采用高速環(huán)剪試驗機對滑帶土環(huán)剪特性的研究

李 慧 李良振 尚玉杰 張霈雯 喬雙雙

(吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春 130000)

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采用高速環(huán)剪試驗機對滑帶土環(huán)剪特性的研究

李 慧 李良振 尚玉杰 張霈雯 喬雙雙

(吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春 130000)

以涇陽南塬黃土滑坡滑帶土為研究對象，采用高速環(huán)剪試驗機進行環(huán)剪試驗，研究了不同含水率、剪切速率對滑帶土環(huán)剪特性的影響，結(jié)果表明：土樣強度參數(shù)內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角均隨含水率的增加而降低；隨著剪切速率的增加而增加；土樣的環(huán)剪強度隨有效法向應(yīng)力的增大而增大，呈現(xiàn)出較強的近線性關(guān)系。

滑帶土，環(huán)剪試驗，含水率，剪切速率

0 引言

滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，涇陽南塬東北部邊緣滑坡帶是關(guān)中地區(qū)黃土臺塬地質(zhì)災(zāi)害的典型代表，本文以涇陽南塬滑坡區(qū)滑帶土為研究對象，采用高速大型環(huán)剪試驗機通過控制剪切速率和含水率兩個影響因素對滑帶土的環(huán)剪特性進行研究。

1 土樣的工程概況及基本特性

表1 滑帶土的基本物理性質(zhì)

黃土滑坡是黃土地區(qū)經(jīng)常發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害之一。首先我們對土樣的物理特性進行研究，經(jīng)過實驗室一系列試驗，得出土樣的物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。通過篩分析與比重計實驗測得顆粒小于0.075的百分含量為98.5，Ip值為6<10,根據(jù)GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范定名為粉土，又根據(jù)Cu值為3.2，Cc值為1.3，定為均勻土。

2 環(huán)剪試驗

2.1 試驗儀器

本試驗所用的儀器與以前的環(huán)剪試驗機相比,屬于高速大型環(huán)剪試驗機。該試驗機主要特點有：可以控制垂直動、靜荷載和水平力矩大小及環(huán)剪速率等參數(shù)在一定范圍內(nèi)連續(xù)或間斷變化；可以連續(xù)記錄試驗過程中有效應(yīng)力、剪應(yīng)力、孔隙水壓力等力學(xué)參數(shù)的同步動態(tài)變化值；可以模擬現(xiàn)場飽水條件下緩慢滑動和快速滑動的滑坡,用于研究其運動機制。尤其能夠測定滑體滑到飽和土體上時滑坡面飽水狀態(tài)下的抗剪強度,這是其他試驗機無法測定的。

2.2 試驗設(shè)計

為了全面測試土樣在不同含水率和剪切速率條件下的抗剪強度特性，我們主要設(shè)計了兩大類試驗。第一類是測試不同剪切速率下土樣的剪切強度，剪切速率為124 mm/min,234 mm/min,346 mm/min的固結(jié)排水環(huán)剪試驗。第二類是測試不同含水率下土樣的剪切強度，含水率分別為15.1%,20%,26.60%的固結(jié)排水環(huán)剪試驗。

2.3 試樣制備

首先將土樣樣品放置于105 ℃下烘干24 h以上，取出碾碎過2 mm篩，取小于2 mm部分配置成天然含水率狀態(tài)。其他不同含水率土樣用噴霧器定量加濕烘干土樣，靜置24 h，使土樣濕度均勻。

3 試驗數(shù)據(jù)與分析

3.1 剪切速率對土樣強度參數(shù)影響分析

表2為滑帶土在三種不同剪切速率v1=124 mm/min，v2=234 mm/min，v3=346 mm/min下滑帶土強度參數(shù)值，當(dāng)滑帶土的含水率較低時，在同一含水率下，強度參數(shù)c隨著剪切速率的增大而增大，此時，內(nèi)摩擦角受剪切速率的影響較小，基本保持不變。隨著含水率的增加，剪切速率對于滑帶土強度指標(biāo)的影響越來越大。滑帶土飽和時，當(dāng)剪切速率較小時，剪切速率的改變對于滑帶土內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的影響較小；當(dāng)剪切速率較大時，滑帶土強度參數(shù)c隨著剪切速率的增大而增大。我們認為當(dāng)剪切速率加快時，會提高剪切面處的重度，增強滑帶土環(huán)剪強度，這在其他的試驗中也得到了驗證。

表2 不同剪切速率下強度參數(shù)值

3.2 含水率對土樣環(huán)剪強度參數(shù)的影響

通過對以往研究資料的查詢，當(dāng)含水率小于10%時對土樣的滑動摩擦角影響較小,含水率大于10%時對土樣滑動摩擦角影響較大,并且黃土在含水率小于10%時，強度高，穩(wěn)定性強，不易發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。因此設(shè)計了含水率為15.10%，20.00%，26.60%的剪切試驗，不同含水率下強度參數(shù)值如表3所示。

表3 不同含水率下強度參數(shù)值(殘余強度)

由圖1可知滑帶土含水率越高，滑帶土的強度指標(biāo)c，φ值就越小，也就是滑帶土環(huán)剪強度越高，而且滑帶土環(huán)剪強度曲線近似為直線，說明其符合庫侖定律。我們認為滑帶土強度指標(biāo)隨含水率變化的原因是不同含水率的滑帶土，土中土體結(jié)構(gòu)會發(fā)生不同的變化，即土樣在不同的含水率下，土體的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部膠結(jié)有較大差異。

當(dāng)滑帶土含水率較低時，土體結(jié)構(gòu)強度和內(nèi)聚力均較大，結(jié)構(gòu)中存在著較大的團粒結(jié)構(gòu)使得土樣的內(nèi)摩擦角也比較大，從而使得滑帶土的環(huán)剪強度比較大。當(dāng)滑帶土含水率較大時，自由水的增多使土顆粒間的摩擦咬合力減小，顆粒之間的強聯(lián)結(jié)性減弱，大孔隙減少而小孔隙逐漸增加，導(dǎo)致土體粘結(jié)力減小，最終使土體的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力兩者均減小，滑帶土環(huán)剪強度降低。

4 結(jié)語

通過多次改進和完善試驗方案，我們使用環(huán)剪試驗機研究了含水率以及剪切速率對滑帶土環(huán)剪特性的影響，得到了滑帶土抗剪強度的影響規(guī)律，模擬了滑坡的發(fā)生過程，測定了相應(yīng)的強度指標(biāo)，這對于滑坡的預(yù)測、預(yù)防具有極其重要的意義。

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Research on using high-speed ring shear test machine to soil slip ring shear characteristics

Li Hui Li Liangzhen Shang Yujie Zhang Peiwen Qiao Shuangshuang

(ConstructionEngineeringSchool,JilinUniversity,Changchun130000,China)

Taking the sliding zone in South Jingyang plateau loess landslide as the research object, using the high-speed ring shear test machine made ring shear test, researched the influence of different water content, shear rate to sliding zone ring shear characteristics, the results showed that the soil strength parameters cohesion and internal friction angle increased with the increase of moisture content decreased, increased with the shear rate increased, the soil ring shear strength increased with the increase of effective normal stress, showed stronger linear relationship.

sliding zone, ring shear test, water content, shear rate

1009-6825(2016)28-0097-02

2016-07-19

李 慧(1995- )，女，在讀本科生

TU411

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