徐 大 偉

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

不同壓實(shí)度下重塑黃土抗剪指標(biāo)分析

徐 大 偉1,2

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

以呂梁地區(qū)馬蘭黃土和離石黃土為研究對(duì)象，在馬蘭黃土及離石黃土不同壓實(shí)度下，處于天然、最優(yōu)、塑限、飽和四種狀態(tài)的含水量水平時(shí)進(jìn)行試樣直接快剪試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了不同壓實(shí)度、含水量條件下重塑土的粘聚力、內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律，得出了一些有參考價(jià)值的結(jié)論。

重塑黃土，壓實(shí)度，含水量，粘聚力，內(nèi)摩擦角

0 引言

中國(guó)是世界上黃土分布最廣、厚度最大、比較典型的國(guó)家，面積達(dá)64萬(wàn)km2，約占我國(guó)陸地面積的6.6%。尤其在山西呂梁地區(qū)，大部分工程施工、建設(shè)都與黃土分不開(kāi)。呂梁地區(qū)是典型的黃土丘陵地貌，千溝萬(wàn)壑，而在呂梁離石區(qū)陳家崖發(fā)育著最為典型的中更新世晚期黃土，故Q2黃土被命名為離石黃土[1]。呂梁地區(qū)常采用廣泛分布的馬蘭黃土和離石黃土作為填料，大規(guī)模用于山區(qū)沖溝的回填，在這些工程建設(shè)中，回填的重塑黃土經(jīng)壓實(shí)度控制，成為了各類建筑物的基礎(chǔ)或邊坡等等，因此其強(qiáng)度特性影響到邊坡的穩(wěn)定性，決定著正確的工程設(shè)計(jì)和地基處理措施[2]。因此，黃土相關(guān)指標(biāo)的研究，尤其是對(duì)重塑黃土強(qiáng)度特性的研究，對(duì)黃土地區(qū)的工程建設(shè)有著重要的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 試驗(yàn)試樣的制作和準(zhǔn)備

抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)所用黃土取自呂梁離石大武某工程的黃土擾動(dòng)土，擾動(dòng)土樣制備方法按照公路土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定進(jìn)行，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)儀制取0.90，0.93，0.95，0.98壓實(shí)度狀態(tài)的重塑土樣(擊實(shí)錘質(zhì)量4.5 kg，錘落高為457 mm，擊實(shí)筒內(nèi)徑為152 mm)。在對(duì)重塑黃土進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，所采用的試件為直徑10 cm,高20 cm的圓柱狀試件。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，對(duì)已經(jīng)制備好的重塑土樣分別進(jìn)行增濕，增濕所需水量按下式控制[3]：

式中：mw——制備試樣所需要的加水量，g；m0——濕土的質(zhì)量，g；w0——濕土的含水量，%；w1——制樣要求的含水量，%。

2 重塑馬蘭黃土抗剪強(qiáng)度特性

重塑黃土含水量和壓實(shí)度變化對(duì)抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的影響主要由它們對(duì)粘聚力c值及內(nèi)摩擦角φ值產(chǎn)生的影響來(lái)反映。對(duì)于同一種土而言，壓實(shí)度和含水量無(wú)疑是決定抗剪強(qiáng)度最主要的因素[4]。

按照試樣處于0.90，0.93，0.95，0.98壓實(shí)度水平制備的試樣，分別在天然、最優(yōu)、塑限、飽和四種狀態(tài)的含水量下進(jìn)行直接快剪試驗(yàn)，初始?jí)簩?shí)度為90%的試樣，含水量分別為8.65%，12.87%，15.77%,19.71%；初始?jí)簩?shí)度為93%的試樣，含水量分別為8.65%，12.84%，15.77%，18.82%；初始?jí)簩?shí)度為95%的試樣，含水量分別為8.65%，12.64%，15.88%，18.55%；初始?jí)簩?shí)度為98%試樣含水量分別為8.65%，12.66%，15.88%，19.70%。

2.1 含水量及壓實(shí)度對(duì)粘聚力的影響

試驗(yàn)得到的試樣含水量w及壓實(shí)度與粘聚力c變化曲線見(jiàn)圖1，圖2。

由圖1可知：同一含水量條件下，壓實(shí)度越大，土粒排列越緊密，粘聚力c值隨壓實(shí)度的增大而增大。另外，在天然、最優(yōu)、塑限及飽和含水量w水平下，粘聚力隨壓實(shí)度增加均表現(xiàn)為不同程度的增加，這種規(guī)律表明：不同含水量條件下，壓實(shí)度的提高所導(dǎo)致的粘聚力增加不受含水量水平的制約。

由圖2可知：同一壓實(shí)度條件下，粘聚力c隨著含水量w的增大而減小，其原因可能是由于土中弱結(jié)合水分子隨含水量增大而增加，對(duì)土體顆粒的潤(rùn)滑作用增強(qiáng)，從而使得粘聚力c減小。另外壓實(shí)度越低，土體粘聚力c受含水量w影響越小。同時(shí)，當(dāng)土體含水量低于最優(yōu)含水率時(shí)，粘聚力c值受含水量影響較小，當(dāng)土體含水量大于最優(yōu)含水量時(shí)，粘聚力c值受含水量影響較大。

