高均昭， 唐東旗

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

高溫多雨對(duì)粉質(zhì)黏土力學(xué)性質(zhì)的影響

高均昭， 唐東旗

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

研究溫度和含水量對(duì)粉質(zhì)黏土的粘聚力和內(nèi)摩擦角的影響，分析粉質(zhì)黏土在高溫多雨下力學(xué)性質(zhì)的變化?，F(xiàn)場(chǎng)取土樣140個(gè)，采用人工控制溫度和含水量分別分析了溫度和含水量對(duì)粘聚力和內(nèi)摩擦角的影響。研究發(fā)現(xiàn)，原狀土伴隨著含水量不斷增大，粘聚力和內(nèi)摩擦角不斷下降，粘聚力下降幅度在50%～60%之間，內(nèi)摩擦角下降幅度在15%～20%。就原狀土而言，伴隨著溫度的增大，粘聚力和內(nèi)摩擦角總體是下降5%～10%；原狀土對(duì)于含水率和溫度較為敏感。

粉質(zhì)黏土；內(nèi)摩擦角；粘聚力；含水率；抗剪強(qiáng)度；直剪試驗(yàn)

1 研究背景

近年來(lái)，隨著高層建筑的增加，深基坑工程越來(lái)越多，對(duì)深基坑工程的安全控制研究也隨之增加。但全國(guó)各地的案例表明，深基坑工程事故似乎大多發(fā)生在高溫多雨的夏季。溫度和含水量對(duì)土體的力學(xué)性質(zhì)影響究竟有多大，基于此開(kāi)展的研究似乎不多。

胡海英等研究了黏土的抗剪強(qiáng)度跟含水量的變化關(guān)系，結(jié)果顯示: 隨壓實(shí)含水量增加粘聚力并非單調(diào)變化。壓實(shí)黏土注水飽和后，壓縮變形顯著增加，抗剪強(qiáng)度和粘聚力則明顯下降。而且壓實(shí)含水量越小的土體在其他條件相同時(shí)，因飽和引起的壓縮變形，抗剪強(qiáng)度和粘聚力損失較大，內(nèi)摩擦角受浸水飽和的影響較小[1]。張存根等研究了粉質(zhì)黏土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),并且探究了含水量變化對(duì)粘聚力、內(nèi)摩擦角的影響,研究粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度參數(shù)隨含水量變化而變化的規(guī)律。粉質(zhì)黏土的內(nèi)摩擦角伴隨著含水率的增加呈線(xiàn)性降低。其中采用控制含水量的辦法制備擾動(dòng)土樣，采取多組數(shù)據(jù)以減小誤差，并且繪制圖形觀(guān)察在不同的垂直壓力下隨著含水率變化粘聚力的變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出內(nèi)摩擦角與含水量的關(guān)系，并且列出函數(shù)關(guān)系式子[2]。傅蜀燕等研究含水量和應(yīng)力對(duì)土的抗剪強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)表明：在最大干密度和最優(yōu)含水率時(shí)候粉質(zhì)黏土在強(qiáng)度最大，在最優(yōu)含水率以前隨含水率越大抗剪強(qiáng)度越大，在最優(yōu)含水率以后隨含水率越大抗剪強(qiáng)度越小[3]。許四法等通過(guò)直剪和基質(zhì)吸力試驗(yàn)，探索含水率對(duì)抗剪強(qiáng)度及內(nèi)摩擦角和粘聚力的影響。研究表明：隨著基質(zhì)吸力的增長(zhǎng)，非飽和土的抗剪強(qiáng)度持續(xù)增大，表明基質(zhì)吸力對(duì)抗剪強(qiáng)度有較大影響；伴隨著含水率增加，土的內(nèi)摩擦角減?。辉诤瘦^小時(shí)，粘聚力增長(zhǎng)，當(dāng)含水率增加到一定值時(shí)，土的粘聚力快速下降[4]。

由上述可知，土體的抗剪強(qiáng)度是和含水率跟溫度有關(guān)的，而土體的抗剪強(qiáng)度主要是由內(nèi)摩擦角和粘聚力所體現(xiàn)，含水率跟和溫度對(duì)于抗剪強(qiáng)度不是簡(jiǎn)單地此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，測(cè)量土體的工程穩(wěn)定性質(zhì)顯出重要的意義。

土體的抗剪強(qiáng)度的研究對(duì)工程有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合許昌地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)條件，以許昌市魏都區(qū)的三鼎大廈工程為例,采用直剪儀,進(jìn)行快剪試驗(yàn)，對(duì)土體的的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)[5]。其次，對(duì)土體抗剪強(qiáng)度不同含水率不同溫度的條件下各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫縱向?qū)Ρ?。取含水率?6%、18%、20%、22%、24%、26%、28%的土樣各五份，分別在15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃的溫度下測(cè)得土體的c、(φ)值，相同土樣求得平均值，以減少誤差[6]。根據(jù)許昌市的往年各個(gè)季節(jié)的最高日均溫度分別為春季15 ℃，夏季30 ℃，秋季27 ℃，冬季9 ℃。該基坑主要暴露在春夏秋三季，根據(jù)近兩年的氣溫觀(guān)察，夏季的的最高日均氣溫在35 ℃左右，因此將溫度范圍控制在20～35 ℃[7]。

