含水量對非飽和土抗剪強度和壓縮模量影響研究

王　瓊　鄧　藝　韓坤立　劉　軍　詹　俊

(成都市勘察測繪研究院，四川成都　610000)

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含水量對非飽和土抗剪強度和壓縮模量影響研究

王瓊鄧藝韓坤立劉軍詹俊

(成都市勘察測繪研究院，四川成都610000)

摘要:采用直剪試驗和固結試驗，對試驗土樣的內摩擦角、粘聚力值以及壓縮模量進行了研究，分析了土的含水量對非飽和粉質黏土的抗剪強度和壓縮模量的影響，以供參考借鑒。

關鍵詞:含水量，抗剪強度，壓縮模量

1　概述

土的抗剪強度是指土在受到外力荷載和自重壓力下，具有抵抗外力不受破壞的極限強度，其強度指標主要有C值和ψ值。而土的抗剪強度大小主要取決于土粒之間的連結力和壓實度，而含水量是影響其壓實度的重要因素，因基質吸力是影響非飽和土的一個重要性能指標，且壓縮模量是檢測其壓實度的重要指標。

截至目前，已有大量的研究人士用不同的方法對土的抗剪強度特性進行了研究，如蔡建［1］利用現場原位試驗和室內試驗對原狀土的抗剪強度指標關系進行了研究，并得出了計算原狀土抗剪強度指標的方法;郭慶國［2］利用三軸剪切試驗分析研究了應力、應變、體應變等的變化規律，并較為全面、合理地得出了粗粒土的抗剪強度特性及參數關系;高戰鎖［3］利用固結快剪、直接快剪、三軸剪試驗研究了不同土體的粘聚力和內摩擦角與含水量的相關關系，并根據回歸方程得出了土的C值和φ值;黃琨等人［4］利用直剪試驗研究了含水量與抗剪強度的關系，并得出了抗剪強度的變化是含水率和壓實度共同影響的結果。同時，鄧友生等人［6］利用多元線性回歸方法研究了含水量對非飽和重塑膨脹土抗剪強度和壓實度的影響，試驗研究結果表明:非飽和重塑膨脹土的壓實度與其含水量成反比例關系，與法向應力成正比例關系，即壓實度隨著含水量增加而降低，隨著法向應力的增加而增大。

2　試驗研究

試驗用土取自成都某地的非飽和粉質黏土，采用密度計法(分度值為0．05°)對試驗用土進行顆粒分析試驗，試驗結果見表1。通過對原始試驗用土進行基本物理性質的檢測試驗，得出其含水量為22．5%，密度為1．95 g/cm3，飽和度為90%，孔隙比0．762，液限35．6%，塑限22．4%，塑性指數13．2，液性指數0．30。對于不同含水量的控制，利用黃琨等人［4］的研究方法，將試驗用土裝入真空缸內，利用抽氣飽和法直接進行飽和，當真空壓力表讀數接近一個大氣壓力值時，抽氣2 h后，用環刀取樣，共取6組30個環刀樣，然后將所有環刀樣置于烘箱中，于105℃下烘干不同時間來控制土的含水量，進而研究含水量對非飽和土抗剪強度和壓縮模量的影響。

表1　土的顆粒分析試驗結果

對原始試驗用土進行含水量控制，共制備了37．8%，26．5%，18．5%，15．1%，10．2%，7．8%六種含水量試驗用土，每種含水量制備5個環刀樣，4個用于快剪試驗，1個用于固結試驗。本文利用應變控制式直剪儀進行直剪試驗，通過控制砝碼重量使法向應力分別達到50 kPa，100 kPa，200 kPa，400 kPa，試驗速率為0．8 mm/min，通過人工控制試驗過程和數據記錄;利用全自動中壓氣壓固結儀進行固結試驗，加壓過程和數據采集均由人工完成。通過直剪試驗和固結試驗得出的不同含水量下的抗剪強度和壓縮模量見表2。從圖1中可以看出，隨著含水量的增加，壓縮模量逐漸減小，當含水量達到18．5%時，土的壓縮模量為7．81 MPa;從圖2中可以看出，隨著含水量的增加，土的抗剪強度逐漸減小，表現為其C值和φ值逐漸減小;從圖3和圖4中可以看出，隨著壓縮模量的增大，土的抗剪強度逐漸增加，即土的內摩擦角φ和粘聚力C逐漸增大，當含水量為18．5%時，土的內摩擦角為22°，粘聚力為49 kPa，壓縮模量達到7．81 MPa。

表2　試驗用土含水量與抗剪強度和壓縮模量的關系表

圖1　土的含水量與壓縮模量關系曲線

圖2　土的含水量與抗剪強度關系曲線

圖3　土的壓縮模量與內摩擦角φ關系曲線

圖4　土的壓縮模量與粘聚力C關系曲線

3　結語

通過研究含水量對非飽和粉質黏土抗剪強度和壓縮模量的影響，得出了以下結論:1)隨著含水量的增加，壓縮模量逐漸減小，當含水量達到18．5%時，土的壓縮模量為7．81 MPa;2)隨著含水量的增加，土的抗剪強度逐漸減小，表現為其C值和φ值逐漸減小;3)隨著壓縮模量的增大，土的抗剪強度逐漸增加，即土的內摩擦角φ和粘聚力C逐漸增大，當含水量為18．5%時，土的內摩擦角為22°，粘聚力為49 kPa，壓縮模量達到7．81 MPa。

參考文獻:

［1］蔡建．原狀土的抗剪強度研究［J］．巖土力學，2012，33 (7):1965-1971．

［2］郭慶國．粗粒土的抗剪強度特性及其參數［J］．陜西水力發電，1990(3):29-36．

［3］高戰鎖．土的抗剪強度的再認識［J］．山西建筑，2014，40 (33):49-50．

［4］黃琨，萬軍偉，陳剛，等．非飽和土的抗剪強度與含水率關系的試驗研究［J］．巖土力學，2012，33(9):2600-2604．

［5］殷志建，張誠大，關文光．土力學與地基基礎［M］．北京:中國建筑工業出版社，1980．

［6］鄧友生，吳鵬，陳秋南，等．含水量對非飽和重塑膨脹土抗剪強度和壓實度的影響［J］．公路，2015(9):224-227．

·施工技術·

On effect of water content on shear strength and compression modulus of unsaturated soil

Wang QiongDeng YiHan KunliLiu JunZhan Jun
(Chengdu Surveying and Mapping Research Institute，Chengdu 610000，China)

Abstract:The paper undertakes the direct shearing test and consolidation test，researches the inner friction angle，cohesive force value and compression modulus of the trial soil，analyzes the effect of water content on shear strength and compression modulus of unsaturated soil，so as to provide some reference．

Key words:water content，shearing strength，compression modulus

作者簡介:王瓊(1987-)，女

收稿日期:2015-10-28

文章編號:1009-6825(2016)01-0096-02

中圖分類號:TU432

文獻標識碼:A