基于三軸試驗的黃土結(jié)構(gòu)性參數(shù)定量化研究

王建立

（河北省公路工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，河北 石家莊 050091）

0 引言

結(jié)構(gòu)性對土的力學(xué)特性有很大的影響，土結(jié)構(gòu)性定量化研究的重要性已經(jīng)得到許多研究者的重視，對此進(jìn)行了大量的研究，并取得了不少有意義的研究成果。孫明祥等[1]認(rèn)為含水量對黃土結(jié)構(gòu)性的影響程度與壓力對黃土結(jié)構(gòu)性的影響程度密切相關(guān)，壓力低時，壓力對黃土結(jié)構(gòu)性的破壞較小。陳輝等[2]認(rèn)為原狀飽和黃土的結(jié)構(gòu)性參數(shù)剪切伊始也有一個迅速減小的過程，然后減小速度變緩并最終趨于一個1 ～2的穩(wěn)定值。原狀黃土在天然沉積過程中形成了骨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)性對土的性質(zhì)有強烈的影響，所以針對三軸試驗條件下的結(jié)構(gòu)性參數(shù)定量化系統(tǒng)研究較少[3-5]的問題，對其進(jìn)行完善發(fā)展，建立相關(guān)數(shù)學(xué)方程，具有十分重要的理論意義。

1 試驗用土

試驗用土取自晉西某邊坡Q4黃土，粉土，顏色為淺黃色，孔隙較發(fā)育，肉眼可見大孔隙，土質(zhì)均勻。

土樣干密度為1.39 g/cm3，制備含水量為10%、14%、18%、22%的原狀三軸土樣和重塑三軸土樣均4個，另外，控制干密度制備4個飽和原狀三軸土樣。

2 試驗儀器與試驗方法

2.1 試驗儀器

試驗儀器采用TCK-1型三軸試驗測量控制儀，具有試驗測試精度高的特點。

2.2 試驗方法

采用三軸專用制樣器，分8級壓實，共制備20個原狀三軸土樣和16個重塑三軸土樣。試驗圍壓控制為50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 圍壓對黃土變形特性的影響研究

不同含水量下應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖1～圖3。

圖1 不同含水量下原狀黃土應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖2 不同含水量下重塑黃土應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖3 飽和原狀黃土應(yīng)力應(yīng)變曲線

通過圖1～圖3可看出，隨圍壓增大而硬化特性逐漸增強，原狀黃土及重塑黃土強度在高圍壓情況下固結(jié)排水量更大，更密實，抗剪強度更大。

3.2 結(jié)構(gòu)性參數(shù)變化規(guī)律

邵生俊等[6]利用三軸試驗給定應(yīng)變條件下不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)土。根據(jù)釋放結(jié)構(gòu)勢的方法，定義如下的結(jié)構(gòu)性參數(shù):

式中：(σ1-σ3)y表示天然沉積黃土剪切過程結(jié)構(gòu)性變化條件下的主應(yīng)力差值；(σ1-σ3)r表示擾動重塑土樣的主應(yīng)力差；(σ1-σ3)s表示浸水飽和土樣的主應(yīng)力差。

根據(jù)圖1 ～圖3及式（1），結(jié)構(gòu)性參數(shù)與壓力、含水量的關(guān)系曲線可整理為圖4。

圖4 結(jié)構(gòu)性參數(shù)與應(yīng)變的關(guān)系曲線

由圖4發(fā)現(xiàn)，黃土結(jié)構(gòu)性參數(shù)隨應(yīng)變的增加總體呈下降趨勢，且當(dāng)ε1在0 ～2%時，mσ降低較多，當(dāng)ε1大于2%后，降低幅度變小并最終趨于穩(wěn)定。

由圖5發(fā)現(xiàn)，在同一壓力下，黃土結(jié)構(gòu)性參數(shù)隨含水量的增加總體呈下降趨勢，表明結(jié)構(gòu)性逐漸變?nèi)酢?/p>

圖5 不同豎向荷載下結(jié)構(gòu)性參數(shù)與含水量的關(guān)系曲線

黃土的結(jié)構(gòu)性參數(shù)mσ與含水量w之間的關(guān)系可表述為式（2） ～式（5）的形式：

由結(jié)構(gòu)性量化研究可知，結(jié)構(gòu)性隨黃土濕度增大總體呈下降趨勢，根據(jù)式（2）～式（5），可為一定含水量及豎向荷載下的黃土結(jié)構(gòu)性參數(shù)理論及計算提供參考。

4 結(jié)論

本文進(jìn)行了固結(jié)排水三軸試驗，給出黃土應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析了結(jié)構(gòu)性參數(shù)變化規(guī)律，得出如下結(jié)論：

a）結(jié)構(gòu)性隨應(yīng)變的增加逐漸變?nèi)酰划?dāng)應(yīng)變在0 ～2%區(qū)間時，結(jié)構(gòu)性參數(shù)降低較多，當(dāng)應(yīng)變大于2%后，降低幅度變小并趨于穩(wěn)定，揭示了黃土結(jié)構(gòu)性的變化規(guī)律。

b）結(jié)構(gòu)性隨黃土濕度增大總體呈下降趨勢，建立的相關(guān)數(shù)學(xué)方程，可為一定含水量及豎向荷載下的黃土結(jié)構(gòu)性參數(shù)理論及計算提供參考。