郭慧英,　張志紅,　陶連金

(北京工業(yè)大學(xué) 城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京100124)

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基于滲透吸力的侵蝕黏土強(qiáng)度模型

郭慧英,張志紅,陶連金

(北京工業(yè)大學(xué) 城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京100124)

為定量研究孔隙流體化學(xué)性對(duì)黏土力學(xué)特性的影響，針對(duì)構(gòu)成土體單元的土顆粒、孔隙流體和結(jié)合水膜三相開展受力平衡分析，通過(guò)理論推導(dǎo)證明滲透吸力可作為控制土體力學(xué)性狀的獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量。采用不同質(zhì)量濃度CuCl2溶液與貴州黏土拌合制成的重塑土樣作為研究對(duì)象，開展室內(nèi)三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)，并測(cè)定試樣孔隙液的電導(dǎo)率，計(jì)算滲透吸力?；谌S實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擬合得到法向應(yīng)力和滲透吸力兩個(gè)獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量共同作用下的擴(kuò)展摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度模型。結(jié)果表明：隨著重金屬Cu2+質(zhì)量濃度的增加，孔隙流體對(duì)土顆粒的滲透吸力增大，土體的抗剪強(qiáng)度降低，有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力和摩擦角均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。所得強(qiáng)度模型能夠有效地評(píng)估地基承載力，對(duì)解決場(chǎng)地污染土體引發(fā)的工程問(wèn)題具有參考價(jià)值。

侵蝕黏土； 強(qiáng)度模型； 滲透吸力; 獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量; 三軸實(shí)驗(yàn)

0　引　言

地基土污染問(wèn)題是環(huán)境巖土工程學(xué)科的重要研究?jī)?nèi)容[1-2]。近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)化建設(shè)加速，企業(yè)搬遷、工業(yè)廠房改造等帶來(lái)一系列場(chǎng)地污染問(wèn)題。污染土體結(jié)構(gòu)與成分改變，造成土體力學(xué)特性變化，從而給工程建設(shè)帶來(lái)很大的安全隱患[3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)重金屬污染黏土物理力學(xué)特性開展了大量的實(shí)驗(yàn)研究，并取得了一定的研究成果。Arthur等[4]的研究結(jié)果表明，隨著重金屬銅離子濃度的變化，土體物理性質(zhì)發(fā)生了改變。Shrihari等[5]采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了鉛污染黏土干密度與滲透系數(shù)變化。陸海軍等[6-8]分別開展重金屬污染土室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，侵蝕黏土抗剪強(qiáng)度隨重金屬離子濃度增大而減弱。隨著研究的不斷深入，孔隙水化學(xué)作用對(duì)巖土工程力學(xué)特性的影響日益引起重視。離子的侵入改變了孔隙流體特性，孔隙流體化學(xué)作用對(duì)土體力學(xué)性狀的影響出現(xiàn)了以滲透吸力為基礎(chǔ)的宏觀模型。Barbour等[9]將孔隙流體的滲透壓即滲透吸力作為變量，重點(diǎn)研究了孔隙流體水化學(xué)作用對(duì)黏土壓縮與力學(xué)特性的貢獻(xiàn)，結(jié)果表明，滲透吸力對(duì)土體變形具有重要影響。Ferrari等[10]將滲透吸力引入本構(gòu)模型研究中，建立了化力耦合作用下土體變形的本構(gòu)模型。Pineda等[11]通過(guò)測(cè)試孔隙液電導(dǎo)率得到滲透吸力，研究滲透吸力對(duì)軟黏土強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，隨著孔隙液中鹽濃度的增加，滲透吸力增大，軟黏土強(qiáng)度提高。張彤煒等[12]研究滲透吸力對(duì)重塑黏土壓縮和滲透的影響規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重塑飽和黏土的壓縮指數(shù)隨著滲透吸力的增加而呈指數(shù)衰減，滲透系數(shù)變大。Mokni等[13]研究了用于放射性核廢料處置的地質(zhì)屏障土在不同濃度NaNO3作用下考慮滲透吸力和基質(zhì)吸力影響的水土特征曲線、強(qiáng)度和變形特性。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用直剪實(shí)驗(yàn)對(duì)侵蝕土體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，雖然考慮了滲透吸力對(duì)土體宏觀力學(xué)特性的影響，但僅在宏觀現(xiàn)象上進(jìn)行了定性分析，并未給出具體的定量描述。筆者利用構(gòu)成土單元的土顆粒、孔隙流體和結(jié)合水膜三相建立力平衡方程，理論推導(dǎo)并證明了滲透吸力可以作為獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量。采用不同質(zhì)量濃度CuCl2溶液與貴州某施工場(chǎng)地黏土混合制備侵蝕試樣，開展三軸固結(jié)不排水強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并測(cè)定孔隙液電導(dǎo)率，計(jì)算滲透吸力。通過(guò)分析三軸剪切實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立滲透吸力和法向應(yīng)力共同作用下適用于侵蝕黏土的擴(kuò)展摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度模型。

