重塑花崗巖殘積土土水特征曲線試驗(yàn)研究

林麗萍

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411101）

當(dāng)前，在國內(nèi)南方區(qū)域花崗巖殘積分布較為密集，通常被當(dāng)作公路路基輔料，然而，其跟普通土體相比具備獨(dú)特性。但是針對花崗巖殘積土的相關(guān)力學(xué)性能探究少之又少。針對非飽和土力學(xué)來講，可利用土水特征曲線反饋出土中基質(zhì)吸力的改變歷程。同時土水特征曲線又可反映土的體積含水率和基質(zhì)吸力相互間的聯(lián)系，借助此種關(guān)聯(lián)性把非飽和土強(qiáng)度和滲透特性關(guān)聯(lián)在一起，針對剖析邊坡的平穩(wěn)性產(chǎn)生了積極的影響[1]。因此本文對重塑花崗巖殘積土的土水特征曲線進(jìn)行試驗(yàn)探索，具有重要的意義。

一、花崗巖殘積土物理性質(zhì)

本文土樣來自某高速公路堤邊坡試驗(yàn)段，深度取樣2.6 至3.0 米。參照土工試驗(yàn)規(guī)范針對土樣實(shí)施室內(nèi)篩分試驗(yàn)和液、塑限試驗(yàn)探究，獲得土樣基礎(chǔ)物理性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如下表1 所示。

表1 花崗巖殘積土的物理性質(zhì)指標(biāo)與成分組成

二、土水特性試驗(yàn)具體探究

（一）土水特性試驗(yàn)探究

試驗(yàn)儀器采用壓力板儀。壓力室內(nèi)土樣經(jīng)過陶土板和板下自由水連接，在壓力室內(nèi)氣壓上升，陶土板上土樣整體水勢大于板下自由水勢時，土樣慢慢排水，直至陶土板上土壤土與陶土板下自由水水勢相等同終止，即為平衡形態(tài)。畢竟土樣與陶土板下自由水的溶質(zhì)勢、溫度勢與重力勢都為零，土樣基質(zhì)吸力相當(dāng)于壓力室內(nèi)氣壓。在獲知土樣初期含水率狀況下，在某吸力平衡之后，借助高精準(zhǔn)天平獲得試樣質(zhì)量，隨即運(yùn)算出對應(yīng)基質(zhì)吸力情況下的試樣含水率，進(jìn)而推算出土水特征曲線。

目前各類專家學(xué)者拋出了眾多不相同的土水特征曲線模型，絕大部分只是被應(yīng)用在低吸力段與中吸力的范疇。一般常用的Gardenr 模型、Fredlund&Xing 模型及其VanGenuchten 模型。

（二）試驗(yàn)具體計(jì)劃

本試驗(yàn)探究不同初始干密度針對重塑花崗巖殘積土土水特征曲線的干擾，應(yīng)用路堤邊坡壓實(shí)度當(dāng)作參照根據(jù)。試驗(yàn)初始干密度1.28、1.37、1.45、1.58g/cm3，分開實(shí)施重塑花崗巖殘積土制樣，各組試驗(yàn)分開應(yīng)用2 個平行試樣，從而降低結(jié)果偏差率。隨后借助抽真空飽和手段針對4 組重塑土樣實(shí)施飽和，隨后利用壓力板儀實(shí)施土水特征曲線試驗(yàn)。參照實(shí)踐項(xiàng)目要求，其利用壓力控制范疇為0 至0.3MPa、整體測試進(jìn)程中劃分兩個時段，具體為脫濕與增濕，率先實(shí)施吸濕試驗(yàn)，直至土樣二次飽和。參照試驗(yàn)信息推演出不同基質(zhì)吸力影響下土樣體積含水率，進(jìn)一步取得全面的脫濕與吸濕的土水特征曲線。

三、具體實(shí)驗(yàn)結(jié)論及其剖析

（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

室內(nèi)壓力板儀檢測數(shù)據(jù)分析，獲得質(zhì)量含水率和基質(zhì)吸力相互間的聯(lián)系。實(shí)施數(shù)值模擬剖析過程中，利用體積含水率和基質(zhì)吸力關(guān)系曲線，參照非飽和土力學(xué)質(zhì)量含水率和體積含水率相互間的運(yùn)算方法，從而計(jì)算出不同初始干密度脫濕和增濕時段的土水特征曲線。詳見如圖A 及圖B 所示。

圖A 基質(zhì)吸力/Kpa 脫濕時段

圖B 基質(zhì)吸力/Kpa 增濕時段

此外，參照下圖C 及圖D 所示，在0kPa 至1000kPa 范疇內(nèi)，花崗巖殘積土脫濕曲線并不是直觀展現(xiàn)的典型S 曲線形式，受試驗(yàn)條件限制只獲得花崗巖殘積土脫濕進(jìn)程中，過渡階段范疇的土水特征曲線。而不同干密度下土水特征曲線情況相同，伴隨著基質(zhì)吸力上升，土樣飽和度持續(xù)下降，隨后平緩降低至快速減少。而干密度針對重塑花崗巖殘積土土水特征曲線產(chǎn)生了極大干擾，同時干擾范疇為土水特征曲線過渡段，在較強(qiáng)基質(zhì)吸力下，不同密度土水特征曲線出現(xiàn)了互相攏合走向。

