天然土體的無側限抗壓強度特性研究綜述

唐蕓黎 黃英 賀登芳 唐森濤 李劍寒

摘 要：土體的無側限抗壓強度是指土體在無側限約束條件下抵抗壓縮破壞的能力。本文分析總結了國內外有關土體的無側限抗壓強度特性研究進展。研究過程中，通過單軸無側限抗壓強度試驗、三軸無側限壓縮試驗等方法，考慮含水率、干密度、干濕循環、凍融循環、摻入劑含量等因素，研究了不同影響因素下紅土、黃土、膨脹土、黏性土等不同天然土體的無側限抗壓強度特性的變化規律，指出了目前研究中存在的問題，并對今后的研究工作提出了展望。

關鍵詞：紅土;黃土;膨脹土;改良土;無側限抗壓強度

中圖分類號：TU411.6? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）01-0159-02

1引言

實際巖土體結構工程中，如大壩的上下游面、壩頂部位以及邊坡、擋土墻、路基等工程存在大量的臨空面，臨空面上的土體處于無側限約束的條件，其力學特性通過用無側限抗壓強度來表示。土體的無側限抗壓強度是指土體在無側限約束條件下抵抗壓縮破壞的能力。它是反映土體力學穩定性的重要指標之一，受到土體的土性、含水率、干密度（壓實度）、溫度、時間、干濕循環、凍融循環等因素的影響，各種影響因素綜合作用的結果可能導致臨空土體發生滑坡、崩塌、滑落等工程破環，降低了土體的無側限抗壓強度，危及工程的安全運行。而為了提高土體的無側限抗壓能力，可以在土體中添加強固劑以及高分子復合材料構成加固土體或加筋土體來改良土體的性能。因此，研究土體處于無側限條件下的強度變化規律對于實際工程具有重大的指導意義。本文就是對相關研究成果的分析總結。

2天然土體的無側限抗壓強度特性

本文的天然土體指的是土體中未添加任何加固材料、加筋材料的素土體，涉及土類包括紅土、黃土、膨脹土、黏性土等，目前主要通過單軸無側限抗壓強度試驗和少數三軸無側限壓縮試驗來研究土體的無側限抗壓強度特性。

2.1天然紅土

陳議城等[1] （2020）通過室內無側限抗壓強度試驗，研究了不同含水率對桂林紅黏土無側限抗壓強度的影響。表明，隨著含水率的增大，桂林紅黏土的無側限抗壓強度呈指數關系減小。方娟等[2] （2020）通過無側限抗壓強度試驗，研究了結構性、含水率對畢節紅黏土的無側限抗壓強度的影響。表明，畢節原狀紅黏土的無側限抗壓強度曲線多為應變軟化型、重塑紅黏土多為應變硬化型。原狀紅黏土的無側限抗壓強度隨含水率的增大先增大后減小，46%時無側限抗壓強度最小，48%時達到峰值，這是因為紅黏土產生干縮使土體結構性破壞，導致含水率較低時土體的無側限抗壓強度降低。重塑紅黏土的無側限抗壓強度隨含水率的增大而降低。王海湘[3] （2018）通過無側限抗壓強度試驗，研究了賀州紅黏土的無側限抗壓強度特性。結果表明，隨著含水率的增大，賀州紅黏土的無側限抗壓強度呈先增大后減小的變化趨勢，當含水率為27%時，賀州紅黏土的無側限抗壓強度最大，隨后逐漸減弱。

2.2 天然黃土

高國紅等[4] （2019）采用三軸儀進行無側限壓縮試驗，研究了不同含水率和干密度對重塑馬蘭黃土無側限抗壓強度的影響。表明，重塑馬蘭黃土的無側限抗壓強度隨含水率的增大而減小，隨干密度的增大而增大。魏堯等[5] （2019）[5] 通過單軸無側限抗壓強度試驗和析因實驗，研究了含水率、凍融循環次數和凍結溫度三因素的交互作用對黃土無側限抗壓強度的影響。研究表明，不同含水率的原狀黃土在經歷不同凍融循環次數后，無側限抗壓強度都大幅下降;三因素單獨作用時，凍融循環次數對黃土的無側限抗壓強度影響最顯著，其次是含水率，最后是凍結溫度;三因素交互作用時，凍融循環次數和含水率共同作用對黃土的無側限抗壓強度影響最大，凍融循環次數和凍結溫度的共同作用對黃土的無側限抗壓強度影響最小。高建偉等[6] （2014）采用無側限壓縮儀進行室內單軸無側限抗壓強度試驗，研究了含水率、干密度對黃土的無側限抗壓強度的影響。表明，當含水率一定時，隨著干密度的增大，黃土的無側限抗壓強度線性增加，增長速率隨含水率的增加而線性降低;當干密度一定時，隨著含水率的增大，黃土的無側限抗壓強度以二次函數的形式降低。