2 原狀土數(shù)據(jù)定性分析

2.1 原狀土計(jì)算

原狀土c值，φ計(jì)算結(jié)果，如表1所列。

表1 原狀土C值，Φ計(jì)算結(jié)果

2.2 原狀土分析表格

(1) 原狀土在相同溫度下的內(nèi)摩擦力和粘聚力關(guān)于含水率的變化曲線(xiàn)。

原狀土在溫度為15 ℃時(shí)候，伴隨著含水率的增加，粘聚力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.605(圖1(a))。原狀土在溫度為15 ℃時(shí)候，伴隨著含水率的增加，內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.232 32(圖1(b))。

原狀土在溫度為20 ℃時(shí)候，伴隨著含水率的增加，粘聚力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.906 96(圖1(c))。原狀土在溫度為20 ℃時(shí)候，伴隨著含水率的增加，內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.192 32(圖1(d))。

原狀土在溫度為30 ℃時(shí)候，伴隨著含水率的增加，粘聚力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.532 5(圖1(e))。原狀土在溫度為15 ℃時(shí)候，伴隨著含水率的增加，內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.144 64(圖1(f))。

圖1 含水率趨勢(shì)圖

(2) 原狀土在相同含水量的內(nèi)摩擦力和粘聚力關(guān)于溫度的變化曲線(xiàn)。

原狀土在含水率為16%時(shí)候，伴隨著溫度的增加，粘聚力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.041 52(圖2(a))。原狀土在含水率為16%時(shí)候，伴隨著溫度的增加，內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.122 8(圖2(b))。

原狀土在含水率為22%時(shí)候，伴隨著溫度的增加，粘聚力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.065 6(圖2(c))。原狀土在含水率為22%時(shí)候，伴隨著溫度的增加，內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.110 4(圖2(d))。

原狀土在含水率為28%時(shí)候，伴隨著溫度的增加，粘聚力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.052 2(圖2(e))。原狀土在含水率為22%時(shí)候，伴隨著溫度的增加，粘聚力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線(xiàn)斜率為-0.077 2(圖2(f))。

圖2 溫度趨勢(shì)圖

根據(jù)多個(gè)圖表的趨勢(shì)圖可以看出，在含水率一定的情況下，隨著溫度的增加，粉質(zhì)黏土的粘聚力下降是在5%～10%以?xún)?nèi)，內(nèi)摩擦角也是下降在5%～10%，下降趨勢(shì)比較緩和[8]。

3 結(jié)束語(yǔ)

粉質(zhì)黏土的工程性質(zhì)取決于粉質(zhì)黏土的強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度是土體的主要力學(xué)性質(zhì)。綜上試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)[9]：

(1) 伴隨著含水量不斷增大，原狀土的粘聚力不斷下降，且下降幅度在50%～60%之間。

(2) 對(duì)于原狀土而言，影響其強(qiáng)度的主要是粘聚力的變化，而內(nèi)摩擦角總體下降，但是變化影響較小，內(nèi)摩擦角下降幅度在15%～20%。

(3) 對(duì)于原狀土而言，伴隨著溫度的增大，粘聚力和內(nèi)摩擦角總體是呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的，但是下降不明顯，下降幅度在5%～10%。

因此，含水率對(duì)于粉質(zhì)黏土的影響是最大的，溫度因素影響較小。

[1] 胡海英,王 釗. 含水量對(duì)壓實(shí)黏土的變形及強(qiáng)度性能的影響[J].公路,2007(2):1～6.

[2] 張存根,張懷靜.粉質(zhì)黏土含水量與抗剪強(qiáng)度參數(shù)關(guān)系的試驗(yàn)研究[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2011(2):27～29.

[3] 傅蜀燕,袁 坤,彭勝利,等.含水率對(duì)高液限細(xì)粒土礫與粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度影響比較研究[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2014(2):10～12.

[4] 許四法,王志健,胡 琦,等.重塑非飽和粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015(2):227～231.

[5] 任永強(qiáng),何昌榮,孫 磊.非飽和粘性土-水特性試驗(yàn)研究[J].高速鐵路技術(shù)，2013(4)：12～14.

[6] 劉 亮,張國(guó)良,劉 琳.高含水量黏土土基壓實(shí)預(yù)控方法簡(jiǎn)述[J].科技信息，2010(23)：47～48.

[7] 劉佳龍.非飽和土滲透性函數(shù)確定方法探討[D].宜昌：三峽大學(xué)，2015.

[8] 張獻(xiàn)民，莊旭瑞，張宇輝.含水量對(duì)土石混合介質(zhì)剪切波傳播速度的影響分析[J].公路交通科技，2010(12)：16～20.

[9] 史文兵，廖義玲，唐曉玲.貴陽(yáng)紅黏土抗剪強(qiáng)度與含水量關(guān)系的探討[J].路基工程，2011(4)：80～86.

2016-06-24；修改日期：2016-07-14

高均昭(1974-)，男，河南臨潁人，碩士，許昌學(xué)院教授．

P642.22

A

1673-5781(2016)05-0673-03