1　獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量證明與推導(dǎo)

1.1代表性單元體

土的力學(xué)性狀，即體變和抗剪強(qiáng)度，取決于土的應(yīng)力狀態(tài)。描述土的應(yīng)力狀態(tài)所需的應(yīng)力狀態(tài)變量的數(shù)目主要取決于所涉及的相的數(shù)目。變量必須與土的物理性質(zhì)無(wú)關(guān)，且每一相具有不同的性質(zhì)，有明確的分界面。采用表征體元即代表性單元體作為研究對(duì)象，可以將各相的應(yīng)力轉(zhuǎn)化為宏觀尺度上的應(yīng)力。

代表性單元體由土顆粒、結(jié)合水膜(包含帶電離子)和孔隙流體三相組成[9]，如圖1所示。

圖1　代表性單元體

體積力和表面力均可作用于代表性土單元，其中體積力為重力及各相之間的相互作用力，作用于土體單元的重心；表面力則僅作用于土體單元的邊界表面。

1.2基本假定

(1)假設(shè)每個(gè)相在各個(gè)方向上均形成獨(dú)立的、線性的、連續(xù)一致的應(yīng)力場(chǎng)。

(2)引入體積分?jǐn)?shù)概念, 對(duì)于均質(zhì)土，體積力和表面力可以應(yīng)用同一體積分?jǐn)?shù)，各相的體積分?jǐn)?shù)之和等于1。

(3)孔隙流體不可壓縮。

(4)假定滲透吸力(π)在同一點(diǎn)各個(gè)方向都存在，且大小相等，πx=πy=πz。

1.3各相力平衡方程

土的總體平衡是包括孔隙流體、結(jié)合水膜和土結(jié)構(gòu)三相在內(nèi)的整個(gè)土單元的力平衡。文中僅分析y方向的各相力平衡。同樣原理適用于x和z方向的三相力平衡分析。

1.3.1土單元總體力平衡方程

土單元總體力平衡狀態(tài)如圖2所示。

土單元總體力平衡方程為

(1)

式中：πy——y平面上的滲透吸力；

σy——y平面上的總法向應(yīng)力；

τxy——x平面作用于y方向的剪應(yīng)力；

τzy——z平面作用于y方向的剪應(yīng)力；

g——重力加速度；

ρ——土的總密度。

圖2　代表性土單元總體力平衡

1.3.2孔隙流體相力平衡方程

孔隙流體相力平衡狀態(tài)如圖3所示。

圖3　孔隙流體相力平衡

孔隙流體相力平衡方程為

(2)

式中：φf(shuō)——孔隙流體相體積分?jǐn)?shù)；

ρf——孔隙流體相密度；

由圖1可知，隨著酒精度的增加，酒液渾濁度先下降后上升，只有當(dāng)酒精度為40%vol～52%vol時(shí)，濁度較小，酒液澄清。而酒精度低于40%vol和高于52%vol時(shí)均有失光、渾濁現(xiàn)象，這一現(xiàn)象表明：低度酒和高度酒的致濁物可能分別為水不溶性和酯不溶性化合物。故應(yīng)選擇較低酒精度（20%vol）的紅棗白蘭地和較高酒精度（72%vol）的紅棗白蘭地分別獲取沉淀物進(jìn)行致濁物類型的分析。

pf——孔隙流體壓力；

Ff——y方向孔隙流體與結(jié)合水膜間的相互作用力。

1.3.3結(jié)合水膜相力平衡方程

結(jié)合水膜相力平衡狀態(tài)如圖4所示。

結(jié)合水膜相力平衡方程為

(3)

