干濕循環(huán)作用下銀川地區(qū)重塑粉質(zhì)黏土強(qiáng)度劣化試驗(yàn)研究

蔣佳莉，張衛(wèi)兵,2，王紅雨,2

(1. 寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，寧夏 銀川 750021)

0 引言

銀川地區(qū)湖泊眾多，水域附近土體常年由于水位升降變化處于干濕交替狀態(tài)，造成臨近土體發(fā)生強(qiáng)度劣化，抗變形能力下降，導(dǎo)致構(gòu)筑其上路基工程、地基工程、庫(kù)岸邊坡工程產(chǎn)生失穩(wěn)破壞[1]，對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生阻礙。大量學(xué)者針對(duì)土體干濕循環(huán)特性開(kāi)展試驗(yàn)研究，在飽和度相關(guān)研究中，楊和平等[2]通過(guò)對(duì)寧明膨脹土研究認(rèn)為，當(dāng)土體飽和度大于50%時(shí)，抗剪指標(biāo)隨著飽和度的增大發(fā)生衰減，且當(dāng)飽和度相對(duì)較低時(shí)衰減較快，飽和度達(dá)到一定值后衰減較慢，并建立了黏聚力、內(nèi)摩擦角與飽和度關(guān)系曲線；黃琨等[3]通過(guò)對(duì)廣西重塑粉砂土研究認(rèn)為：當(dāng)含水率較低時(shí)，土體抗剪指標(biāo)隨著含水率增加而增加，但含水率達(dá)到一定值時(shí)，土體抗剪指標(biāo)隨著含水量的增加而減小；邊佳敏[4]通過(guò)對(duì)小浪底滑坡土體強(qiáng)度指標(biāo)的擬合分析發(fā)現(xiàn)總黏聚力和內(nèi)摩擦角與含水率分別成二次函數(shù)、線性關(guān)系。在壓實(shí)度因素研究中，劉文化[5-6]對(duì)干濕循環(huán)作用下不同初始干密度、循環(huán)荷載作用、制樣方式、應(yīng)力歷史下的大連粉質(zhì)黏土力學(xué)性質(zhì)開(kāi)展系統(tǒng)性試驗(yàn)研究,認(rèn)為不同初始干密度對(duì)土體應(yīng)力應(yīng)變曲線產(chǎn)生不同影響,以及不同應(yīng)力歷史條件下力學(xué)特性不同;邵顯顯等[7]對(duì)不同壓實(shí)度下黃土增濕變形展開(kāi)研究，得出壓實(shí)孔隙比大于臨界孔隙比時(shí)，增濕變形較大，反之增濕變形較小；LU等[8]對(duì)干濕循環(huán)下不同干密度時(shí)下蜀黃土的研究認(rèn)為壓實(shí)黏土致密性對(duì)裂縫影響很大，低密度裂縫擴(kuò)展較深，高密度裂縫擴(kuò)展深度較淺；萬(wàn)勇等[9]通過(guò)對(duì)干濕循環(huán)作用下壓實(shí)黏土的研究，得出低壓實(shí)黏土黏聚力增大而中高壓實(shí)黏土黏聚力減小，且內(nèi)摩擦角均增大的規(guī)律；Kholghifard等[10]認(rèn)為干濕循環(huán)對(duì)干密度大的殘積紅土?xí)p小濕陷性而提高膨脹性。大量針對(duì)干濕次數(shù)的研究中，Tang等[11]對(duì)Romaininville黏土干濕循環(huán)過(guò)程表面裂縫演化、結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)土體在干濕3次后裂縫保持穩(wěn)定；HE等[12]對(duì)Teguline黏土進(jìn)行干濕循環(huán)裂縫研究，發(fā)現(xiàn)在4～5次干濕循環(huán)后，試樣發(fā)生徑向裂縫而非軸向。張祖蓮[13]對(duì)云南地區(qū)紅土開(kāi)展干濕循環(huán)作用下強(qiáng)度研究,認(rèn)為紅土抗剪強(qiáng)度均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而非線性減小，在10次達(dá)到穩(wěn)定；而江強(qiáng)強(qiáng)[14]則認(rèn)為紅土在干濕循環(huán)前3次強(qiáng)度衰減較快，之后衰減較弱，直至穩(wěn)定；徐丹[15]對(duì)膨脹土的3次干濕循環(huán)試驗(yàn)研究認(rèn)為，試樣的剪切強(qiáng)度及黏聚力呈先增加后減小的趨勢(shì),在第2次干燥過(guò)程中達(dá)到峰值,但內(nèi)摩擦角受干濕循環(huán)的影響無(wú)明顯規(guī)律。在荷載因素相關(guān)研究中，楊和平[16]通過(guò)選取南北方3種典型地區(qū)的膨脹土開(kāi)展上覆荷載作用下抗剪強(qiáng)度研究，發(fā)現(xiàn)上覆荷載越大，其絕對(duì)強(qiáng)度衰減率越低，并且用雙直線能較好表征抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；陳開(kāi)圣[17]開(kāi)展荷載作用下貴州地區(qū)紅黏土的干濕循環(huán)試驗(yàn)，通過(guò)脹縮率觀測(cè)紅黏土收縮特性，并認(rèn)為干濕循環(huán)1次后脹縮最強(qiáng)烈，5次左右趨于穩(wěn)定。葉為民[18]開(kāi)展了干濕循環(huán)作用下考慮溫度影響的膨潤(rùn)土微觀特性研究。多數(shù)試驗(yàn)研究中考慮開(kāi)展以上多因素間相互作用，如胡長(zhǎng)明[19]開(kāi)展了壓實(shí)黃土干密度、干濕循環(huán)幅度、干濕循環(huán)下限幅度含水量三因素的三軸試驗(yàn)，擬合得到基于以上三因素的壓實(shí)黃土干濕循環(huán)強(qiáng)度劣化模型(CLDM)；黃震[20]對(duì)廣西膨脹土進(jìn)行等幅度干濕循環(huán)試驗(yàn)，建立了初始含水率、循環(huán)幅度、干濕次數(shù)為變量的黏聚力非線性特征函數(shù)。

