的強度特征[[J]．巖土工程學(xué)報，1997,19(2)：56-61．

[6]李兆平，張彌，趙慧麗．含水量的變化對非飽和土強度影響[[J]．西部探礦工程，2001,(4)：1-3．

[7]熊承任，劉保探等．重塑非飽和粘性土UU抗剪強度參數(shù)與飽和度的關(guān)系[J]．水土保持通報，2003,23(6)：19-22．

[8]葉朝良，岳祖潤等．原狀殘積粉質(zhì)粘土的飽和度與抗剪強度關(guān)系的研究初探[J]．路基工程，2002,(1)．

[9]張茂花，謝永利，劉保?。鰸駮r黃土的抗剪強度特性分析[J]．巖石力學(xué)，2006,27(7)：1195-1200．

[10]繆林昌，殷宗澤，劉松玉．非飽和膨脹土強度特性的常規(guī)三軸試驗研究[[J]．東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué))，2000，30(1)：121-125．

[11]邵生俊，周飛飛等．原狀黃土結(jié)構(gòu)性及其定量化參數(shù)研究[J]．巖土工程學(xué)報，2004，26(4)：531-536．

[12]沈珠江．理論土力學(xué)[M]．北京：中國水利水電出版社，2000．21-23，73--75 ,291-292．

G322

B

1007-6344（2015）10-0065-02

閆愛軍（1974-），男（漢族）、陜西渭南人，碩士研究生，講師，主要從事巖土工作教學(xué)工作。

高職基礎(chǔ)工程專業(yè)特色教學(xué)實訓(xùn)基地建設(shè)的探索與研究 編號：GJ1408