式中：φd——結(jié)合水膜相體積分?jǐn)?shù)；

(R-A)——靜電力;

Fd——y方向上結(jié)合水膜與土顆粒間的相互作用力。

圖4　結(jié)合水膜相力平衡

1.3.4土結(jié)構(gòu)力平衡方程

飽和土單元的總體力平衡方程等于各相力平衡方程之和，因此，y方向土結(jié)構(gòu)(土顆粒排列結(jié)構(gòu))力平衡方程可以寫成總體平衡方程同孔隙流體相、結(jié)合水膜相平衡方程之差。即

φsρsg-Fd)dxdydz=0,

(4)

式中：φs——土顆粒相體積分?jǐn)?shù)；

ρs——土顆粒密度。

(5)

土顆粒本身不可壓縮，pf增量可忽略，則式(5)可寫成

φsρsg-Fd)dxdydz=0。

(6)

同理，x方向土結(jié)構(gòu)力平衡方程為

φsρsg-Fd)dxdydz=0;

(7)

z方向土結(jié)構(gòu)力平衡方程為

φsρsg-Fd)dxdydz=0。

(8)

控制土結(jié)構(gòu)平衡的應(yīng)力變量即為控制土力學(xué)性狀的應(yīng)力狀態(tài)變量。由此，可從侵蝕土結(jié)構(gòu)平衡方程中取出三組獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量：(σ-pf)、π、(R-A)。

2　實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1材料

實(shí)驗(yàn)用土取自貴州某施工場(chǎng)地，其物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1　貴州黏土基本物理性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用CuCl2·2H2O (分析純)晶體制備CuCl2溶液，配制質(zhì)量濃度分別為5、10、15、20 g/L，分別與貴州黏土拌合。

2.2方法

2.2.1土樣制備

采用室內(nèi)輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)制樣，土樣直徑50 mm，高度100 mm，具體操作步驟如下：

(1)取2 500 g土樣平鋪于塑料薄膜上，將500 mL配制好的CuCl2溶液置于噴壺中，均勻噴灑在土樣上，土樣調(diào)配均勻后封存在保鮮袋中充分反應(yīng)48 h，使得水分遷移達(dá)到平衡，水土作用充分，取代表性土樣測(cè)其含水量。

(2)采用室內(nèi)輕型擊實(shí)器制備標(biāo)準(zhǔn)土樣，分四層擊實(shí)，層與層連接處刮毛，確保每層擊實(shí)高度2.5 cm，土樣盡量保證均勻。

(3)將制備好的試樣裝入飽和器，隨后放置于抽氣飽和缸中，使真空度接近一個(gè)大氣壓，連續(xù)抽氣2 h以上，再徐徐注入清水并繼續(xù)抽氣，保持一個(gè)大氣壓不變，待水沒過(guò)試樣停止抽氣，打開閥門，試樣在水中靜置10 h以上。

2.2.2三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)

采用北京工業(yè)大學(xué)巖土所從美國(guó)購(gòu)置的溫控式污染土三軸儀開展強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。試樣裝入三軸儀后首先測(cè)試其B值，B值一般為0.7左右，因此，試樣需在三軸儀中反壓飽和，施加反壓不超過(guò)300 kPa。土樣B值達(dá)到0.95以上，認(rèn)為完全飽和。然后，分別施加50、100、200、300、400 kPa圍壓(pw)，使試樣固結(jié)。最后，對(duì)固結(jié)完成試樣施加豎向偏應(yīng)力，使其在不排水實(shí)驗(yàn)條件下發(fā)生剪切破壞。

