畢大君，孫輝

（1.安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230001；2.大連市勘察測繪研究院有限公司，遼寧 大連 116000）

0 前 言

膨脹土是以蒙脫石或蒙脫石一伊利石為主要礦物成分的高塑性黏土，黏粒含量高，自由膨脹率大于等于40%；主要由蒙脫石、伊利石類強(qiáng)親水礦物組成；同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特征的粘性土[1-2],土體含水量增加，其體積發(fā)生膨脹并產(chǎn)生膨脹力，土體失水時，其體積收縮并形成收縮裂縫；土體脹縮變形可隨環(huán)境濕熱變化往復(fù)發(fā)生，導(dǎo)致其強(qiáng)度衰減；屬于液限高于40%的高液限黏土。由于其顯著的脹縮性，常常給膨脹土地區(qū)的工程建設(shè)造成嚴(yán)重的破壞，給人民的財產(chǎn)造成巨大損失。因此,全面認(rèn)識膨脹土與含水量的關(guān)系對于保證路基的填筑質(zhì)量具有重要意義。為此，國內(nèi)外許多科研工作者基于Mohr-Coulomb準(zhǔn)則對膨脹土的強(qiáng)度特性進(jìn)行研究，取得了許多重要成果[3-4]。本文也正是在前人的基礎(chǔ)上，通過選取合肥地區(qū)典型膨脹土進(jìn)行抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，定量研究不同的土樣制備方法在以含水量為過度量，對膨脹土的抗剪強(qiáng)度的影響。確定膨脹土抗剪強(qiáng)度較好的實(shí)驗(yàn)時土樣制備方法。

本次試驗(yàn)我們對土的基本性質(zhì)做了試驗(yàn)，了解到土的基本物理性質(zhì)，如表1是合肥市某地區(qū)膨脹土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)。

合肥市某地區(qū)膨脹土的基本物理性質(zhì)指標(biāo) 表1

試驗(yàn)中，我們測定兩種制樣方法（風(fēng)干法和靜壓法）制得的土樣在不同含水率下抗剪強(qiáng)度的對比關(guān)系。為了在縮限和飽和含水率之間，含水率控制在ω1=16%，ω2=18%，ω3=20%，ω4=22%和ω5=24%。

風(fēng)干法就是對原狀土先飽和再自然風(fēng)干。首先將取回的原狀土(制成環(huán)刀樣)分為五組，一組5個土樣,各土樣之間的密度差保證在0.03g/cm3之內(nèi)。將其中1組土樣進(jìn)行飽和后，將其放在避光的位置自然風(fēng)干，根據(jù)計算在預(yù)定的一段時間內(nèi)監(jiān)測含水率的變化，如達(dá)到我們所需的含水率就將其進(jìn)行直剪試驗(yàn)。以同樣的方法，分別對后面的四組土樣進(jìn)行試驗(yàn)。同時，我們測定了抗剪土樣后的含水率，與預(yù)期要得到的含水率誤差在1%內(nèi)。

靜壓法：將取來的重塑土進(jìn)行烘干后使其含水率ω0=0.0%，將其碾碎過2mm篩，經(jīng)公式

式中：ω—天然含水率；ρ—天然密度。

已知每個環(huán)刀的體積V0=60.0 cm3，由公式

得到每個環(huán)刀樣干土的質(zhì)量為87.6g。再由公式

得到該含水率下一個土樣所需的水。經(jīng)過以上的公式得出制備一個土樣所需的各種參量后，根據(jù)以上的參數(shù)及所需的土樣數(shù)進(jìn)行調(diào)土，為了讓水分更均勻，用保鮮袋將其密封好，放到密封箱中進(jìn)行密封24h。24h小時后，用固結(jié)儀來靜壓土樣。以此方法來做其他各組含水率的試驗(yàn)。

1 直接剪切試驗(yàn)

由莫爾庫侖定律可知，土的抗剪強(qiáng)度主要表現(xiàn)在黏聚力和內(nèi)摩擦角上的，即

快剪試驗(yàn)，試驗(yàn)時在試樣上施加垂直壓力后，拔去固定銷釘，立即以0.8mm的剪切速度進(jìn)行剪切，使試樣3min至5min內(nèi)剪破。試樣每產(chǎn)生剪切位移0.2mm～0.4mm時，測記測力計和位移讀數(shù)，直至測力計讀數(shù)出現(xiàn)峰值，或繼續(xù)剪切至剪切位移為4mm時停機(jī)，記下破壞值，當(dāng)剪切過程中測力計讀數(shù)無峰值時，應(yīng)剪切至剪切位移為6mm時停機(jī)，該試驗(yàn)所得的強(qiáng)度稱為快剪試驗(yàn)強(qiáng)度，相應(yīng)的指標(biāo)稱為快剪強(qiáng)度指標(biāo)，以cQ,φQ 表示[5]。