2.2 含水量及壓實(shí)度對(duì)內(nèi)摩擦角的影響

試驗(yàn)得到的試樣含水量w及壓實(shí)度與內(nèi)摩擦角變化曲線見(jiàn)圖3，圖4。

由圖3，圖4可知：在同一含水量w條件下，內(nèi)摩擦角φ隨壓實(shí)度K增大而增大，并且含水量越大，壓實(shí)度對(duì)內(nèi)摩擦角φ值的影響越大。在同一壓實(shí)度水平下，含水量w的增大，試樣內(nèi)摩擦角φ值隨之而減小，且初始?jí)簩?shí)度越高，含水量對(duì)φ值的影響越小。

3 重塑離石黃土抗剪強(qiáng)度特性

按照試樣處于0.90，0.93，0.95，0.98壓實(shí)度水平制備的試樣，分別在天然、最優(yōu)、塑限、飽和四種狀態(tài)的含水量下進(jìn)行直接快剪試驗(yàn)，其中，初始?jí)簩?shí)度為90%的試樣，含水量分別為11.25%，12.55%，16.34%，19.71%；初始?jí)簩?shí)度為93%的試樣，含水量分別為11.25%，12.61%，16.34%，18.82%；初始?jí)簩?shí)度為95%的試樣，含水量分別為11.25%，12.55%，16.23%，18.55%；初始?jí)簩?shí)度為98%試樣含水量分別為11.25%，12.80%，16.35%，17.70%。

3.1 含水量及壓實(shí)度對(duì)粘聚力的影響

試驗(yàn)得到的試樣含水量w及壓實(shí)度與粘聚力c變化曲線見(jiàn)圖5，圖6。

由圖5，圖6可知：同一含水量條件下，壓實(shí)度越大，土粒排列越緊密，粘聚力c值隨壓實(shí)度的增大而增大。另外，在天然、最優(yōu)、塑限及飽和含水量w水平下，粘聚力隨壓實(shí)度增加均表現(xiàn)為不同程度的增加，這種規(guī)律表明：不同含水量條件下，壓實(shí)度的提高所導(dǎo)致的粘聚力增加不受含水量水平的制約。同一壓實(shí)度條件下，粘聚力c隨著含水量w的減小而增大。另外，初始?jí)簩?shí)度越低，土體粘聚力c受含水量w影響越小。同時(shí)，當(dāng)土體含水量低于最優(yōu)含水量時(shí)，粘聚力c值受含水量影響較小，當(dāng)土體含水量大于最優(yōu)含水率時(shí)，c值受含水量影響較大。

3.2 含水量及壓實(shí)度對(duì)內(nèi)摩擦角的影響

試驗(yàn)得到的試樣含水量w及壓實(shí)度與內(nèi)摩擦角變化曲線見(jiàn)圖7，圖8。

由圖7，圖8可知：在同一含水量w水平下內(nèi)摩擦角φ隨壓實(shí)度增大而增大，且在飽和含水量狀態(tài)下，其中93%壓實(shí)度條件下較其他壓實(shí)度條件下內(nèi)摩擦角φ下降最為明顯。在同一初始?jí)簩?shí)度條件下，試樣含水量w高于或低于最優(yōu)含水量時(shí)，內(nèi)摩擦角φ值均呈減小趨勢(shì)，且飽和含水量條件下內(nèi)摩擦角φ值降幅最為明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

1)馬蘭黃土重塑土粘聚力及內(nèi)摩擦角隨著初始?jí)簩?shí)度的增大及含水量的降低均會(huì)增加，但相對(duì)于內(nèi)摩擦角而言，含水量及壓實(shí)度對(duì)粘聚力的影響程度更大，粘聚力及內(nèi)摩擦角與含水率及壓實(shí)度具有線性關(guān)系。

2)重塑馬蘭黃土內(nèi)摩擦角、重塑離石黃土粘聚力及內(nèi)摩擦角在同一壓實(shí)度條件下，最優(yōu)含水量的重塑土試樣抗剪指標(biāo)均優(yōu)于其他三種狀態(tài)的抗剪指標(biāo)。

3)本次試驗(yàn)儀器采用應(yīng)變式直剪儀，該設(shè)備操作過(guò)程中影響因素較多，誤差較大，不能控制壓縮過(guò)程中的排水，因此可以下一步采用其他精度較高儀器試驗(yàn)。

4)本次試驗(yàn)用土取自呂梁離石大武，結(jié)論適用于呂梁地區(qū)，對(duì)于其他地區(qū)類似工程是否適用，有待研究對(duì)比。因此，在下一步工作中有必要對(duì)其他地區(qū)黃土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，找到其中的共性。

[1] 劉東生.黃土的物質(zhì)成份和結(jié)構(gòu)[M].北京:科學(xué)出版社，1985.

[2] 劉祖典.黃土力學(xué)與工程[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1996.

[3] GB/T 50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 駱以道.考慮飽和度的壓實(shí)填土抗剪強(qiáng)度研究[J].巖土力學(xué)，2011，32(10):3143-3148.

XU Da-wei1，2

Analysis on remolded loose shearing strength index under various compaction degrees

(1.Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024, China； 2.Shanxi Academy of Survey & Design, Taiyuan 030013, China)

Taking Malan loose and Lishi loose in Lvliang region as the research targets, the paper carries out direct quick shear test of moisture level under natural, optimal, plastic limit and saturated conditions with various compaction degrees, analyzes remolded loose cohesion and internal friction angle altering law under various compaction degrees and various moisture content, and finally draws some valuable conclusions.

remolded loess, compaction degree, moisture, cohesion, internal friction angle

1009-6825(2014)31-0075-03

2014-08-24

徐大偉(1983- )，男，在讀工程碩士，工程師

TU432

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