3　結(jié)果與分析

3.1不同圍壓作用下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線

不同圍壓下侵蝕土主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線如圖5所示。

a　50 kPa

b　100 kPa

c　200 kPa

d　300 kPa

e　400 kPa

Fig. 5Stress-strain curves of eroded soil under consolidated undrained condition

剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，觀察土樣發(fā)現(xiàn)，試樣破壞時(shí)未出現(xiàn)明顯剪切帶，而是呈現(xiàn)明顯鼓狀。從圖5可以看出，50、100 kPa圍壓作用下黏性土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線呈現(xiàn)明顯的應(yīng)變軟化特征，軸向應(yīng)力差隨著軸向應(yīng)變的增大而增大，出現(xiàn)峰值后降低。隨著圍壓增大，在300、400 kPa圍壓作用下，應(yīng)變軟化特征變得不明顯。這是由于在低圍壓作用下，細(xì)顆粒黏土受剪時(shí)顆粒位置會(huì)發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng)，需要克服較大的咬合力和黏結(jié)力，故表現(xiàn)出較高的抗剪強(qiáng)度。而在高圍壓作用下，顆粒被壓碎壓密。從圖5也可看出，同圍壓作用下隨著侵蝕離子濃度的增大，土樣的軸向應(yīng)力差不斷降低，重金屬離子與土顆粒間的相互作用破壞了土體結(jié)構(gòu)的力平衡，改變了土顆粒的原有結(jié)構(gòu)，使土體力學(xué)特性減弱。

3.2不同離子濃度下極限強(qiáng)度與圍壓的關(guān)系

選擇土樣破壞時(shí)的最大軸向應(yīng)力差作為侵蝕土樣極限強(qiáng)度(Δσmax)，可直觀看出土樣在不同質(zhì)量濃度Cu2+作用下力學(xué)性質(zhì)的變化，如圖6所示。

圖6　不同質(zhì)量濃度Cu2+下極限強(qiáng)度與圍壓關(guān)系曲線

Fig. 6Relationship curves between ultimate strength and confining pressure for different Cu2+concentration

由圖6可知，同離子濃度作用下，極限強(qiáng)度隨著圍壓的增大而增大。不同離子濃度作用下，隨著離子侵蝕程度的增大土樣極限應(yīng)力呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。在50、100、200、300、400 kPa圍壓作用下，背景土與實(shí)驗(yàn)設(shè)定最強(qiáng)侵蝕質(zhì)量濃度20 g/L土樣間的最大極限應(yīng)力差分別為20.5、10.2、18.0、26.5、17.1 kPa，降低幅度分別為32.0%、13.3%、13.6%、14.6%、8.0%?？傮w而言，土體在高圍壓作用下變得密實(shí)，侵蝕離子與土顆粒發(fā)生的復(fù)雜物理化學(xué)作用對(duì)強(qiáng)度的影響減弱，應(yīng)力差改變幅度減小。

從圖6還可以看出，不同濃度侵蝕作用下極限強(qiáng)度與圍壓的關(guān)系變化曲線基本一致。隨著圍壓的不斷增大，極限強(qiáng)度也相應(yīng)增加，且二者關(guān)系曲線基本上符合摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則。

3.3庫(kù)侖強(qiáng)度包線及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)變化

繪制背景土及摻入不同濃度重金屬離子配制的侵蝕土在各圍壓作用下的摩爾圓，并作出公切線得到抗剪強(qiáng)度包線。強(qiáng)度包線及有效強(qiáng)度指標(biāo)隨摻入離子濃度變化曲線如圖7所示。

a　庫(kù)侖強(qiáng)度包線

b　有效黏聚力

c　有效內(nèi)摩擦角

3.4基于滲透吸力的強(qiáng)度模型

3.4.1孔隙流體滲透吸力計(jì)算式

三軸固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)束后搜集土樣孔隙流體，并測(cè)量其電導(dǎo)率，如表2所示。滲透吸力計(jì)算式[15]為

π=0.0191γEC1.074，

(9)

式中：γEC——孔隙流體電導(dǎo)率，S·m-1。

表2貴州黏土不同濃度孔隙流體的滲透吸力

Table 2Osmotic suction of different concentra-tions of pore fluid

土類γEC/S·m-1π/kPa背景土 005g/LCuCl2 0.30103.010g/LCuCl2 0.45160.215g/LCuCl2 0.57206.520g/LCuCl2 0.73269.3