現(xiàn)有研究表明：不同地區(qū)土體力學(xué)特性各異，影響土體強(qiáng)度劣化因素涉及：初始干密度、含水率、干濕次數(shù)、圍壓，以及溫度作用等，各因素間影響程度有別，這是造成地區(qū)之間工程破壞程度各異的重要原因。眾多學(xué)者系統(tǒng)開(kāi)展了各類(lèi)土體干濕循環(huán)作用下的力學(xué)特性研究，為探究地區(qū)土體性質(zhì)，提高工程服役性能具有重要意義。大量試驗(yàn)的開(kāi)展多集中探究強(qiáng)度特性、變形特性，以及相應(yīng)試驗(yàn)條件下曲線擬合分析，對(duì)于特殊土研究較多，而對(duì)于粉質(zhì)黏土研究較少，基于此，本研究開(kāi)展了考慮不同壓實(shí)度、飽和度、干濕循環(huán)次數(shù)及圍壓四因素的三軸試驗(yàn)，力圖探究銀川地區(qū)粉質(zhì)黏土強(qiáng)度劣化機(jī)理，研究結(jié)果可為粉質(zhì)黏土地區(qū)工程設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 試驗(yàn)方案及設(shè)計(jì)

1.1 試樣材料

本試驗(yàn)用土取自寧夏老年大學(xué)，該場(chǎng)區(qū)地貌上屬黃河沖積平原二級(jí)階地，無(wú)不良工程地質(zhì)作用，場(chǎng)區(qū)地層自上而下為人工填土，第四系沖、湖積相黏性土、粉土和砂土層，試驗(yàn)用土取土深度5～6 m,黃褐-褐黃色，稍濕，稍密-中密，不均勻，無(wú)明顯層理特征，屬中等壓縮性土層，基本力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 銀川粉質(zhì)黏土基本物理性質(zhì)

1.2 試樣制備

將試驗(yàn)用土自然風(fēng)干，去除雜物錘碎，過(guò)2 mm篩，試驗(yàn)設(shè)定不同壓實(shí)度分別為90%，92%，95%，通過(guò)稱(chēng)量不同質(zhì)量的土來(lái)實(shí)現(xiàn);試驗(yàn)設(shè)定土樣飽和度分別40%，55%，70%，85%，此過(guò)程通過(guò)加入不同水量實(shí)現(xiàn)；充分拌和后放入保濕缸24 h，使土樣水分保持均勻，每份土樣分3～5次稱(chēng)量，保證試樣均一，每次用液壓千斤頂擊實(shí)完成后，用土刀刮毛土樣，將土樣制成高80 mm，直徑39.1 mm的三軸試樣。

