基于靜三軸試驗條件下砂類土臨界孔隙比的研究

劉永高

【摘 要】石家莊正定新區(qū)位于滹沱河北岸，其地層中廣泛分布松散狀態(tài)下的砂類土，該砂類土的物理力學(xué)特征關(guān)系到正定新區(qū)未來建筑物安全的重要問題。本文將利用三軸試驗對該區(qū)域內(nèi)的砂類土進(jìn)行實驗分析，在此基礎(chǔ)上得出砂類土相應(yīng)的臨界孔隙比，對今后的工程建設(shè)提供一定的指導(dǎo)意見。

【關(guān)鍵詞】正定新區(qū)；砂類土；三軸試驗；臨界孔隙比

1.前言

依據(jù)土力學(xué)基本原理與工程實踐表明，松散狀態(tài)砂土受剪切時體積會變小，也就是孔隙比減小，密度相應(yīng)增大。而密實狀態(tài)的砂土受剪切時發(fā)生剪脹現(xiàn)象，及孔隙比增大，密度減小。因此在密實與松散狀態(tài)之間，有某個孔隙比，當(dāng)砂土受到剪切時體積保持不變，這個狀態(tài)下孔隙比稱臨界孔隙比ecr 。

測定砂土臨界孔隙比的試驗方法，現(xiàn)在還沒有相關(guān)的規(guī)范要求，現(xiàn)階段的試驗研究是在不斷摸索中進(jìn)行，因此本試驗是在借鑒有關(guān)資料與文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計新的試驗方案進(jìn)行操作，最終確定其臨界孔隙比ecr。

2.試驗原理

臨界孔隙比ecr可以通過三軸固結(jié)排水剪（CD）試驗來測定。試樣在不同密度時，在相同固結(jié)壓力σ3下，進(jìn)行排水剪切試驗，試樣剪破時的體積變化量為ΔV，ΔV最大時對應(yīng)的孔隙比為該固結(jié)壓力σ3下的臨界孔隙比ecr 。

飽和砂類土在剪切過程中的排水量等于砂土孔隙體積的減少量。而土體體積的變化反映了孔隙比的變化。因此，通過記錄排水量的數(shù)值，計算相應(yīng)孔隙比的大小。

土樣加水飽和后對應(yīng)的孔隙比為試驗前的孔隙比，隨后施加一定的圍壓使其初步固結(jié)，此時孔隙比定義為固結(jié)孔隙比，接著在一定的圍壓下，施加軸向應(yīng)力逐漸使其壓縮，同時觀察排水管的水位，水位上升，表示土樣正在剪縮；當(dāng)水位穩(wěn)定不再上漲，可以說明此時砂土體積無變化。繼續(xù)施加軸向應(yīng)力，則水位開始下降，這一過程說明土樣開始剪脹。水位穩(wěn)定在最大時對應(yīng)的孔隙比即為砂土的臨界孔隙比。

3.孔隙比計算公式

3.1試驗前孔隙比計算

3.2固結(jié)后的孔隙比計算

3.3臨界孔隙比計算

4.數(shù)據(jù)分析

通過數(shù)據(jù)對比分析，可以得出：

（1）相同的砂土，隨著圍壓的增大，臨界孔隙比相應(yīng)減小。這表示埋深越大，臨界孔隙比越小。

（2）相同的砂土，初始密度不同，在相同圍壓的條件下臨界孔隙比相同。這表示在現(xiàn)場實際條件下，同一種砂土在埋深一樣的情況下，臨界孔隙比相同。

（3）不同的砂土，在圍壓相同時，顆粒粒徑越大，臨界孔隙比越大。這表示埋深相同的情況下，隨著砂土粒徑的 大，臨界孔隙比相應(yīng)增大，這說明越粗的砂越不易液化。

（4）本區(qū)域的建筑物在地基處理時，結(jié)合工程安全性與試驗過程中所產(chǎn)生的誤差，應(yīng)將本區(qū)松散砂土的天然孔隙比經(jīng)過處理，使其低于0.7為適。

5.結(jié)論

通過靜三軸試驗，對正定新區(qū)廣泛分布的砂類土其臨界孔隙比進(jìn)行研究，分析出該區(qū)域內(nèi)的砂類土臨界孔隙比，通過這一孔隙比可以為砂土液化的臨界狀態(tài)提供一定參考，也可以為將來地基抗液化處理提供一定的指導(dǎo)。本區(qū)松散砂土的天然孔隙比經(jīng)過地基處理后，建議使其低于0.7為適。

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