鄭 志 洪

(東華理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

南昌紅土土—水特征曲線及強(qiáng)度特性研究★

鄭 志 洪

(東華理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

通過非飽和三軸儀研究了南昌紅土在不同壓實(shí)度不同含水率下的土水特征曲線，探討了影響南昌紅土土水特征曲線的因素；對南昌紅土進(jìn)行非飽和三軸剪切試驗(yàn)，得出了南昌原狀紅土和重塑紅土的應(yīng)力應(yīng)變曲線，最后對重塑土進(jìn)行了加卸載試驗(yàn)對比單調(diào)加載和加卸載條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，指出單調(diào)加載至破壞的峰值應(yīng)力要大于加卸載條件下的峰值應(yīng)力。

紅土，基質(zhì)吸力，應(yīng)力應(yīng)變曲線，強(qiáng)度

根據(jù)非飽和土力學(xué)理論，非飽和紅土強(qiáng)度和基質(zhì)吸力有關(guān)[1-5]。土的性質(zhì)與地域有著很大的關(guān)系，非飽和土在江西分布廣泛，但相對于其他地區(qū)，南昌紅土的力學(xué)特性研究得較少。本文選取南昌典型紅土為研究對象，研究紅土的土水特征曲線，對紅土進(jìn)行三軸剪切研究原狀土和重塑土的應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析在不同基質(zhì)吸力不同圍壓下的強(qiáng)度特性。

1 試驗(yàn)概況

土樣取自南昌經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)某場地的紅土，在自然條件下為淺紅色。紅土的基本物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示，圖1為擊實(shí)曲線，圖2為紅土顆粒級配曲線。

表1 紅土基本物理指標(biāo)

2 試驗(yàn)方案

2.1 土水特征曲線試驗(yàn)

試驗(yàn)采用FLSY-10型應(yīng)力應(yīng)變控制式非飽和土三軸儀。所用試樣為重塑土。影響非飽和土土水特征曲線的因素有土的礦物成分,孔隙結(jié)構(gòu),液體的性質(zhì),土的力學(xué)性質(zhì),孔隙氣粒[6],非飽和土的土水特征曲線與其滲透性、抗剪強(qiáng)度及持水特性有很大的關(guān)系[7]。

分別配制干密度為1.47 g/cm3含水率為17.72%，19.36%(最優(yōu)含水率)、21.53%和含水率為19.36%下干密度為1.39 g/cm3，1.47 g/cm3，1.55 g/cm3的試樣待高進(jìn)氣陶土板飽和后，將試樣套入橡膠膜，然后再裝入壓力室。

2.2 紅土力學(xué)特性研究試驗(yàn)

為了充分研究南昌紅土的力學(xué)特性，選取原狀土和重塑土進(jìn)行對比研究。選取圍壓分別為100 kPa，200 kPa，300 kPa進(jìn)行在基質(zhì)吸力為0 kPa，50 kPa，100 kPa和200 kPa的試驗(yàn)。對紅土進(jìn)行加載，等到土體抗壓強(qiáng)度的2/3時，進(jìn)行卸載，而后又進(jìn)行加載與卸載，由此得出了紅土的加卸載強(qiáng)度和一次加載至破壞的峰值強(qiáng)度的差異。試驗(yàn)采用固結(jié)排水剪切試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 土水特征曲線

1)不同含水率對土水特征曲線的影響。由圖3可知在含水率不同的情況下土水特征曲線的趨勢是一致的，即基質(zhì)吸力隨著含水率的減小而增大。也可以看出當(dāng)試樣的初始含水率比較低時，得到的基質(zhì)吸力相對比較小。2)不同干密度對土水特征曲線的影響。由圖4可以得出不同干密度下試樣的土水特征曲線的趨勢是一致的：隨著含水率的降低，基質(zhì)吸力變大。而且，干密度較大的試樣，在相同含水率下基質(zhì)吸力也較大，這說明了干密度的增大會增加土體的基質(zhì)吸力。其原因可能為干密度較小的土樣，試樣內(nèi)部具有較大的孔隙，和外界的連通性較好，在較小的吸力作用下水分容易排出；而干密度較高的土樣，內(nèi)部較密孔隙小，因而需要更大的外力作用才能使部分孔隙水排出。

3.2 三軸剪切試驗(yàn)

為了對比不同基質(zhì)吸力不同圍壓下原狀土與重塑土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系盡量選取相同含水率和壓實(shí)度的土樣進(jìn)行試驗(yàn)。由于原狀土土樣的含水率在17.7%左右，干密度在1.48 g/cm3左右，故重塑土土樣的含水率配制在17.7%，壓實(shí)度控制在90%即1.47 g/cm3。原狀土與重塑土的破壞形式是不同的，原狀土在圍壓較低時為脆性破壞如圖5所示，其剪切痕跡明顯而較高圍壓下的原狀土和重塑土表現(xiàn)出塑性破壞呈現(xiàn)出壓縮鼓脹，如圖6所示。