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.3.1 干濕循環(huán)方案

本試驗(yàn)干濕循環(huán)路徑主要通過(guò)烘箱減濕，加水增濕固定時(shí)間法來(lái)實(shí)現(xiàn)。將制備好的土樣放入托盤(pán)內(nèi)，置于烘箱內(nèi)，設(shè)定溫度65 ℃，時(shí)間24 h降至風(fēng)干含水率，此過(guò)程完成一次干燥減濕。將試驗(yàn)土樣取出靜置半小時(shí)后再將一組4個(gè)試樣放于底部裝有大透水石的燒杯中(透水石事先預(yù)置于蒸餾水中)，利用膠頭滴管向燒杯壁和土樣上部進(jìn)行補(bǔ)水增濕，使土體從上下兩部分吸濕，達(dá)到飽和含水率，外部覆蓋保鮮膜，增濕24 h，此過(guò)程完成一次補(bǔ)水增濕。一次完整干濕循環(huán)為2 d。試驗(yàn)中實(shí)時(shí)稱(chēng)量試樣的總質(zhì)量，進(jìn)而控制含水率。干濕循環(huán)過(guò)程如圖1、2所示。

圖1 干燥減濕過(guò)程Fig.1 Dehumidification process

圖2 補(bǔ)水增濕過(guò)程Fig.2 Humidification process

1.3.2 試驗(yàn)方案

為探究壓實(shí)度、飽和度、干濕次數(shù)，圍壓對(duì)粉質(zhì)黏土強(qiáng)度劣化作用機(jī)理，考慮到路基工程中填方路基填筑設(shè)計(jì)壓實(shí)度不低于90%，其他等級(jí)道路工程壓實(shí)度在此基礎(chǔ)上標(biāo)準(zhǔn)更高，故本試驗(yàn)設(shè)定不同壓實(shí)度90%，92%，95%。為了模擬工程實(shí)際受干濕循環(huán)作用，一方面在含水率變化對(duì)重塑粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度影響的相關(guān)研究集中在最優(yōu)含水率附近，結(jié)合不同壓實(shí)度條件，計(jì)算得最優(yōu)含水率狀態(tài)下飽和度為55%左右；另一方面考慮到飽和度設(shè)置間隔太大導(dǎo)致制樣過(guò)程中泌水嚴(yán)重，質(zhì)量損耗較大對(duì)后續(xù)三軸試驗(yàn)結(jié)果誤差影響大。故綜合以上因素設(shè)定本試驗(yàn)飽和度為40%，55%，70%，85%。根據(jù)不同試驗(yàn)條件將試驗(yàn)土樣命名為Cx-Sy-Z，其中C表示壓實(shí)度，S表示飽和度，Z表示圍壓等級(jí)。如C90-S40-100代表壓實(shí)度90%、飽和度40%、圍壓100 kPa的土樣，下同。土樣進(jìn)行干濕循環(huán)次數(shù)為0，3，6，9次，以DW+數(shù)字表示干濕次數(shù)，如DW0表示干濕循環(huán)0次，下同。各組試樣試驗(yàn)結(jié)束后，使用應(yīng)變控制式三軸儀進(jìn)行不排水不固結(jié)(UU)試驗(yàn)，圍壓設(shè)定100，200，300，400 kPa，共計(jì)194個(gè)試樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)，試驗(yàn)方案如表2所示。

表2 三軸試驗(yàn)方案

圖3 干濕循環(huán)作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.3 Stress stain curves under drying-wetting cycles

2 干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

根據(jù)三軸試驗(yàn)，測(cè)得不同壓實(shí)度下應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。

圖5 干濕循環(huán)作用下峰值應(yīng)力變化規(guī)律Fig.5 Change rules of peak stress under drying-wetting cycles

由圖3(a)，(e)，(i)可看出，未經(jīng)干濕循環(huán)時(shí)，不同壓實(shí)度土體在低圍壓(100～200 kPa)下，土體應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)較強(qiáng)的軟化型；而在高圍壓(300～400 kPa)時(shí)，隨壓實(shí)度的增大，應(yīng)力應(yīng)變曲線由硬化型逐漸過(guò)渡到軟化型。這主要是因?yàn)椋涸嚇又苽溥^(guò)程中使用液壓千斤頂制樣，相當(dāng)于給予土樣一定的先期固結(jié)壓力，且壓實(shí)度越大，土樣所經(jīng)受的先期固結(jié)壓力也越大。因此，當(dāng)圍壓較低時(shí)，土體呈現(xiàn)超固結(jié)特性，剪切過(guò)程中發(fā)生剪脹，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)軟化型；而當(dāng)圍壓較高時(shí)，隨壓實(shí)度的增大，土體由正常固結(jié)狀態(tài)過(guò)渡為超固結(jié)狀態(tài)，故此，應(yīng)力應(yīng)變曲線也由硬化性過(guò)渡為軟化型。

