黃子馨 張互助 丁代軍 徐夢潔

摘? 要：為了研究含水率對路基承載能力的影響，以某工程壓實(shí)黏質(zhì)土為研究對象，通過三軸壓縮試驗(yàn)研究了抗剪強(qiáng)度隨含水率的變化規(guī)律，并回歸分析得到了抗剪強(qiáng)度與含水率的函數(shù)關(guān)系式。結(jié)果表明：路基壓實(shí)黏質(zhì)土抗剪強(qiáng)度受含水率影響顯著，并隨含水率的增加呈指數(shù)函數(shù)規(guī)律遞減，其影響程度為密實(shí)狀態(tài)比疏松狀態(tài)明顯，偏干狀態(tài)比偏濕狀態(tài)明顯，降低使用期路基含水率水平可顯著提高路基承載能力。

關(guān)鍵詞：壓實(shí)黏質(zhì)土? 抗剪強(qiáng)度? 含水率? 三軸壓縮試驗(yàn)

中圖分類號：U416.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1672-3791（2020）10（c）-0048-03

Abstract： In order to study the influence of water content on the bearing capacity of subgrade， the variation law of shear strength with water content is studied by triaxial compression test， and the functional relationship between shear strength and moisture content is obtained by regression analysis. The results show that： the shear strength of compacted clayey soil is significantly affected by water content， and decreases exponentially with the increase of water content. The influence degree is that the dense state is more obvious than the loose state， and the dry state is more obvious than the wet state. Reducing the moisture content level of Subgrade in service period can significantly improve the bearing capacity of subgrade.

Key Words： Compacted clayey soil; Shear strength; Moisture content; Triaxial compression test

抗剪強(qiáng)度作為土體抵抗剪切破壞能力的表征，是其承載能力評價(jià)的重要指標(biāo)之一。正確可靠地評價(jià)路基壓實(shí)土的抗剪強(qiáng)度特性對于指導(dǎo)路基工程設(shè)計(jì)與施工、保證路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

路基壓實(shí)土抗剪強(qiáng)度特性的影響因素主要有土質(zhì)類別、含水率、壓實(shí)度和應(yīng)力狀態(tài)等[1-3]。而壓實(shí)土的抗剪強(qiáng)度特性與含水率的關(guān)系尚未形成共識(shí)[4-5]。為此，該文擬以分布廣泛并在路基工程中應(yīng)用較為普遍的黏質(zhì)土作為研究對象，通過三軸壓縮試驗(yàn)研究分析了含水率對路基壓實(shí)黏質(zhì)土抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律及作用機(jī)理，以期為路基工程的工程實(shí)踐提供參考。

1? 試驗(yàn)用土與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)用土

試驗(yàn)所用的土為取自東北季節(jié)性冰凍地區(qū)某道路工程建設(shè)項(xiàng)目取土場的黏質(zhì)土，顆粒粒徑分布曲線見圖1。

1.2 試驗(yàn)方案

最佳含水率狀態(tài)下填筑完成的路基，在使用期間其含水率會(huì)因所處環(huán)境而發(fā)生變化，已有研究表明路基含水率的變化范圍大致在7.4%～28.5%[6]，而路基壓實(shí)度一般根據(jù)道路等級和部位不同的要求為90%～100%[7]。為了全面研究含水率對路基壓實(shí)黏質(zhì)土抗剪強(qiáng)度特性的影響，3周壓縮試驗(yàn)分為9.3%、12.3%、15.3%、18.3%、21.3%這5個(gè)含水率水平，85%、90%、93%、96%、99%這5個(gè)壓實(shí)度水平以及100 kPa、200 kPa、300 kPa這3個(gè)圍壓水平進(jìn)行測試，共計(jì)75組。

1.3 試驗(yàn)方法

三軸壓縮試驗(yàn)采用TSZ-1B全自動(dòng)三軸儀，試驗(yàn)方法為不固結(jié)不排水試驗(yàn)，試驗(yàn)試樣為Ф39.1 mm×80 mm的圓柱形試驗(yàn)試件，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)采集并處理，可獲得不同試驗(yàn)條件下土的剪切峰值、黏聚力和內(nèi)摩擦角等力學(xué)參數(shù)，然后根據(jù)土的極限平衡理論按式（1）計(jì)算確定土的抗剪強(qiáng)度。