2 試驗(yàn)與成果分析

2.1 風(fēng)干法抗剪實(shí)驗(yàn)

當(dāng)進(jìn)行抗剪試驗(yàn)時，土樣面積不斷減小引起的剪應(yīng)力與正應(yīng)力不均勻現(xiàn)象,對試驗(yàn)參數(shù)會有一定的影響，但對于圓樣，只要位移不超過試樣直徑的7.725%，近似計算的剪切應(yīng)力誤差不會超過10%；位移超過半徑7.725%后，在不考慮正應(yīng)力偏轉(zhuǎn)條件下，直剪試驗(yàn)剪應(yīng)力誤差遠(yuǎn)大于獲得的強(qiáng)度參數(shù)(凝聚力分量與摩擦分量)誤差,近似計算時，應(yīng)考慮試樣面積對剪應(yīng)力-位移變化規(guī)律的影響,但基本可忽略對強(qiáng)度參數(shù)的影響[6]。因此，以上得到的參數(shù)可以不用處理。

從以上圖形中和表2可知，當(dāng)含水率變小時，峰值強(qiáng)度指標(biāo)都在不斷的變大，并且峰值強(qiáng)度隨著含水率的變小出現(xiàn)有峰值驟降的過程，說明含水率對峰值強(qiáng)度影響很大，而且是線性影響的，這與基質(zhì)吸力與含量水成反比的規(guī)律一致。

2.2 靜壓法直剪試驗(yàn)

從表3中可知，靜壓法抗剪強(qiáng)度也是隨含水率的變小而增大的。在黏聚力上體現(xiàn)很明顯。

風(fēng)干法峰值強(qiáng)度指標(biāo) 表2

靜壓法抗剪峰值強(qiáng)度指標(biāo) 表3

3 結(jié) 論

綜合上述可得：不同的制備土樣方法對土的抗剪強(qiáng)度是有影響的。從表2、表3可知從含水率上考慮，當(dāng)含水率比較大時，風(fēng)干法土的抗剪強(qiáng)度比靜壓法土的抗剪強(qiáng)度要小，主要是靜壓法制備的土樣顆粒很細(xì)，而我們知道土中存在著毛細(xì)管水，土顆粒愈細(xì)，毛細(xì)管水上升愈高，即毛細(xì)現(xiàn)象愈強(qiáng)。土中的孔隙水僅存在于土粒接觸點(diǎn)周圍，彼此是不連續(xù)的。這時，由于孔隙中的氣與大氣聯(lián)通存在毛細(xì)現(xiàn)象，因此，孔隙水的壓力將小于大氣壓力。于是，將引起迫使相鄰?fù)亮Ｏ嗷D緊的壓力，這個壓力稱為毛管水壓力。毛管水壓力的存在，增加了粒間錯動的摩擦阻力。當(dāng)含水率比較小時，風(fēng)干法土的抗剪強(qiáng)度比靜壓法土的抗剪強(qiáng)度要大很多，特別是表現(xiàn)在土的黏聚力上，而內(nèi)摩擦角沒有太大影響。這可以這樣解釋:起始含水率較低的非飽和膨脹土抽氣飽和時膨脹性強(qiáng)，所產(chǎn)生的膨脹力大，由于環(huán)刀的限制，試樣不能自由膨脹，這相當(dāng)于給試樣施加了一個與膨脹力大小相等的約束力,而外力約束能明顯提高膨脹土的抗剪強(qiáng)度[7]；對于靜壓法，主要是已經(jīng)破壞了土的結(jié)構(gòu)性。

[1]賈東亮，丁述理，杜海金，等.膨脹土工程性質(zhì)的研究現(xiàn)狀與展望[J].河北建筑科技學(xué)院學(xué)報,2003(1).

[2]孫長龍.膨脹土性質(zhì)研究綜述[J].水利水電科技進(jìn)展,1995(6).

[3]Bishop A W，Alpan I，Blight G E eta1.Factors Controlling the shear strength of partly saturated cohesive soils[A].In：ASCE Research Conference on the Shear Strength of Cohesive Soils[C].Univ.of Colorado，1960.

[4]Fredlund D G，Morgenstem N R，Widger R A.The shearstrength of unsaturated soils[J].Canadian Geotechnical Journal，l978(15).

[5]盧廷浩.土力學(xué)[M].南京：河海大學(xué)出版社，2002.

[6]徐志偉，周國慶，劉志強(qiáng)，等.直剪試驗(yàn)的面積校正方法及誤差分析[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007(5).

[7]韓華強(qiáng)，陳生水.膨脹土的強(qiáng)度和變形特性研究[J].巖土工程學(xué)報,2004(3).