閆愛(ài)軍

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

黃土強(qiáng)度指標(biāo)與含水率的關(guān)系的試驗(yàn)探索

閆愛(ài)軍

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

通過(guò)對(duì)黃土原狀試樣、輕型擊實(shí)土樣、重型擊實(shí)土樣，利用快速剪切試驗(yàn)對(duì)三種土樣在不同含水條件下的試驗(yàn)研究，借助于試驗(yàn)結(jié)論的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得出黃土的抗剪強(qiáng)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(huì)隨含水率的提高而降低；對(duì)于重塑土樣，強(qiáng)度指標(biāo)會(huì)受到含水率ω和擊實(shí)能量的影響，在擊實(shí)能相同的情況下，在靠近最優(yōu)含水率時(shí)，內(nèi)聚力最大。

黃土；直剪試驗(yàn)；強(qiáng)度指標(biāo)；含水率

1. 前言

土的強(qiáng)度即就是抗剪強(qiáng)度是衡量土體強(qiáng)度的非常重要的指標(biāo)之一，但是自從1777年庫(kù)倫提出砂土的庫(kù)倫定律以來(lái)，人們對(duì)土的研究從沒(méi)有停止。在最近10年內(nèi)，我國(guó)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(yàn)，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(qiáng)度理論，以及非飽和黃土的三軸強(qiáng)度問(wèn)題進(jìn)行了大量的試驗(yàn)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?cè)邳S土的研究中，取得了大量的成績(jī)，但是對(duì)黃土的研究與探索依然沒(méi)有止步。結(jié)合楊凌地區(qū)的黃土，通過(guò)影響黃土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)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(yàn)經(jīng)驗(yàn)。

2 .試驗(yàn)方法的選定

黃土的抗剪強(qiáng)度從表面上看，直接決定于土的C與φ，但實(shí)際上與組成土的礦物成、土顆粒的顆粒級(jí)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(qiáng)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(shí)功的大小是影響土的抗剪強(qiáng)度最大因素。結(jié)合實(shí)際情況，借助直接剪切試驗(yàn)對(duì)黃土試樣進(jìn)行試驗(yàn)分析研究，得出黃土強(qiáng)度與含水率ω之間的關(guān)系。

3 .試驗(yàn)土樣的選擇與制備

3.1 試樣選取

試驗(yàn)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(kāi)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(guò)對(duì)原狀土的土工室內(nèi)試驗(yàn)，得到表1。

3.2 土樣制備

選擇試驗(yàn)點(diǎn)的原裝土樣若干，依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》制成直剪土樣后風(fēng)干，測(cè)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(jì)算：

式中：wm——制備試驗(yàn)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(duì)土樣的擊實(shí)試驗(yàn)，可以知道此試驗(yàn)點(diǎn)土樣的最優(yōu)含水率為18.5%，故此，在制備土樣時(shí)，采用含水分布為13%、15%、17%、19%、21%，試樣配制指標(biāo)見(jiàn)下表2：

4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果與分析

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果

試驗(yàn)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?yàn)剪切速率為0.8mm/min，在3～6min內(nèi)剪損，豎向壓力分別為50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、600kPa，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3：

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）通過(guò)對(duì)原裝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)原狀土樣直剪試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)于原狀土樣，基本沒(méi)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(huì)影響內(nèi)聚力c的大小，當(dāng)含水率不大的情況下，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析擬合可得到：

（2）對(duì)輕型擊實(shí)土樣直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)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(duì)比，有明顯增大，這是因?yàn)橄鄬?duì)于原狀土樣來(lái)講，輕型擊實(shí)土樣，經(jīng)過(guò)了重新組合并在組合的過(guò)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(shí)，對(duì)比原狀土樣，輕型擊實(shí)土樣的內(nèi)聚力也有明顯增大，就其曲線發(fā)展趨勢(shì)分析，內(nèi)聚力在沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)含水率18.5%之前，隨著含水率的增長(zhǎng)而提高，但當(dāng)含水率大于最優(yōu)含水時(shí)，內(nèi)聚力又稱下降趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)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(shí)土樣直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析

重型擊實(shí)土樣與原狀、輕型擊實(shí)土樣試驗(yàn)結(jié)果對(duì)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(shí)土樣的內(nèi)摩擦角更大一點(diǎn)，這是因?yàn)闆_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(méi)有達(dá)到最優(yōu)含水率之前，隨著含水率的增長(zhǎng)而提高，但當(dāng)含水率大于最優(yōu)含水時(shí)，內(nèi)聚力又稱下降趨勢(shì)；同時(shí)，內(nèi)聚力的大小與擊實(shí)能量的大小有關(guān)，隨擊實(shí)能量的提高而增大，通過(guò)對(duì)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)原狀、輕型擊實(shí)、重型擊實(shí)土樣各自不同含水率的直剪試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)原狀土樣試驗(yàn)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(lái)反映。

（2）對(duì)于重塑黃土而言，由于擊實(shí)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(shí)能量成正比；在擊實(shí)能量相同的條件下，含水率的變化直接影響著黃土抗剪強(qiáng)度的大小，呈現(xiàn)的規(guī)律為：

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

[2]劉熙媛等．河北省非飽和土含水量與抗剪強(qiáng)度參數(shù)關(guān)系的試驗(yàn)研究[J]．河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，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(wèn)題[C]．區(qū)域性土的巖土工程問(wèn)題學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集．南京：原子能出版社，1996，1-9．

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

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

[6]李兆平，張彌，趙慧麗．含水量的變化對(duì)非飽和土強(qiáng)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(qiáng)度參數(shù)與飽和度的關(guān)系[J]．水土保持通報(bào)，2003,23(6)：19-22．

[8]葉朝良，岳祖潤(rùn)等．原狀殘積粉質(zhì)粘土的飽和度與抗剪強(qiáng)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(shí)黃土的抗剪強(qiáng)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(qiáng)度特性的常規(guī)三軸試驗(yàn)研究[[J]．東南大學(xué)學(xué)報(bào)(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(bào)，2004，26(4)：531-536．

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

G322

B

1007-6344（2015）10-0065-02

閆愛(ài)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(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的探索與研究 編號(hào)：GJ1408