湿陷性黄土与膨胀土的分级增湿变形特性试验研究

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1、水利学报年月第卷第期文章编号湿陷性黄土与膨胀土的分级增湿变形特性试验研究邢义川李京爽李振中国水利水电科学研究院岩土工程研究所北京西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨陵摘要对陕西张桥的湿陷性黄土和安康的膨胀土分别进行了分级增湿变形试验根据试验结果分析了这两种土的应力应变关系曲线增湿变形过程中基质吸力变化特点及增湿变形类型分析表明其两者的增湿变形应力应变曲线形态完全不同湿陷性黄土的应力应变曲线明显分为压缩湿陷变形和固结压密段并且在湿陷变形转变为固结压密时有一个明显的转点膨胀土的应力则随变形增加呈衰减趋势并且在增湿变形中以体积变形为主剪切变形较少湿陷性黄土和膨胀土在增湿过程中基质吸

2、力变化亦表现出明显的差异前者随含水率明显变化随应力变化较小而后者随含水率和应力的增加均有较大变化最后提出湿陷性黄土的湿陷起始应力和膨胀土的膨胀应力两个概念进一步合理分析了两者的特征力关键词湿陷性黄土膨胀土增湿变形试验中图分类号文献标识码研究背景工程中湿陷性黄土地基的失事大多是在建筑物荷载作用下由于地下水位上升或降雨所引起的而膨胀土边坡的滑塌也多发生在降雨季节所以力和水作用下的湿陷性黄土和膨胀土的强度及变形问题历来是岩土工程研究的焦点也取得了大量的科研成果关于湿陷性黄土的研究主要有利用黄土的湿陷系数判别黄土湿陷性的强弱辨别黄土场地的湿陷类型和等级影响黄土湿陷性的因素分析例如黄土的干

3、密度含水率和孔隙比等对黄土湿陷性的影响黄土地基自重湿陷的敏感性例如浸水的面积和时间对自重湿陷量的影响浸湿范围及裂隙开展距离等黄土湿陷变形的塑性特征和本构关系如计算黄土湿陷变形的湿陷系数法非线性模型计算法弹塑性模型计算法以及损伤力学模型计算法黄土的增湿和减湿变形特性等关于膨胀土的研究主要有膨胀土的矿物成份与其膨胀性的关系研究膨胀土的非饱和特性与计算模型研究膨胀土的胀缩性超固结性裂隙性以及强度衰减特性研究降雨入渗对土坡稳定性的影响研究等湿陷性黄土和膨胀土是两种特殊的土其共同点是两者都对水具有敏感性是水敏性土不同点是湿陷性黄土遇水湿陷而膨胀土遇水膨胀尽管对这两种土特性的有关研究成果不少

4、但对其增湿过程中的变形特性方面还研究得不够本文从力和水共同作用的角度分析这两种特殊土的增湿变形特性两种非饱和特殊土的三轴增湿变形试验土样概况试验所用黄土土样取自渭北张桥地面以下约的原状黄土该黄土为级自重湿陷性黄土其土性指标见表试验所用膨胀土取自安康某工程地基膨胀土取土深度在地面以下收稿日期基金项目水利部计划项目作者简介邢义川男陕西镇安人博士教授级高级工程师主要从事岩土力学方面的研究左右其土性指标见表表渭北张桥原状黄土物理指标天然含水率天然干密度颗粒组成液限塑自重湿陷比重湿陷系数??系数表膨胀土的物理性质试验结果颗粒组成天然含水率天然干密度液限塑限塑性自由膨不均匀曲率比重??指数胀

5、率系数系数从表可以看出该膨胀土土样以黏粒含量为主占液限为塑性指数为按塑性图分类为高液限黏土该土自由膨胀率为可判定为具有强膨胀潜势的膨胀土通过标准击实试验可得该膨胀土的最大干密度为最优含水率为试验方法及仪器增湿变形试验方法如图将土样在给定压力下压缩保持压力不变待土样变形稳定后浸水设浸水前试样的压缩变形稳定值与每级浸水稳定的变形值之差为当前应力状态下的增湿变形若为湿陷性黄土土样是增湿湿陷变形若为膨胀土试样则是增湿湿胀变形增湿变形试验与一般的浸水变形试验不同前者是分级浸水获得的是土体在含水率变化过程中的变形后者为一次性浸水获得的是土体饱和时的变形本文增湿试验在三轴压缩仪上进行采用的试验

6、仪器为普通三轴压缩仪为试验需要做了点图增湿变形试验方法示意改变将三轴仪的压力环换成应力头使应变式加载变成应力式加载在试样帽上增加一个小孔供分级浸水用放置试样的底部基座上嵌套一个进气值为陶土板用于测量非饱和土孔隙水压力该仪器在土样浸水时可测定轴应变体应变孔隙气压力和孔隙水压力黄土的增湿湿陷试验对于张桥黄土按施加固结应力分别为和相应的轴向应力分别加到和待变形稳定后逐级浸水测定相应的增湿体应变增湿轴应变及将不同土样的试验结果绘制成曲线和曲线见图和图图中和分别为和图和曲线膨胀土的增湿湿胀试验对于安康膨胀土按?施加固结应力分别为和相应的轴向应力分别加到和待变形稳定后逐级浸水测定相应的增湿体

7、应变增湿轴应变和将不同试样的试验结果绘制成和图和曲线曲线见图和图图和曲线图和曲线三轴增湿变形特性应力应变关系曲线由于黄土存在粒状架空结构在力和水共同作用下其破坏主要是结构性破坏由图图可见与曲线的形状相似每条曲线都可分为段第一段称为起始压缩段第二段称为增湿湿陷变形段第三段称为固结压密段曲线的第一处转折点位置约在第二处转折点位置约在两处转折点实际是黄土浸水湿陷起止的应力水平在第一处转折点前由于黄土本身的结构强度大于所加应力土样变形很小第一处转折点到第二处转折点之间曲线的形态表明应力的