壓實度對壩體填土力學特性影響試驗

2019-12-03 08:37:08余曉霞

水利科技與經濟 2019年11期

余曉霞

(九江市水利局，江西九江 332000)

0 引言

我國壩體主要以土石壩為主，壓實度對壩體填筑質量影響顯著，土石壩填筑具有填筑高度大、填筑工期長、填筑后變形時間長及變形量大等特點[1]。壩體填土壓實度是影響土石壩填筑質量的重要因素，因此研究壓實度對壩體填土力學特性影響是保障土石壩填筑安全的前提，是公路建設領域的重要課題。

國內外相關學者對土方填筑開展了系列研究，并取得了諸多成果。王智超等[2-3]對高填方長期沉降和變形進行了研究；吳初平[4]探討了泡沫輕質土在高填方中的應用；尹利華等[5]探討了云南紅黏土作為填方材料的可行性，并根據試驗成果總結了填筑工藝，建議云南紅黏土的壓實度下限為0.9；王鵬等[6]采用Logistic-雙曲線組合模型進行填方沉降預測，組合模型與實測值擬合程度與一致性均高于單一的Logistic或雙曲線模型。陳虎等[7]考慮夯錘半徑、夯點間距及加固深度等，建立了基于累計夯沉量的壓實度計算方法。基于上述研究，本文對5種不同壓實度壩體填土進行飽和固結不排水試驗，分析壓實度對壩體填土抗剪強度、有效內摩擦角和有效黏聚力的影響。

1 試驗設計

試驗土料為取自江西某水庫的紅黏土，比重為2.71，液限為70.8%，塑限為36.5%，顆粒級配曲線見圖1。土樣最大粒徑為5 mm，主要以粉粒為主，土樣最大干密度為1.51 g/cm3，最優含水率為28.9%。

圖1 顆粒級配曲線Fig.1 Particle size distribution curve

將取回土樣烘干、碾碎并過篩后備用，設計壓實度為0.75，0.8，0.85，0.9和0.95試樣計算干土重，按最優含水率計算試樣水重，將土料與水充分混合均勻后置于密閉容器中養護24 h，保證水與土充分混合，養護完成后將土樣置于真空缸中進行抽氣飽和，抽氣飽和完成后將土樣在水中浸泡24 h，保證孔隙水壓力系數B≥0.94。

儀器臺清理整潔后，將飽和后試樣置于套有橡皮膜的基座上，基座預先墊有透水石和濾紙，依次蓋上濾紙、透水石和試樣帽，綁扎好橡皮膜，蓋上壓力罩，向壓力室內充水并施加圍壓開始固結。固結時打開上下排水閥，固結圍壓分別為25，50，100和200 kPa，固結時間為48 h。待固結完成后開始試驗，試驗加載速率為0.018 mm/s，試驗應變為15%時停止試驗。

2 試驗結果與分析

2.1 抗剪強度

取應變值10%為土樣抗剪強度，不同壓實度填土抗剪強度與壓實度關系曲線見圖2。可以看出，隨壓實度d增大，填土孔隙減小，顆粒咬合越緊密，壩體填土抗剪強度q逐漸增大，壩體填土抗剪強度q與壓實度d具有良好的線性相關，擬和相關系數均大于0.95。隨圍壓增大，填土抗剪強度與壓實度關系曲線斜率逐漸增大，說明隨圍壓增大，壓實度對壩體填土影響逐漸趨于明顯。

圖2 填土抗剪強度與壓實度關系曲線Fig.2 Curve of relationship between shear strength and compactness of fill

2.2 抗剪強度參數

根據壩體填土的摩爾-庫倫強度準則，繪制強度包線，見圖3。由不同壓實度下壩體填土的摩爾-庫倫強度包線可得其抗剪強度參數內摩擦角φ和黏聚力c，內摩擦角-黏聚力-壓實度關系曲線見圖4。可以看出，隨壓實度增大，壩體填土抗剪強度參數內摩擦角φ和黏聚力c均增大，內摩擦角與壓實度呈線性相關，黏聚力與壓實度呈二次函數正相關。