干濕循環(huán)后，土體應(yīng)力應(yīng)變曲線形式均為應(yīng)變軟化型。這是因?yàn)椋憾啻胃稍餃p濕過(guò)程水分蒸發(fā)和補(bǔ)水增濕過(guò)程水流沖刷破壞了原有孔隙結(jié)構(gòu)，顆粒間隙增大，同時(shí)裂隙發(fā)育明顯，土體在剪切過(guò)程中因顆粒重排列發(fā)生剪脹，表現(xiàn)為不同程度的軟化。值得注意的是：干濕3次以后各個(gè)組別軟化程度逐漸增大，這與三軸土樣剪切結(jié)果保持一致，如圖4所示，土樣在干濕循環(huán)6次與9次過(guò)程中體積膨脹要明顯一些。所以綜上：認(rèn)為干濕循環(huán)前后改變土體應(yīng)力應(yīng)變曲線形式，土體由應(yīng)變硬化型逐漸變?yōu)閼?yīng)變軟化型，且干濕循環(huán)3次后，土體軟化程度逐漸增大。

2.2 峰值應(yīng)力

取每組試樣達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)應(yīng)的偏應(yīng)力考察強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)應(yīng)變軟化型試樣，取其峰值點(diǎn)的偏應(yīng)力值，對(duì)硬化型試樣，取軸向應(yīng)變達(dá)到15%時(shí)所對(duì)應(yīng)的偏應(yīng)力值。為便于描述，定義干濕循環(huán)1～3次為干濕循環(huán)前期，4～6次為中期，7～9次為末期。同時(shí)定義，當(dāng)土樣實(shí)際含水率高于最優(yōu)含水率時(shí)為高飽和度(Sr)(對(duì)應(yīng)于飽和度70%和85%)，低于最優(yōu)含水率時(shí)為低飽和度(對(duì)應(yīng)于飽和度40%和55%)，圖5為不同干濕次數(shù)后峰值應(yīng)力變化情況:

由圖5可知，未經(jīng)干濕循環(huán)時(shí)，峰值應(yīng)力隨圍壓和的壓實(shí)度的增大呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。干濕循環(huán)后，隨干濕次數(shù)的增加，峰值應(yīng)力逐漸下降。同時(shí)，干濕循環(huán)前期和末期，峰值應(yīng)力在高飽和度下衰減程度較大，而在干濕循環(huán)中期，峰值應(yīng)力在低飽和度下衰減程度較大。如干濕循環(huán)前期，相同壓實(shí)度下各組別中衰減程度最大的為C90-S40, C92-S70, C95-S70，衰減率分別為28.11%, 25.21%, 17.59%；干濕循環(huán)中期，各組別中衰減程度最大的分別為C90-S55, C92-S40, C95-S40，衰減率分別為28.35%，30.65%,45.32%；干濕循環(huán)末期，各組別中衰減程度最大的分別為C90-S85, C92-S85, C95-S55，衰減率分別為25.63%, 26.95%, 36.59%。這主要是因?yàn)椋涸诟蓾裱h(huán)前期和末期，不同土樣干燥減濕至風(fēng)干含水率，土體飽和度越高則干濕幅度越大，同組別干濕循環(huán)過(guò)程中基質(zhì)吸力較大，使土體失水達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生裂隙，干濕幅度越大，產(chǎn)生裂隙越多，強(qiáng)度衰減程度越明顯。而在干濕循環(huán)中期，高飽和度土體內(nèi)部裂隙發(fā)育減緩，相同含水量狀態(tài)下基質(zhì)吸力下降，毛細(xì)作用疲化，使得高飽和土體較低飽和度土體峰值應(yīng)力減小程度趨緩，相比之下，低飽和度土體應(yīng)力衰減程度較大。

