自然環(huán)境下植被作用對(duì)膨脹土抗剪強(qiáng)度影響試驗(yàn)★

姜靜 林凱 李雄威

(常州工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，江蘇常州 213002)

0 引言

在自然環(huán)境下，蒸發(fā)效應(yīng)會(huì)引起膨脹土中的水分蒸發(fā)而造成土體開(kāi)裂，裂縫會(huì)進(jìn)一步的發(fā)展，形成錯(cuò)綜復(fù)雜的裂隙網(wǎng)絡(luò)。而這些裂隙的產(chǎn)生使得土體的結(jié)構(gòu)和完整性都遭到破壞，必然會(huì)影響土體的抗剪強(qiáng)度［1］。除了蒸發(fā)效應(yīng)之外，降雨對(duì)膨脹土的強(qiáng)度也存在較大的影響。那是由于裂隙為雨水入滲提供了通道，雨水會(huì)隨著膨脹土中的裂隙流入，土體含水量迅速上升，土體膨脹，吸力減小，土體強(qiáng)度也會(huì)隨之銳減［2］。

在我們實(shí)際工程中，邊坡上必然會(huì)有植被覆蓋，由此聯(lián)想植被的覆蓋對(duì)膨脹土抗剪強(qiáng)度有一定影響。因此，本試驗(yàn)對(duì)自然環(huán)境下，有、無(wú)植被覆蓋土體強(qiáng)度變化進(jìn)行了初步的研究。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)思路

本試驗(yàn)研究的是在自然環(huán)境下，有、無(wú)植被覆蓋對(duì)膨脹土抗剪強(qiáng)度的影響。所以，設(shè)計(jì)兩種土樣:

1)有植被覆蓋的膨脹土試樣;

2)無(wú)植被覆蓋的膨脹土試樣。將兩種試樣在自然條件下放置一段時(shí)間后，用直剪儀進(jìn)行固結(jié)直剪試驗(yàn)，將所得結(jié)果的一系列參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而研究自然條件下植被覆蓋對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響。

1.2 植被選取

本試驗(yàn)的研究對(duì)象為廣西南寧地區(qū)的原狀膨脹土，所以在植被選取方面也選擇了廣西具有代表性的馬尼拉草。馬尼拉草又稱溝葉結(jié)縷草，禾本科、多年生、暖季型草。馬尼拉草節(jié)節(jié)生根，根系發(fā)達(dá)，是固土護(hù)坡的好材料。

1.3 試樣制備與操作

兩種土體試樣均為40 cm(l)×15 cm(b)×40 cm(h)，土體四周及底部均用保鮮膜裹緊，目的是為了防止四周水分的蒸發(fā)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。之后再用4 cm厚的擠塑板包裹在試樣的四周及底部，圍成模型箱。土樣與模型箱之間的間隙用保溫膜塞緊，模型箱四周的縫隙用玻璃膠密封，確保土體中的水分遷移和溫度變化是一維豎向的。將悉心養(yǎng)護(hù)的馬尼拉草移植到其中一個(gè)膨脹土試樣上。完成以上一系列步驟之后把試樣放置室外。

試驗(yàn)從2013年6月～2013年10月，歷時(shí)5個(gè)月左右，在此期間正值夏秋兩季，夏季高溫，雨水多;9月氣溫變化加劇，晝夜溫差大。

將放置在自然環(huán)境下近5個(gè)月的土體試樣，取5 cm深度的土層作為樣本，利用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀進(jìn)行取樣，環(huán)刀規(guī)格為6.18 cm，面積30 cm2，取四個(gè)樣本，用真空吸水儀抽氣飽和(見(jiàn)圖1)，然后將土樣放置在保濕器中陳化48 h，在荷載分別為12.5 kPa，25 kPa，50 kPa和100 kPa的情況下用電動(dòng)直剪儀進(jìn)行固結(jié)直剪試驗(yàn)(見(jiàn)圖2)。

圖1 真空吸水儀

圖2 電動(dòng)直剪儀

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖3是由自然條件下有、無(wú)植被覆蓋膨脹土試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理所得。不難發(fā)現(xiàn)，飽和剪強(qiáng)度與荷載呈一定的線性關(guān)系，在相同的自然環(huán)境下，有植被覆蓋的膨脹土飽和抗剪強(qiáng)度大于無(wú)植被覆蓋的膨脹土飽和抗剪強(qiáng)度。

圖3 有、無(wú)植被覆蓋膨脹土飽和抗剪強(qiáng)度

根據(jù)莫爾—庫(kù)侖強(qiáng)度理論公式τ=σtanφ+c，以及莫爾包線［3］，結(jié)合圖3的數(shù)據(jù)不難計(jì)算出有植被覆蓋土體強(qiáng)度指標(biāo)c=8.668 2 kPa，φ =6.26°，無(wú)植被覆蓋土體強(qiáng)度指標(biāo) c=0.513 1 kPa，φ=6.69°。從粘聚力c數(shù)值發(fā)現(xiàn)有植被覆蓋土體的粘聚力明顯大于無(wú)植被覆蓋的粘聚力;而內(nèi)摩擦角φ相差不大，說(shuō)明有、無(wú)植被覆蓋土體內(nèi)摩擦角衰減程度較一致。

3 結(jié)語(yǔ)

將有、無(wú)植被覆蓋的土樣在自然環(huán)境下放置5個(gè)月之后，利用直剪儀對(duì)其進(jìn)行飽和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)莫爾—庫(kù)侖強(qiáng)度理論，將試驗(yàn)所得參數(shù)對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn):相同的自然環(huán)境下，有植被覆蓋膨脹土直剪強(qiáng)度指標(biāo) c=8.668 2 kPa，φ =6.26°;無(wú)植被覆蓋膨脹土直剪強(qiáng)度指標(biāo) c=0.513 1 kPa，φ =6.69°，說(shuō)明有植被覆蓋的土體抗剪強(qiáng)度大于無(wú)植被覆蓋土體的抗剪強(qiáng)度，植被覆蓋可以在一定程度上減緩自然環(huán)境對(duì)膨脹土強(qiáng)度的影響。

［1］劉華強(qiáng)，殷宗澤.裂縫對(duì)膨脹土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)影響的試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2010(3):727-731.

［2］王慶中.降雨條件下膨脹土邊坡穩(wěn)定性探討［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2008，5(5):14-17.

［3］代國(guó)忠，顧歡達(dá).土力學(xué)與基礎(chǔ)工程［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，2011:105.