3.4.2抗剪強(qiáng)度與滲透吸力的關(guān)系

不同圍壓作用下滲透吸力與抗剪強(qiáng)度間關(guān)系曲線如圖8所示。

圖8　抗剪強(qiáng)度與滲透吸力關(guān)系曲線

Fig. 8Relationship between shear strength and osmotic suction

由圖8可知，相同法向應(yīng)力作用下，滲透吸力的增大對(duì)土顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響，改變了土體宏觀力學(xué)性質(zhì)。抗剪強(qiáng)度隨著滲透吸力的增大而不斷降低，即滲透吸力增大，擾亂原土體內(nèi)部力平衡，削弱了土的抗剪強(qiáng)度?？梢钥闯觯煌ㄏ驊?yīng)力作用下，滲透吸力對(duì)抗剪強(qiáng)度大小影響基本一致，強(qiáng)度降低幅度大致相同，即不同法向應(yīng)力作用下抗剪強(qiáng)度隨滲透吸力變化曲線大致平行?？蓪⒉煌瑵B透吸力影響下的強(qiáng)度特性變化作為獨(dú)立量疊加于法向應(yīng)力影響量之上，共同描述不同濃度離子侵蝕作用下土樣抗剪強(qiáng)度的變化。

3.4.3雙應(yīng)力變量描述的強(qiáng)度公式

通過(guò)Matlab軟件對(duì)不同法向應(yīng)力、滲透吸力作用下的抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，得到三維空間破壞包線，如圖9所示。

圖9　基于滲透吸力的擴(kuò)展摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度模型

Fig. 9Modified Mohr-Coulomb strength modelbased on osmotic suction

根據(jù)圖9，引入滲透吸力作為應(yīng)力狀態(tài)變量，建立雙應(yīng)力變量描述的擴(kuò)展摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度模型：

τ=c′+σtanφ′p-πtanφ′c，

(10)

式中：c′——試樣有效正黏聚力；

根據(jù)三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果，抗剪強(qiáng)度表達(dá)式為

τ=16+σtan 10.5°-πtan 2°。

(11)

由式(11)可知，土體抗剪強(qiáng)度隨著法向應(yīng)力增大而增強(qiáng)，隨著離子濃度增大，即滲透吸力的增大呈降低趨勢(shì)。

強(qiáng)度公式(11)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量化了滲透吸力對(duì)土體強(qiáng)度特性的影響作用及規(guī)律，對(duì)正確判斷工程實(shí)踐中污染場(chǎng)地土體強(qiáng)度變化有重要作用，對(duì)污染場(chǎng)地上在建或擬建建筑物承載力的評(píng)估具有參考價(jià)值。

4　結(jié)　論

通過(guò)對(duì)土結(jié)構(gòu)、孔隙流體和結(jié)合水膜開展力平衡分析，推導(dǎo)證明滲透吸力可以作為影響土體力學(xué)特性的獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量。制備重金屬侵蝕貴州黏土進(jìn)行固結(jié)不排水三軸剪切實(shí)驗(yàn)。主要結(jié)論如下：

(1)滲透吸力作為獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量對(duì)土的強(qiáng)度特性影響顯著。隨著滲透吸力增大，土體最大主應(yīng)力差降低，且在低圍壓作用下表現(xiàn)出弱軟化特征。

(2)隨著重金屬離子濃度的增加，滲透吸力不斷增大，侵蝕土體有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)均呈降低趨勢(shì)。

(3)根據(jù)三軸固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擬合得到以法向應(yīng)力、滲透吸力作為獨(dú)立應(yīng)力狀態(tài)變量雙應(yīng)力變量描述的擴(kuò)展摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度公式。

[1]MEEGODA J N, RATNAWEERA P. Shear strength and stress-strain behavior of contaminated soil[J]. Geotechnical Testing Journal, 2006, 29(2): 133-140.

[2]傅世法, 林頌恩. 污染土的巖土工程問(wèn)題[J]. 工程勘察, 1989(3): 6-10.