值得注意的是，隨著干濕次數(shù)的增加，相同壓實(shí)度相同圍壓條件下，曲線形式總是出現(xiàn)類(lèi)似交點(diǎn)的趨勢(shì)。如C92-100kPa, C92-400kPa及C95-200kPa下各飽和度土體均在干濕循環(huán)6次左右峰值應(yīng)力曲線達(dá)到相交。考慮到曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線形式主要與圍壓、壓實(shí)度及固結(jié)方式相關(guān)，而應(yīng)力應(yīng)變曲線也可反映土體破壞程度,在干濕循環(huán)中、末期若忽略固結(jié)方式時(shí)，可認(rèn)為交點(diǎn)的出現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是反映了土體在相同壓實(shí)度和圍壓條件下經(jīng)歷不同干濕循環(huán)作用后達(dá)到了相同的破壞程度。依據(jù)文獻(xiàn)[21]中伏斯列夫真強(qiáng)度理論，分析認(rèn)為此時(shí)土體內(nèi)部處于等含水量狀態(tài)，而不同試樣交點(diǎn)均集中于中期結(jié)束6次，說(shuō)明整個(gè)干濕循環(huán)過(guò)程中期6次左右，不同土樣不同強(qiáng)度包線下各個(gè)試樣破壞時(shí)的含水量是近似相同的。

2.3 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線，繪制摩爾應(yīng)力圓及強(qiáng)度包線，得到每組試樣的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)——黏聚力с和內(nèi)摩擦角φ。

2.3.1 黏聚力變化規(guī)律

圖6為不同壓實(shí)度下黏聚力指標(biāo)變化情況。從中可以看出，隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加，黏聚力均呈現(xiàn)顯著減小趨勢(shì)。為系統(tǒng)闡述黏聚力變化情況，定義總體劣化度為初始值減去某次循環(huán)后劣化值與初始值的比值，并將不同飽和度下黏聚力劣化情況示于圖7。

圖7 不同飽和度下黏聚力劣化度隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系Fig.7 Relationship between deterioration degree of cohesion and number of drying-wetting cycles under different compactnesses at different saturations and the number of drying and wetting cycles

由圖7可知，總體上黏聚力隨干濕循環(huán)次數(shù)的增大呈現(xiàn)明顯的衰減趨勢(shì)，且在干濕循環(huán)前期，高飽和度土體衰減幅度較大，而在中、末期，低飽和度土體衰減幅度較大。如干濕循環(huán)前期相同壓實(shí)度下各個(gè)組別衰減最大的是C90-S85, C92-S70, C95-S85，分別為42.16%, 31.08%, 41.66%；干濕循環(huán)中期同壓實(shí)度下各個(gè)組別衰減最大的是C90-S40, C92-S40, C95-S40，分別為28.31%, 36.76%, 30.55%；干濕循環(huán)末期同壓實(shí)度下各個(gè)組別衰減最大的是：C90-S70, C92-S40, C95-S40，分別為：18.52%, 20.37%, 24.55%。黏聚力衰減歸因于原始黏聚力與吸附強(qiáng)度劣化。干濕循環(huán)前期，高飽和度土體內(nèi)部天然膠結(jié)物質(zhì)受到?jīng)_刷，致使原始黏聚力降低，加之高飽和度土體減濕后基質(zhì)吸力較大，土體反復(fù)濕脹和干縮變形，孔隙數(shù)量增多，強(qiáng)度衰減較明顯；而在中期和末期，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，土體內(nèi)部裂隙不斷增多，基質(zhì)吸力與毛細(xì)作用疲化，吸附強(qiáng)度降低，故而強(qiáng)度下降。該過(guò)程中，飽和度越低，該特征表現(xiàn)得越明顯。因此干濕循環(huán)中、末期低飽和土體強(qiáng)度衰減較大。

此外，通過(guò)分析不同壓實(shí)度下黏聚力的平均衰減率，如表3所示。認(rèn)為在干濕循環(huán)前期，提高壓實(shí)度可一定程度降低黏聚力劣化影響，但在干濕循環(huán)中、末期提高壓實(shí)度對(duì)降低黏聚力劣化作用甚微，甚至反而會(huì)加劇黏聚力劣化程度。這主要是因?yàn)椋翰煌柡投韧馏w經(jīng)歷干濕循環(huán)幅度不同，基質(zhì)吸力的作用促使土體更加密實(shí)，強(qiáng)度增加；與此同時(shí)干濕循環(huán)過(guò)程中裂隙的發(fā)育，土體將發(fā)生不同程度軟化，強(qiáng)度降低。在干濕循環(huán)前期，由于基質(zhì)吸力的作用稍強(qiáng)于裂隙發(fā)育，導(dǎo)致整體對(duì)黏聚力劣化具有不同程度的抵抗能力。隨著干濕循環(huán)過(guò)程的推進(jìn)，裂隙發(fā)育顯著，由于孔隙結(jié)構(gòu)的增多增大，基質(zhì)吸力分布不均勻，此時(shí)裂隙發(fā)育強(qiáng)度衰減遠(yuǎn)大于基質(zhì)吸力作用。故提高壓實(shí)度對(duì)黏聚力劣化的抵抗能力越來(lái)越弱，工程實(shí)際中需考慮此特征。

