高溫多雨對粉質黏土力學性質的影響

高均昭， 唐東旗

(許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000)

高溫多雨對粉質黏土力學性質的影響

高均昭， 唐東旗

(許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000)

研究溫度和含水量對粉質黏土的粘聚力和內摩擦角的影響，分析粉質黏土在高溫多雨下力學性質的變化。現場取土樣140個，采用人工控制溫度和含水量分別分析了溫度和含水量對粘聚力和內摩擦角的影響。研究發現，原狀土伴隨著含水量不斷增大，粘聚力和內摩擦角不斷下降，粘聚力下降幅度在50%～60%之間，內摩擦角下降幅度在15%～20%。就原狀土而言，伴隨著溫度的增大，粘聚力和內摩擦角總體是下降5%～10%；原狀土對于含水率和溫度較為敏感。

粉質黏土；內摩擦角；粘聚力；含水率；抗剪強度；直剪試驗

1 研究背景

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

胡海英等研究了黏土的抗剪強度跟含水量的變化關系，結果顯示: 隨壓實含水量增加粘聚力并非單調變化。壓實黏土注水飽和后，壓縮變形顯著增加，抗剪強度和粘聚力則明顯下降。而且壓實含水量越小的土體在其他條件相同時，因飽和引起的壓縮變形，抗剪強度和粘聚力損失較大，內摩擦角受浸水飽和的影響較小[1]。張存根等研究了粉質黏土的抗剪強度指標,并且探究了含水量變化對粘聚力、內摩擦角的影響,研究粉質黏土抗剪強度參數隨含水量變化而變化的規律。粉質黏土的內摩擦角伴隨著含水率的增加呈線性降低。其中采用控制含水量的辦法制備擾動土樣，采取多組數據以減小誤差，并且繪制圖形觀察在不同的垂直壓力下隨著含水率變化粘聚力的變化。根據實驗數據得出內摩擦角與含水量的關系，并且列出函數關系式子[2]。傅蜀燕等研究含水量和應力對土的抗剪強度的影響。試驗表明：在最大干密度和最優含水率時候粉質黏土在強度最大，在最優含水率以前隨含水率越大抗剪強度越大，在最優含水率以后隨含水率越大抗剪強度越小[3]。許四法等通過直剪和基質吸力試驗，探索含水率對抗剪強度及內摩擦角和粘聚力的影響。研究表明：隨著基質吸力的增長，非飽和土的抗剪強度持續增大，表明基質吸力對抗剪強度有較大影響；伴隨著含水率增加，土的內摩擦角減小；在含水率較小時，粘聚力增長，當含水率增加到一定值時，土的粘聚力快速下降[4]。

由上述可知，土體的抗剪強度是和含水率跟溫度有關的，而土體的抗剪強度主要是由內摩擦角和粘聚力所體現，含水率跟和溫度對于抗剪強度不是簡單地此消彼長的關系，測量土體的工程穩定性質顯出重要的意義。

土體的抗剪強度的研究對工程有著非常重要的現實意義。本文結合許昌地區的實際地質條件，以許昌市魏都區的三鼎大廈工程為例,采用直剪儀,進行快剪試驗，對土體的的抗剪強度進行檢測[5]。其次，對土體抗剪強度不同含水率不同溫度的條件下各項數據進行橫縱向對比。取含水率為16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%的土樣各五份，分別在15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃的溫度下測得土體的c、(φ)值，相同土樣求得平均值，以減少誤差[6]。根據許昌市的往年各個季節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，根據近兩年的氣溫觀察，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 原狀土數據定性分析

2.1 原狀土計算

原狀土c值，φ計算結果，如表1所列。

表1 原狀土C值，Φ計算結果

2.2 原狀土分析表格

(1) 原狀土在相同溫度下的內摩擦力和粘聚力關于含水率的變化曲線。

原狀土在溫度為15 ℃時候，伴隨著含水率的增加，粘聚力呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.605(圖1(a))。原狀土在溫度為15 ℃時候，伴隨著含水率的增加，內摩擦角呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.232 32(圖1(b))。

原狀土在溫度為20 ℃時候，伴隨著含水率的增加，粘聚力呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.906 96(圖1(c))。原狀土在溫度為20 ℃時候，伴隨著含水率的增加，內摩擦角呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.192 32(圖1(d))。

原狀土在溫度為30 ℃時候，伴隨著含水率的增加，粘聚力呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.532 5(圖1(e))。原狀土在溫度為15 ℃時候，伴隨著含水率的增加，內摩擦角呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.144 64(圖1(f))。

圖1 含水率趨勢圖

(2) 原狀土在相同含水量的內摩擦力和粘聚力關于溫度的變化曲線。

原狀土在含水率為16%時候，伴隨著溫度的增加，粘聚力呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.041 52(圖2(a))。原狀土在含水率為16%時候，伴隨著溫度的增加，內摩擦角呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.122 8(圖2(b))。

原狀土在含水率為22%時候，伴隨著溫度的增加，粘聚力呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.065 6(圖2(c))。原狀土在含水率為22%時候，伴隨著溫度的增加，內摩擦角呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.110 4(圖2(d))。

原狀土在含水率為28%時候，伴隨著溫度的增加，粘聚力呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.052 2(圖2(e))。原狀土在含水率為22%時候，伴隨著溫度的增加，粘聚力呈現下降趨勢，趨勢線斜率為-0.077 2(圖2(f))。

圖2 溫度趨勢圖

根據多個圖表的趨勢圖可以看出，在含水率一定的情況下，隨著溫度的增加，粉質黏土的粘聚力下降是在5%～10%以內，內摩擦角也是下降在5%～10%，下降趨勢比較緩和[8]。

3 結束語

粉質黏土的工程性質取決于粉質黏土的強度，抗剪強度是土體的主要力學性質。綜上試驗結果發現[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) 對于原狀土而言，影響其強度的主要是粘聚力的變化，而內摩擦角總體下降，但是變化影響較小，內摩擦角下降幅度在15%～20%。

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

因此，含水率對于粉質黏土的影響是最大的，溫度因素影響較小。

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

[2] 張存根,張懷靜.粉質黏土含水量與抗剪強度參數關系的試驗研究[J].華北科技學院學報,2011(2):27～29.

[3] 傅蜀燕,袁 坤,彭勝利,等.含水率對高液限細粒土礫與粉質黏土抗剪強度影響比較研究[J].水利科技與經濟,2014(2):10～12.

[4] 許四法,王志健,胡 琦,等.重塑非飽和粉質黏土抗剪強度特性試驗研究[J].浙江工業大學學報,2015(2):227～231.

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

[6] 劉 亮,張國良,劉 琳.高含水量黏土土基壓實預控方法簡述[J].科技信息，2010(23)：47～48.

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

[8] 張獻民，莊旭瑞，張宇輝.含水量對土石混合介質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.貴陽紅黏土抗剪強度與含水量關系的探討[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，許昌學院教授．

P642.22

A

1673-5781(2016)05-0673-03