圖C 土水特征曲線典型形態(tài)

圖D 不同干密度下土水特征曲線試驗(yàn)點(diǎn)及模型擬合曲線

然而，干密度針對花崗巖殘積土土水特征曲線干擾呈現(xiàn)為：相同基質(zhì)吸力下，土樣飽和度伴隨干密度上升而上升，具體為土樣脫濕速率伴隨著干密度上升而下降；在相同飽和度下，機(jī)制吸力伴隨著干密度上升而上升；試樣進(jìn)氣值隨之干密度上升而上升。其關(guān)鍵為基質(zhì)吸力和土體間隙構(gòu)造相關(guān)聯(lián)，干密度大的土樣相對間隙小，連通性弱，造成空氣無法進(jìn)入，反之較大基質(zhì)吸力下水分方才可由小間隙流出，進(jìn)而造成干密度增大脫濕速率變小，進(jìn)氣值增大[2]。

（二）脫濕階段土水特征曲線剖析

圖A 獲知：不同初始干密度下重塑花崗巖殘積土水特征曲線顯著區(qū)分。在脫濕時段，伴隨著基質(zhì)吸力上升，飽和重塑花崗巖殘積土土水特征曲線漸漸從平穩(wěn)趨向于上下強(qiáng)烈波動隨后再趨于平穩(wěn)，土樣體積含水率變小，達(dá)到殘余含水量時曲線慢慢平穩(wěn)。干密度小的土樣土水特征曲線在較大干密度曲線下面，實(shí)施一樣基質(zhì)吸力情況下，干密度小的土樣脫濕速度增速。關(guān)鍵因素為初始干密度變小的飽和土樣，其里面構(gòu)造相互間空隙增大，水流途徑增大，空隙構(gòu)造干擾土水影響面積，隨之基質(zhì)吸力上升，土樣當(dāng)中水分流出速度加快，從而初始干密度變小，土樣脫濕速度加速。

（三）增濕階段土水特征曲線剖析

從上圖B 獲知：重塑花崗巖殘積土樣增濕進(jìn)程中，伴隨著體積含水率上升，基質(zhì)吸力降低，土水特征曲線上升。不同初始干密度下土水特征曲線完全不能實(shí)現(xiàn)最初飽和情況。在基質(zhì)吸力超出100kPa 時，土水特征曲線上升變動走向減速；基質(zhì)吸力為0 至100kPa 時，曲線上升變成了極速上升，增濕速率上升，同時干密度大的土樣曲線前后確保在干密度較小土樣曲線上方。其具體因素為伴隨著初始干密度上升，空隙變小，土樣里面水流途徑變小，土樣實(shí)現(xiàn)飽和變動速度下降。所以伴隨著干密度上升，土體中增濕速率下降。

四、不同路徑下土水特征曲線比較分析

在增濕與脫濕時段的土水特征曲線不相同，獨(dú)自變動規(guī)律極為顯著。尤其在同等基質(zhì)吸力狀況下，脫濕體積含水率顯著超出增濕時段[3]。土樣在脫濕進(jìn)程中，急需更大體積含水量形態(tài)，方才能實(shí)現(xiàn)與吸濕進(jìn)程具備一樣的基質(zhì)吸力，具體為在等同體積含水率情況下，脫濕時段基質(zhì)吸力高于增濕時段。具體因素為土樣率先實(shí)施脫濕，隨后實(shí)施增濕，其在脫濕進(jìn)程中，伴隨著基質(zhì)吸力上升，土體里面構(gòu)造產(chǎn)生變動，所以增濕進(jìn)程中土樣無法獲得初始構(gòu)造形態(tài)。相反也無法避免試驗(yàn)中形成的偏差干擾。

借助兩條土水特征曲線延長線不難發(fā)現(xiàn)重塑花崗巖殘積土樣的進(jìn)氣值非常小，大約10KPA，此為花崗巖殘積土遭受不同礦物成分干擾所致。而礦物成分當(dāng)中的石英、葉蛇紋石等大顆粒較多，造成殘積土樣中留存了巨大的間隙，因此，殘積土進(jìn)氣值非常小。通過試驗(yàn)獲得重塑花崗巖殘積土剩余體積含水率25%至30%，從而表明初始干密度大的花崗巖殘積土具備非常好的保水技能。

總結(jié)

綜上所述，初始干密度針對重塑花崗巖殘積土土水特征曲線呈現(xiàn)出明顯干擾，初始干密度較大土樣，土水特性曲線維持在干密度非常小土樣曲線上方。最后，較大干密度試驗(yàn)脫濕速度下降，較小干密度試驗(yàn)增濕速度加速，初始干密度大土樣剩余體積含水量大，表明花崗巖殘積土具備鎖水能力，進(jìn)氣值非常小，大約10kPa。試驗(yàn)獲得增濕進(jìn)程的花崗巖殘積土土水特征曲線為大量降水滲入路堤邊坡后平穩(wěn)性問題奠定基礎(chǔ)，在施工中產(chǎn)生積極作用。