酸堿性對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響

馮 闖 彭定錢(qián)

(新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830002)

酸堿性對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響

馮 闖 彭定錢(qián)

(新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830002)

通過(guò)對(duì)酸性土、堿性土、中性土進(jìn)行直剪實(shí)驗(yàn)，將酸性土、堿性土得出的結(jié)果與中性土的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出酸堿性可以提高土的抗剪強(qiáng)度。

直剪實(shí)驗(yàn) 酸堿性 抗剪強(qiáng)度

土壤的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪切變形，當(dāng)土中某點(diǎn)由外力所產(chǎn)生的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，土就沿著剪應(yīng)力作用方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，該點(diǎn)便發(fā)生剪切破壞。工程實(shí)踐和室內(nèi)試驗(yàn)都證實(shí)了土是由于受剪而產(chǎn)生破壞，剪切破壞是土體破壞的重要特點(diǎn)，因此，土的強(qiáng)度問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是土的抗剪強(qiáng)度問(wèn)題。

以往對(duì)于土的力學(xué)性質(zhì)的研究都是基于含水率、應(yīng)力歷史、顆粒組成等進(jìn)行研究酸堿性是否影響土壤的力學(xué)性質(zhì)是一個(gè)空白，而土壤卻真正存在不同的ph值，pH值的不同是否對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)有影響也是未知的。

本研究中，以新疆本地土作為研究對(duì)象，采用控制變量法，在含水率相同的情況下測(cè)量不同酸堿性土的抗剪強(qiáng)度，將結(jié)果與中性土的抗剪強(qiáng)度做對(duì)比得出結(jié)論。

1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的最簡(jiǎn)單的方法是直接剪切實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)稱為直剪實(shí)驗(yàn)。使用的儀器為直剪儀，而直剪儀按加荷方式不同分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種。本研究采用的是應(yīng)變控制式，根據(jù)庫(kù)侖定律在一般應(yīng)力上水平是土的抗剪強(qiáng)度與滑動(dòng)面上的法向應(yīng)力之間呈直線關(guān)系，直線在縱坐標(biāo)上的截距即為土的粘聚力c，直線的傾角即為土的內(nèi)摩擦角φ，c和φ稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。通過(guò)直剪實(shí)驗(yàn)可以得出內(nèi)摩擦角和粘聚力的值，對(duì)比酸性土、堿性土、中性土的c和φ值就可以得出酸堿性對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響。

2直剪實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）首先測(cè)出原樣土的pH值，通過(guò)實(shí)驗(yàn)配置出含水率為10%、11%（最佳含水率）、12%、13%、14%，以及pH在不同含水率時(shí)pH值分別為5、6、7、8、9的土樣。共計(jì)25組土樣

（2）將每組土樣分別制作五個(gè)試塊；

（3）將上、下盒對(duì)準(zhǔn)，插入固定銷，在下盒內(nèi)放入透水石和濾紙，將帶有試樣的環(huán)刀刀口向上，刀背向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，放置濾紙和上透水石，將試樣慢速推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀，加上傳力蓋板；

（4）安裝滑動(dòng)鋼珠、剪切盒和量力環(huán)，施加0.01N/mm2的預(yù)壓荷載，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，將量力環(huán)中百分表讀數(shù)調(diào)零。

（5）分別施加50Kpa、100Kpa、200Kpa、300Kpa、400Kpa的垂直壓力后，立即拔除固定銷，開(kāi)動(dòng)秒表，以0.8mm/min一周的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手輪(每轉(zhuǎn)周剪位移0.2mm)，使試樣在3～5min內(nèi)剪切破壞。手輪每轉(zhuǎn)二周，記錄一次量力環(huán)內(nèi)量表讀數(shù)一次，直至土樣剪切破壞。

剪切破壞標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)量力環(huán)中的百分表指針不再前進(jìn)，或有明顯后退時(shí)，取百分表讀數(shù)最大值；當(dāng)百分表指針不后退時(shí)，以剪切位移δ=4mm對(duì)應(yīng)的變形為百分表讀數(shù)；這時(shí)使剪切位 移達(dá)到6mm才停止剪切；

（6）剪切完后，倒轉(zhuǎn)手輪，移去垂直壓力，重復(fù)（2）～（5）的步驟對(duì)余下的試樣進(jìn)行不同垂直壓力作用下的試樣剪切。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

取土樣剪切位移為4mm時(shí)的剪應(yīng)力以及垂直荷載繪制直剪試驗(yàn)強(qiáng)度線（如下圖），從而確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值的大小。數(shù)據(jù)處理示例如下圖：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

當(dāng)含水率相同時(shí)時(shí)中性土的粘聚力c為最小值而當(dāng)土樣變?yōu)樗嵝詴r(shí)隨著pH值的減?。ū狙芯孔钚?）的減小粘聚力c將變大。當(dāng)土樣變?yōu)閴A性時(shí)隨著pH值的增大（本研究最大為9）粘聚力也將變大。

由上圖可以得出酸性土、堿性土、中性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和φ值如下表

名稱 c值（Kpa） φ值（°）Ph5含水率10% 48.715 34.90 Ph5含水率11% 64.405 34.05 Ph5含水率12% 88.820 31.29 Ph5含水率13% 101.21 22.73 Ph6含水率10% 65.712 38.31 Ph6含水率11% 68.312 35.65 Ph6含水率12% 68.312 34.05 Ph6含水率13% 86.716 29.04 Ph7含水率10% 26.713 38.58 Ph7含水率11% 28.995 37.77 Ph7含水率12% 31.207 37.41 Ph7含水率13% 32.025 37.33 Ph8含水率10% 52.704 33.84 Ph8含水率11% 51.334 40.35 Ph8含水率12% 68.845 29.29 Ph8含水率13% 79.312 28.56 Ph9含水率10% 54.240 33.20 Ph9含水率11% 63.507 37.84 Ph9含水率12% 56.845 35.03 Ph9含水率13% 96.524 22.32

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)酸性土與堿性土的抗剪承載力都比中性土的抗剪承載力高，所以，當(dāng)我們?cè)趯?shí)際工程中，以新疆為例，主要是堿性土，一遇到下雨（雨偏酸性），會(huì)導(dǎo)致土的堿性偏低，所以會(huì)導(dǎo)致土的抗剪承載力變低。所以，這次實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)際工程也有一定的意義。

[1]《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-1999）中國(guó)計(jì)劃出版社 1999年

[2]李保恒，李維昌，張煒；對(duì)土的強(qiáng)度參數(shù) C、φ值的認(rèn)識(shí)和探討.工程勘察,2009年增刊第2期

TU75

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1007-6344（2015）04-0116-01