2? 試驗(yàn)結(jié)果與分析

路基壓實(shí)黏質(zhì)土的抗剪強(qiáng)度隨含水率的變化關(guān)系曲線如圖2所示。由圖中可以看出，不同圍壓與不同壓實(shí)度水平下路基壓實(shí)黏質(zhì)土的抗剪強(qiáng)度隨含水率的變化趨勢基本一致，均為隨含水率的增大而不斷減小，減小幅度隨壓實(shí)度的增加而增大，其中含水率小于最佳含水率時(shí)變化幅度較大，大于最佳含水率時(shí)趨于平緩。以圍壓kPa的試驗(yàn)結(jié)果為例，壓實(shí)度為99%時(shí)，含水率由9.3%增加至21.3%時(shí)，抗剪強(qiáng)度減小了118.6 kPa，而壓實(shí)度為85%時(shí)減幅為40.2 kPa;壓實(shí)度k=93%時(shí)，含水率由9.3%增加至最佳含水率時(shí)，抗剪強(qiáng)度降低了51.9 kPa，由最佳含水率減少至21.3%時(shí)降幅為26.6 kPa。由此可見，含水率對路基壓實(shí)黏質(zhì)土抗剪強(qiáng)度的影響，密實(shí)狀態(tài)比疏松狀態(tài)明顯，偏干狀態(tài)比偏濕狀態(tài)明顯。分析其原因，路基壓實(shí)土是由土粒、水和空氣組成的三相體系，當(dāng)含水率較低時(shí)，土粒周圍的結(jié)合水膜厚度較薄，聯(lián)結(jié)作用較強(qiáng)，潤滑作用不明顯，土體抵抗外力作用的能力較強(qiáng)，相應(yīng)的表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度較大。隨著含水率的增加，吸附于黏質(zhì)土細(xì)小土粒表面的結(jié)合水膜變厚、土體變軟，土粒間作用力減弱，加之水膜的潤滑作用，在外力作用下土顆粒間的阻力減小，相應(yīng)的表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度不斷降低。當(dāng)含水率增加至最佳含水率時(shí)，潤滑作用最為充分，含水率繼續(xù)增大時(shí)，結(jié)合水膜厚度繼續(xù)增加，甚至出現(xiàn)毛細(xì)水和自由水，水膜潤滑作用不明顯，而水膜聯(lián)結(jié)作用也隨著與土顆粒表面距離的增加而逐漸減弱，因此，含水率對抗剪強(qiáng)度的影響逐漸趨于平緩。壓實(shí)度越大則意味著土顆粒之間的距離越小，結(jié)合水膜越薄，含水率的變化對其聯(lián)結(jié)作用的影響也就越明顯，因此，路基壓實(shí)黏質(zhì)土抗剪強(qiáng)度隨含水率的減小幅度隨壓實(shí)度的增加而不斷增大。

為了探究路基壓實(shí)黏質(zhì)土的抗剪強(qiáng)度與含水率的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)對不同圍壓與不同壓實(shí)度水平下抗剪強(qiáng)度隨含水率變化規(guī)律的初步分析，采用公式（2）對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了回歸分析，表1的擬合結(jié)果僅列出圍壓為200kPa時(shí)的數(shù)據(jù)。擬合結(jié)果顯示，不同圍壓與不同壓實(shí)度水平下的抗剪強(qiáng)度均隨含水率呈指數(shù)函數(shù)規(guī)律變化，擬合方程的相關(guān)系數(shù)均在0.96以上，能夠較好地反映抗剪強(qiáng)度與含水率的函數(shù)關(guān)系。

3? 結(jié)論

（1）路基壓實(shí)黏質(zhì)土的抗剪強(qiáng)度受含水率的影響顯著，并隨含水率的增加呈指數(shù)函數(shù)規(guī)律遞減。

（2）含水率對路基壓實(shí)黏質(zhì)土抗剪強(qiáng)度的影響為密實(shí)狀態(tài)比疏松狀態(tài)明顯，偏干狀態(tài)比偏濕狀態(tài)明顯;設(shè)法降低使用期路基含水率水平可顯著提高路基承載能力。

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