3.2.1 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

由圖7的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖可以得出重塑土在基質(zhì)吸力相同下隨著圍壓的增大，相同應(yīng)變里土樣的強(qiáng)度也增大，試樣破壞時的強(qiáng)度也增大。試樣在較低基質(zhì)吸力下，隨著圍壓的增大，應(yīng)力—應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出軟化現(xiàn)象；當(dāng)基質(zhì)吸力比較高時試樣都呈現(xiàn)應(yīng)變硬化。

原狀土在低圍壓下表現(xiàn)為應(yīng)變軟化，在高圍壓下表現(xiàn)為應(yīng)變硬化。從中可以看出在同一基質(zhì)吸力下隨著圍壓的增大，重塑土與原狀土相同應(yīng)變下的強(qiáng)度也增大，相較于重塑土在相同圍壓相同基質(zhì)吸力下原狀土的峰值應(yīng)力要高，這可能與土的結(jié)構(gòu)性有關(guān)，當(dāng)原狀土經(jīng)過擾動重塑時，土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，導(dǎo)致其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化，具體的演變規(guī)律有待進(jìn)一步的研究。

3.2.2 單調(diào)加載與循環(huán)加卸載應(yīng)力—應(yīng)變曲線關(guān)系

制取兩個相同狀態(tài)下的重塑土樣在圍壓為100 kPa和200 kPa

下進(jìn)行三次加卸載試驗(yàn)。第一次加載到預(yù)計峰值強(qiáng)度的1/3時進(jìn)行卸載，卸載至應(yīng)力為10 kPa，然后進(jìn)行第二次加載，此次加載至2/3后進(jìn)行卸載，卸載至應(yīng)力為10 kPa，最后進(jìn)行第三次加載，此次加載至試樣破壞。從圖8中可以得出循環(huán)加卸載與一次加載至試樣破壞應(yīng)變應(yīng)力曲線的趨勢是相同的，但是經(jīng)過兩次加卸載后，試樣的峰值應(yīng)力明顯較單調(diào)加載的峰值應(yīng)力要小，兩次卸載再加載時都形成了一個回滯環(huán)，且第一次卸載再加載時形成的回滯環(huán)較第二次的要小，這與土的壓縮回彈有關(guān)，第一次卸載，此時土體的壓縮量較小，土體之間沒有產(chǎn)生太大的擠壓應(yīng)力，土體的回彈較小，到第二次加卸載，此時試驗(yàn)的壓縮變形較大；對比不同的圍壓下的加卸載也可以看出圍壓較高時，加卸載時的回彈量也更大。

4 結(jié)語

1)基質(zhì)吸力隨著含水率的增大而減小，初始含水率較低時，得到的基質(zhì)吸力相對較?。桓擅芏却蟮脑嚇?，在相同含水率下基質(zhì)吸力也較大，這說明了干密度的增大會增加土體的基質(zhì)吸力。

2)由三軸剪切試驗(yàn)，試樣在較低基質(zhì)吸力下，隨著圍壓的增大，應(yīng)力—應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出軟化現(xiàn)象；當(dāng)基質(zhì)吸力比較高時試樣都呈現(xiàn)應(yīng)變硬化。原狀土在低圍壓下表現(xiàn)為應(yīng)變軟化，在高圍壓下表現(xiàn)為應(yīng)變硬化。對剪切強(qiáng)度進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)吸力黏聚力的影響較大，而對內(nèi)摩擦角的影響不明顯。

3)對南昌重塑紅土進(jìn)行了單調(diào)加載和加卸載對比試驗(yàn)，得出加卸載相對于單調(diào)加載，試樣的峰值強(qiáng)度減小。

[1] 陳仲頤.非飽和土土力學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[2] 葉為民,陳 寶,卞祚庥,等.上海軟土的非飽和三軸強(qiáng)度[J].巖土工程學(xué)報,2006,28(3):317-321.

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[5] 劉小文,常立君,胡小榮.非飽和紅土基質(zhì)吸力與含水率及密度關(guān)系試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2009,30(11):3302-3306.

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Study on water characteristic curve and strength characteristics of red soil in Nanchang★

Zheng Zhihong

(SchoolofCivilandArchitectureEngineering,EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang330013,China)

The soil water characteristic curve of Nanchang clay in different degrees of compaction under different moisture content of three by unsaturated triaxial apparatus, and discusses the influence factors of Nanchang clay soil water characteristic curve of unsaturated laterite in Nanchang, the three axle shear test, obtained Nanchang intact clay and clay remodeling stress strain curve in shear consolidation. Finally, the loading and unloading tests of remolded soil are carried out. The stress and strain curves under monotonic loading and loading and unloading are compared. Point out the peak stress from monotonic loading to failure is greater than peak stress under loading and unloading condition.

red soil, laterite matric suction, stress-strain curve, strength

1009-6825(2017)22-0051-02

2017-05-24★：東華理工大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目(YC2016-S285)

鄭志洪(1991- )，男，在讀碩士

TU411.7

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