[3]朱春鵬, 劉漢龍. 污染土的工程性質(zhì)研究進(jìn)展[J]. 巖土力學(xué)， 2007, 28(3): 625-629.

[4]ARTHUR E, MOLDRUP P, HOLMSTRUP M， et al. Soil microbial and physicalproperties and their relations along a steep copper gradient[J]. Agriculture Ecosystems and Environment， 2012, 159(18): 9-18.

[5]SHRIHARI S, NAYAK S, SUNIL B M. Hydraulic and compaction characteristics of leachate-contaminated lateritic soil[J]. Engineering Geology, 2007, 94(3): 137-144.

[6]陸海軍, 廖朱瑋, 汪琪, 等. 鉛污染黏土微觀結(jié)構(gòu)與變形強(qiáng)度特性[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2014, 33(S2): 4252-4257.[7]儲(chǔ)誠(chéng)富, 查甫生, 夏磊, 等. 鋅污染黏土工程性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 工業(yè)建筑, 2015, 45(1): 118-121.

[8]莫菲蘋, 程峰. 重金屬污染物侵入對(duì)土體強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 礦產(chǎn)與地質(zhì), 2015, 29(1): 114-117.

[9]BARBOUR S L, FREDLUND D G. Mechanisms of osmoticflow and volume change in clay soils[J]. Canadian Geotechnical Journal， 1989, 26(4): 551-562.

[10]FERRARI A, WITTEVEEN PJ, LALOUI L. Anexperimental and constitutive investigation on the chemo-mechanical behaviour of a clay[J]. Geotechnique， 2013, 63(3): 244-255.[11]PINEDA J A, KELLY R, BATES L, et al. Effects of pore fluid salinity on the shear strength of a soft clay[C]// Biot Conference in Poromechanics. Vienna： [s.n.], 2013: 1460-1469.[12]張彤煒, 鄧永鋒, 劉松玉, 等. 滲透吸力對(duì)重塑黏土的壓縮和滲透特性影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2014, 36(12): 2260-2266.

[13]MOKNI N, OLIVELLA S, VALCKE E, et al. Hydro-chemical modelling of in situ behaviour of bituminized radioactive waste in Boom Clay[J]. Geological Society London Special Publications, 2014, 400(1): 117-134.

[14]于海浩, 韋昌富, 顏榮濤, 等. 孔隙溶液濃度的變化對(duì)黏土強(qiáng)度的影響[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2015, 37(3): 564-569.

[15]PERONI N, TARANTINO A. Measurement of osmotic suction using the squeezing technique[J]. Springer Proceedings in Physics, 2004, 93: 159-168.

(編輯荀海鑫)

Research on strength model of eroded clay based on osmotic suction

GUOHuiying,ZHANGZhihong,TAOLianjin

(Key Laboratory of Urban Security & Disaster Engineering, Ministry of Education,Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

This paper is concerned with the quantitative research on an important influence of the pore fluid chemistry on the mechanical properties of clay. The study consists of mechanical equilibrium analysis of soil clay, pore fluid and absorbed water that compose the representative element volume; the verification of osmotic suction performing as an independent stress variable by theoretical derivation; the investigation into the remolded samples prepared by mixing Guizhou clay with different concentrations of CuCl2solution for the triaxial consolidated undrained shear test; the measurement of the pore fluid conductivity of the samples and thereby the calculation of the value of osmotic suction; and development of extend moore coulomb strength model by combing the normal stress and osmotic suction through the test results by fitting space plane. The results show that osmotic suction between pore fluid and clay soil increases with increasing Cu2+concentration; while the shear strength and shear strength index of clays decrease as increase concentration of Cu2+. The model may contribute to an effective evaluation of bearing capacity of foundation soil and solution to engineering problems due to site contamination.

eroded clay; strength model; osmotic suction; independent stress variable; triaxial test

2016-05-25

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51378035)

郭慧英(1988-)，女，河北省邯鄲人，碩士，研究方向：環(huán)境巖土工程，E-mail：guohuiyingtb@126.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2016.04.015

TU411

2095-7262(2016)04-0422-07

A