酸堿性對土的抗剪強度的影響

馮 闖 彭定錢

(新疆大學，新疆 烏魯木齊 830002)

酸堿性對土的抗剪強度的影響

馮 闖 彭定錢

(新疆大學，新疆 烏魯木齊 830002)

通過對酸性土、堿性土、中性土進行直剪實驗，將酸性土、堿性土得出的結果與中性土的結果進行對比，得出酸堿性可以提高土的抗剪強度。

直剪實驗 酸堿性 抗剪強度

土壤的抗剪強度是指土體對于外荷載所產生的剪應力的極限抵抗能力。在外荷載作用下，土體中將產生剪應力和剪切變形，當土中某點由外力所產生的剪應力達到土的抗剪強度時，土就沿著剪應力作用方向產生相對滑動，該點便發生剪切破壞。工程實踐和室內試驗都證實了土是由于受剪而產生破壞，剪切破壞是土體破壞的重要特點，因此，土的強度問題實質上就是土的抗剪強度問題。

以往對于土的力學性質的研究都是基于含水率、應力歷史、顆粒組成等進行研究酸堿性是否影響土壤的力學性質是一個空白，而土壤卻真正存在不同的ph值，pH值的不同是否對土的力學性質有影響也是未知的。

本研究中，以新疆本地土作為研究對象，采用控制變量法，在含水率相同的情況下測量不同酸堿性土的抗剪強度，將結果與中性土的抗剪強度做對比得出結論。

1實驗方案設計

測定土的抗剪強度的最簡單的方法是直接剪切實驗，簡稱為直剪實驗。使用的儀器為直剪儀，而直剪儀按加荷方式不同分為應變控制式和應力控制式兩種。本研究采用的是應變控制式，根據庫侖定律在一般應力上水平是土的抗剪強度與滑動面上的法向應力之間呈直線關系，直線在縱坐標上的截距即為土的粘聚力c，直線的傾角即為土的內摩擦角φ，c和φ稱為土的抗剪強度指標。通過直剪實驗可以得出內摩擦角和粘聚力的值，對比酸性土、堿性土、中性土的c和φ值就可以得出酸堿性對土的抗剪強度的影響。

2直剪實驗

2.1 實驗步驟：

（1）首先測出原樣土的pH值，通過實驗配置出含水率為10%、11%（最佳含水率）、12%、13%、14%，以及pH在不同含水率時pH值分別為5、6、7、8、9的土樣。共計25組土樣

（2）將每組土樣分別制作五個試塊；

（3）將上、下盒對準，插入固定銷，在下盒內放入透水石和濾紙，將帶有試樣的環刀刀口向上，刀背向下，對準剪切盒口，放置濾紙和上透水石，將試樣慢速推入剪切盒內，移去環刀，加上傳力蓋板；

（4）安裝滑動鋼珠、剪切盒和量力環，施加0.01N/mm2的預壓荷載，轉動手輪，將量力環中百分表讀數調零。

（5）分別施加50Kpa、100Kpa、200Kpa、300Kpa、400Kpa的垂直壓力后，立即拔除固定銷，開動秒表，以0.8mm/min一周的速度勻速轉動手輪(每轉周剪位移0.2mm)，使試樣在3～5min內剪切破壞。手輪每轉二周，記錄一次量力環內量表讀數一次，直至土樣剪切破壞。

剪切破壞標準:當量力環中的百分表指針不再前進，或有明顯后退時，取百分表讀數最大值；當百分表指針不后退時，以剪切位移δ=4mm對應的變形為百分表讀數；這時使剪切位 移達到6mm才停止剪切；

（6）剪切完后，倒轉手輪，移去垂直壓力，重復（2）～（5）的步驟對余下的試樣進行不同垂直壓力作用下的試樣剪切。

2.2 實驗結果及分析

取土樣剪切位移為4mm時的剪應力以及垂直荷載繪制直剪試驗強度線（如下圖），從而確定土的抗剪強度指標c、φ值的大小。數據處理示例如下圖：

實驗結果表明：

當含水率相同時時中性土的粘聚力c為最小值而當土樣變為酸性時隨著pH值的減小（本研究最小為5）的減小粘聚力c將變大。當土樣變為堿性時隨著pH值的增大（本研究最大為9）粘聚力也將變大。

由上圖可以得出酸性土、堿性土、中性土的抗剪強度指標c和φ值如下表

名稱 c值（Kpa） φ值（°）Ph5含水率10% 48.715 34.90 Ph5含水率11% 64.405 34.05 Ph5含水率12% 88.820 31.29 Ph5含水率13% 101.21 22.73 Ph6含水率10% 65.712 38.31 Ph6含水率11% 68.312 35.65 Ph6含水率12% 68.312 34.05 Ph6含水率13% 86.716 29.04 Ph7含水率10% 26.713 38.58 Ph7含水率11% 28.995 37.77 Ph7含水率12% 31.207 37.41 Ph7含水率13% 32.025 37.33 Ph8含水率10% 52.704 33.84 Ph8含水率11% 51.334 40.35 Ph8含水率12% 68.845 29.29 Ph8含水率13% 79.312 28.56 Ph9含水率10% 54.240 33.20 Ph9含水率11% 63.507 37.84 Ph9含水率12% 56.845 35.03 Ph9含水率13% 96.524 22.32

3結語

通過這次創新實驗，我們發現酸性土與堿性土的抗剪承載力都比中性土的抗剪承載力高，所以，當我們在實際工程中，以新疆為例，主要是堿性土，一遇到下雨（雨偏酸性），會導致土的堿性偏低，所以會導致土的抗剪承載力變低。所以，這次實驗對實際工程也有一定的意義。

[1]《土工試驗方法標準》（GB/T 50123-1999）中國計劃出版社 1999年

[2]李保恒，李維昌，張煒；對土的強度參數 C、φ值的認識和探討.工程勘察,2009年增刊第2期

TU75

B

1007-6344（2015）04-0116-01