余曉霞

(九江市水利局，江西 九江 332000)

0 引 言

我國(guó)壩體主要以土石壩為主，壓實(shí)度對(duì)壩體填筑質(zhì)量影響顯著，土石壩填筑具有填筑高度大、填筑工期長(zhǎng)、填筑后變形時(shí)間長(zhǎng)及變形量大等特點(diǎn)[1]。壩體填土壓實(shí)度是影響土石壩填筑質(zhì)量的重要因素，因此研究壓實(shí)度對(duì)壩體填土力學(xué)特性影響是保障土石壩填筑安全的前提，是公路建設(shè)領(lǐng)域的重要課題。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)土方填筑開(kāi)展了系列研究，并取得了諸多成果。王智超等[2-3]對(duì)高填方長(zhǎng)期沉降和變形進(jìn)行了研究；吳初平[4]探討了泡沫輕質(zhì)土在高填方中的應(yīng)用；尹利華等[5]探討了云南紅黏土作為填方材料的可行性，并根據(jù)試驗(yàn)成果總結(jié)了填筑工藝，建議云南紅黏土的壓實(shí)度下限為0.9；王鵬等[6]采用Logistic-雙曲線(xiàn)組合模型進(jìn)行填方沉降預(yù)測(cè)，組合模型與實(shí)測(cè)值擬合程度與一致性均高于單一的Logistic或雙曲線(xiàn)模型。陳虎等[7]考慮夯錘半徑、夯點(diǎn)間距及加固深度等，建立了基于累計(jì)夯沉量的壓實(shí)度計(jì)算方法?；谏鲜鲅芯?，本文對(duì)5種不同壓實(shí)度壩體填土進(jìn)行飽和固結(jié)不排水試驗(yàn)，分析壓實(shí)度對(duì)壩體填土抗剪強(qiáng)度、有效內(nèi)摩擦角和有效黏聚力的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)土料為取自江西某水庫(kù)的紅黏土，比重為2.71，液限為70.8%，塑限為36.5%，顆粒級(jí)配曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。土樣最大粒徑為5 mm，主要以粉粒為主，土樣最大干密度為1.51 g/cm3，最優(yōu)含水率為28.9%。

圖1 顆粒級(jí)配曲線(xiàn)Fig.1 Particle size distribution curve

將取回土樣烘干、碾碎并過(guò)篩后備用，設(shè)計(jì)壓實(shí)度為0.75，0.8，0.85，0.9和0.95試樣計(jì)算干土重，按最優(yōu)含水率計(jì)算試樣水重，將土料與水充分混合均勻后置于密閉容器中養(yǎng)護(hù)24 h，保證水與土充分混合，養(yǎng)護(hù)完成后將土樣置于真空缸中進(jìn)行抽氣飽和，抽氣飽和完成后將土樣在水中浸泡24 h，保證孔隙水壓力系數(shù)B≥0.94。

儀器臺(tái)清理整潔后，將飽和后試樣置于套有橡皮膜的基座上，基座預(yù)先墊有透水石和濾紙，依次蓋上濾紙、透水石和試樣帽，綁扎好橡皮膜，蓋上壓力罩，向壓力室內(nèi)充水并施加圍壓開(kāi)始固結(jié)。固結(jié)時(shí)打開(kāi)上下排水閥，固結(jié)圍壓分別為25，50，100和200 kPa，固結(jié)時(shí)間為48 h。待固結(jié)完成后開(kāi)始試驗(yàn)，試驗(yàn)加載速率為0.018 mm/s，試驗(yàn)應(yīng)變?yōu)?5%時(shí)停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗剪強(qiáng)度

取應(yīng)變值10%為土樣抗剪強(qiáng)度，不同壓實(shí)度填土抗剪強(qiáng)度與壓實(shí)度關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖2?？梢钥闯?，隨壓實(shí)度d增大，填土孔隙減小，顆粒咬合越緊密，壩體填土抗剪強(qiáng)度q逐漸增大，壩體填土抗剪強(qiáng)度q與壓實(shí)度d具有良好的線(xiàn)性相關(guān)，擬和相關(guān)系數(shù)均大于0.95。隨圍壓增大，填土抗剪強(qiáng)度與壓實(shí)度關(guān)系曲線(xiàn)斜率逐漸增大，說(shuō)明隨圍壓增大，壓實(shí)度對(duì)壩體填土影響逐漸趨于明顯。

圖2 填土抗剪強(qiáng)度與壓實(shí)度關(guān)系曲線(xiàn)Fig.2 Curve of relationship between shear strength and compactness of fill

2.2 抗剪強(qiáng)度參數(shù)

根據(jù)壩體填土的摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，繪制強(qiáng)度包線(xiàn)，見(jiàn)圖3。由不同壓實(shí)度下壩體填土的摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度包線(xiàn)可得其抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角φ和黏聚力c，內(nèi)摩擦角-黏聚力-壓實(shí)度關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。可以看出，隨壓實(shí)度增大，壩體填土抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角φ和黏聚力c均增大，內(nèi)摩擦角與壓實(shí)度呈線(xiàn)性相關(guān)，黏聚力與壓實(shí)度呈二次函數(shù)正相關(guān)。

圖3 抗剪強(qiáng)度包線(xiàn)Fig.3 Shear strength envelope

圖4 內(nèi)摩擦角-黏聚力-壓實(shí)度關(guān)系曲線(xiàn)Fig.4 Internal friction angle-cohesion-compactness curve

3 結(jié) 論

1) 隨著壓實(shí)度增大，壩體填土孔隙減小，顆粒咬合越緊密，壩體填土抗剪強(qiáng)度逐漸增大，壩體填土抗剪強(qiáng)度與壓實(shí)度具有良好的線(xiàn)性相關(guān)。隨著圍壓增大，壓實(shí)度對(duì)壩體填土影響逐漸趨于明顯。

2) 隨壓實(shí)度增大，壩體填土抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角和黏聚力均增大，內(nèi)摩擦角與壓實(shí)度呈線(xiàn)性相關(guān)，黏聚力與壓實(shí)度呈二次函數(shù)正相關(guān)。