2.3 天然膨脹土

吳道祥等[7] （2016）通過無側限抗壓強度試驗和電阻率試驗，研究了含水率、電阻率對膨脹土無側限抗壓強度的影響。研究表明，隨著含水率的增大，膨脹土的無側限抗壓強度呈指數減小;隨著初始電阻率的增大，膨脹土的無側限抗壓強度呈線性增大。孟凡東[8] （2013）通過無側限抗壓強度試驗，研究了干濕循環次數對膨脹土的無側限抗壓強度的影響。表明，隨著干濕循環次數的增加，膨脹土的無側限抗壓強度減小，2次干濕循環時減小的幅度最大，2次干濕循環后減小幅度變小。慕現杰等[9] （2008）通過干濕循環試驗、直剪試驗和無側限抗壓強度試驗，研究了在干濕循環作用下膨脹土強度的變化規律。研究表明，膨脹土的無側限抗壓強度隨含水率的升高而降低，塑限是膨脹土無側限抗壓強度變化的轉折點，當含水率大于塑限時，膨脹土的無側限抗壓強度受裂縫的影響小受含水率影響大;當含水率小于塑限時，裂縫對強度變化起主要作用。

2.4 天然黏性土

高亞琛[10] （2019）通過無側限抗壓強度試驗，研究了在不同干密度、含水率的條件下，黏土的無側限抗壓強度變化規律。表明，當含水率較低時，隨著干密度的增加，黏土的無側限抗壓強度明顯增加;當干密度一定時，黏土的無側限抗壓強度隨含水率的增大而減小，且干密度越大，減小速率越明顯。姜彤等[11] （2015）通過室內無側限抗壓強度試驗，研究了在干濕循環作用下3種不同壓實度粉土的無側限抗壓強度的變化規律。表明，隨著干濕循環次數的增加，粉土的無側限抗壓強度減小，且衰減幅度隨著壓實度的增大而逐漸減小。Jotisankasa? A[12] （2009）[10] 對曼谷黏土進行了無側限壓縮試驗，采用土壤張力計測定了曼谷黏土的土壤吸力和有效強度參數。表明，曼谷黏土的無側限抗壓強度與土壤吸力之間存在正相關關系。

3 存在的問題與建議

3.1 取得的研究成果

目前很多學者針對紅土、黃土、膨脹土、黏性土等天然土體通過單軸無側限抗壓強度試驗和少數三軸無側限壓縮試驗進行了大量的研究，主要考慮了干密度、含水率、干濕循環次數、凍融循環次數的影響，研究了不同的因素對天然土體無側限抗壓強度的影響規律。試驗結果表明，隨著干密度的增大，天然土體的無側限抗壓強度增大;隨著含水率的增大，天然土體的無側限抗壓強度減小;隨著干濕循環次數和凍融循環次數的增加，天然土體的無側限抗壓強度減小。

3.2 存在的問題及建議

目前主要考慮含水率、干密度、干濕循環次數、凍融循環次數等，通過無側限抗壓強度試驗、三軸無側限壓縮試驗從宏觀上來研究不同土體的無側限抗壓強度特性。但對于理論和微結構方面研究較少;以室內試驗為主，缺乏現場試驗;影響因素考慮不全面。今后應將無側限抗壓強度的試驗結果提升到理論高度進行研究，開展無側限條件下土體的微結構機制以及宏微觀統一性研究，開展干濕循環時間、干濕循環溫度、干濕循環幅度、凍融循環溫度、凍融循環幅度、試驗尺寸等影響因素的研究。

4結論

（1）針對天然土體，無側限抗壓強度試驗表明，隨著干密度的增大，天然土體的無側限抗壓強度增大;隨著含水率的增大，天然土體的無側限抗壓強度減小;隨著干濕循環次數的凍融循環次數的增加，天然土體的無側限抗壓強度減小。

（2）目前的研究主要以試驗研究為主，考慮不同的影響因素，針對土體的無側限抗壓強度特性進行研究，針對無側限條件下土體的微結構機制以及宏微觀統一性研究較少。

參考文獻 ：

[1]陳議城，陳學軍，吳迪，黃翔，唐靈明，畢鵬雁.不同含水率下紅黏土無側限抗壓強度與電阻率關系[J].桂林理工大學學報，2020，40（02）：358-364.

[2]方娟，孟來，李美霖，等.單軸條件下畢節紅黏土的強度破壞試驗研究[J].四川建材， 2020，46 （01）：1-2.

[3]王海湘.廣西賀州紅黏土的工程性質研究[J].公路， 2018，63（01）：13-19.

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[9]慕現杰，張小平.干濕循環條件下膨脹土力學性能試驗研究[J].巖土力學，2008，29（S1）：580-582.

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[11]姜彤，李艷會，張俊然，等.干濕循環對豫東路基粉土無側限抗壓強度的影響[J].華北水利水電大學學報（自然科學版），2015，36（02）：44-48.

[12]Jotisankasa A. Determination of Effective Strength Parameters of Soft Bangkok Clay Using Suction-monitored Unconfined Compression Tests[D].Bangkok： Kasetsart University， 2009.

基金項目：國家自然科學基金項目（51568031）