表3 不同壓實(shí)度下黏聚力平均衰減率變化

通過(guò)對(duì)不同飽和度下黏聚力劣化度與干濕循環(huán)次數(shù)變化規(guī)律的擬合分析，如表4所示。低飽和度下黏聚力劣化度與干濕循環(huán)次數(shù)間符合線性回歸，高飽和度下其變化關(guān)系符合二次曲線回歸，且具有較好的相關(guān)性。

2.3.2 內(nèi)摩擦角變化規(guī)律

不同壓實(shí)度下內(nèi)摩擦角隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律如圖8所示。

由圖8可知：內(nèi)摩擦角在干濕循環(huán)作用下總體呈不斷劣化趨勢(shì)，但其劣化程度較黏聚力要小。其原因在于：補(bǔ)水增濕后水膜契入土體骨架間隙，由于水膜潤(rùn)滑作用，使得土體顆粒間距變大，加之干濕循環(huán)過(guò)程裂隙發(fā)育導(dǎo)致土體孔隙增加，顆粒之間接觸面減小，機(jī)械咬合減弱，從而導(dǎo)致土體內(nèi)摩擦角整體減小。

表4 不同組別黏聚力劣化度隨干濕次數(shù)擬合公式

圖8 不同壓實(shí)度下內(nèi)摩擦角與干濕循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系Fig.8 Relationship between internal friction angle and number of drying-wetting cycles under different compactnesses

此外，由于補(bǔ)水增濕過(guò)程使得土體內(nèi)部，特別是在土樣中部含水率分布不均勻，這使得局部滑動(dòng)摩擦角增大，從而內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)波動(dòng)起伏現(xiàn)象,如C90-S85和C92-S85土樣在干濕循環(huán)3次時(shí)內(nèi)摩擦角出現(xiàn)小幅抬升。分析其原因是：低壓實(shí)度下孔隙較大，在高飽和度水分的沖刷下，經(jīng)歷3次干濕循環(huán)后孔隙骨架發(fā)生一定程度的坍落，導(dǎo)致顆粒間接觸面增多，剪切時(shí)接觸面上的摩擦阻力較大，故而摩擦角發(fā)生小幅抬升。后續(xù)摩擦角減小主要是因?yàn)榱严栋l(fā)展對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這種坍落作用，宏觀表現(xiàn)為顆粒間隙增大，咬合能力的減弱。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)密實(shí)度、飽和度、干濕循環(huán)次數(shù)、圍壓4個(gè)影響因素的重塑土樣的三軸試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析擬合，得到得到以下結(jié)論：

(1)干濕循環(huán)過(guò)程改變土體應(yīng)力應(yīng)變形式，土樣由應(yīng)變硬化型逐漸變?yōu)閼?yīng)變軟化型，且干濕循環(huán)3次以后大幅改變軟化程度；

(2)干濕循環(huán)前期和末期，其峰值應(yīng)力在高飽和度下衰減程度較大，而干濕循環(huán)中期則在低飽和度下衰減較大。不同壓實(shí)度、飽和度、圍壓下土體在干濕循環(huán)6次左右內(nèi)部含水量較接近，說(shuō)明不同壓實(shí)度、飽和度、不同圍壓下土體在干濕循環(huán)過(guò)程中存在“歸一”性。

(3)干濕循環(huán)后黏聚力與內(nèi)摩擦角指標(biāo)均發(fā)生劣化，且黏聚力劣化程度大于內(nèi)摩擦角；在干濕循環(huán)前期，高飽和度土體黏聚力衰減較快，而在干濕中期、末期，低飽和度土體衰減較快；干濕循環(huán)前期，提高壓實(shí)度可在一定程度降低黏聚力劣化程度，但干濕循環(huán)中期、末期提高壓實(shí)度對(duì)黏聚力劣化抵抗作用較弱；低飽和度下黏聚力劣化與干濕循環(huán)次數(shù)之間符合線性回歸，而高飽和度下其規(guī)律符合二次曲線回歸，相關(guān)性較好。