膨脹土的浸水變形特性

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1、萬方數(shù)據(jù)2005年11月水利學(xué)報(bào)SHUIUXUEBAO第36卷第11期文章編號(hào)：0559．9350(2005)11．1385—07膨脹土的浸水變形特性李振1，邢義川2，張愛軍1(1西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院。陜西楊陡712l呻；2中國(guó)水利水電科學(xué)研究院綜合事業(yè)部。北京100蟬4)摘要：使用壓縮儀，對(duì)不同起始密度及不同起始含水率的膨脹土進(jìn)行了分級(jí)浸水和一次性浸水膨脹變形試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)試了試樣在最水前后不同壓力下膨脹變形量的變化過程。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同浸水路徑在浸水的初期階段對(duì)膨脹土的膨脹變形

2、速率有一定的影響，但膨脹率最終值基本一致；浸水膨脹再壓縮試驗(yàn)中壓縮穩(wěn)定后的膨脹率比先壓縮再{曼水膨脹試驗(yàn)膨脹穩(wěn)定后的膨脹率要小，但變化較快，并隨著壓力的增大，加壓后膨脹率逐漸減小，最終兩種試驗(yàn)的膨脹率趨于一致；壓力對(duì)不同初始含水率試樣膨脹率的影響較小，對(duì)不同初始干密度試樣的影響較大；在浸水單向膨脹試驗(yàn)過程中試樣的干密度與膨脹率呈雙曲線變化規(guī)律。關(guān)鍵詞：膨脹土；浸水；壓縮；變形；膨脹率中圈分類號(hào)：TU4兒．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1研究背景在膨脹土地區(qū)的工程建設(shè)中，常用膨脹土作為建筑物的地基，由于膨脹土含

3、有強(qiáng)親水性黏土礦物成分如蒙脫石和伊利石，使得膨脹土吸水膨脹，失水收縮，從而引起建筑物的開裂、傾斜破壞，或使開挖體的邊坡產(chǎn)生滑移失穩(wěn)等現(xiàn)象，對(duì)工程建筑產(chǎn)生極大的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年由于膨脹土造成的損失可達(dá)近百億元“]。加強(qiáng)對(duì)膨脹土工程特性的研究，總結(jié)探討其內(nèi)在的變形規(guī)律性，對(duì)工程建設(shè)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義和工程實(shí)踐價(jià)值。研究表明，影響膨脹土變形的因素較多，膨脹土的變形不僅與應(yīng)力路徑有關(guān)，而且與起始含水率和干密度有關(guān)”o。許多學(xué)者對(duì)膨脹土的結(jié)構(gòu)特性、遇水作用后產(chǎn)生膨脹變形的機(jī)理、膨脹土的本構(gòu)關(guān)系

4、及在不同初始狀態(tài)下的膨脹變形進(jìn)行了深入的研究”“，從中得到了許多能很好解釋膨脹土工程特性的結(jié)論，但對(duì)于在不同浸水路徑下膨脹土遇水增濕而產(chǎn)生膨脹變形的研究卻不多。針對(duì)這一點(diǎn)，本文在不同的浸水路徑和加荷方式下，采用壓縮儀對(duì)膨脹土浸水變形特性進(jìn)行試驗(yàn)探討。2試驗(yàn)材料與方法2．1試驗(yàn)試樣試驗(yàn)土樣取白安康工業(yè)開發(fā)區(qū)某工程地基膨脹土，其物理性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果見表l。表1膨脹土的物理性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果2．2試驗(yàn)方法“1按試驗(yàn)方案所需的含水率配制土料，制備試樣時(shí)采用千斤頂一次壓實(shí)至控制高度收稿日期：2005_01-27基金

5、項(xiàng)目：水利部“舛8”計(jì)劃技術(shù)創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(c淵8)作者簡(jiǎn)介：李振(1969一)，男，陜西華縣人，工程師，主要從事巖土工程試驗(yàn)研究。E．md：Iidmn898@126．一1385萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)萋一譬《i窖勰萬方數(shù)據(jù)圈7不同起始干錯(cuò)匿試樣壓縮穩(wěn)定提水后的圖8相同起始干廚腰試樣壓耀器足授水啟膨脹率歷時(shí)曲線膨脹率變化歷時(shí)曲線從圖8中看到，壓力越小，膨脹變形越大，在壓力為O時(shí)，其膨脹變形達(dá)到最大值；在未浸水前的起始?jí)嚎s階段，各試樣的壓縮變形量雖然相差不大，但還是隨著壓力的增大而增大；當(dāng)壓縮穩(wěn)定后對(duì)試樣

6、浸水，不同壓力下的試樣遇水產(chǎn)生變形的速率就表現(xiàn)出不同，壓力越大，變形速率越小，反映在曲線上就是壓力越大，曲線上升段的斜率越小，甚至出現(xiàn)負(fù)值(即壓縮)；圖8中也明顯地表明，壓力越小，膨脹變形量越大，即起始干密度一定時(shí)，壓力越大，膨脹變形量越小。3．5起始干密度對(duì)膨脹變形的影響不論是逐級(jí)浸水，還是一次性浸水到飽和，不同起始干密度試樣的自由膨脹率隨著起始干密度的增大而增大，并且膨脹率a。與起始干密度P響之間有如亂，=印。一B的線性關(guān)系(見圖9)，其中A、B為試驗(yàn)系數(shù)。通過對(duì)逐級(jí)浸水和一次性浸水到飽和兩

7、種浸水途徑的起始干密度與其膨脹率的線性擬合得到，一次性浸水到飽和時(shí)A=29．26，B=28．04，相關(guān)系數(shù)艫=o．96；逐級(jí)浸水飽和時(shí)A=22．40，曰=19．80，相關(guān)系數(shù)釅=0．93。在試驗(yàn)的過程中對(duì)起始干密度分別為1．40、1．50、1．60∥co的3種試樣在不同時(shí)段的干密度進(jìn)行測(cè)定，并點(diǎn)繪成試驗(yàn)過程中試樣干密度與膨脹率關(guān)系，見圖10。翻：∞葬莖豁落墓≯△15試驗(yàn)點(diǎn)。l6試驗(yàn)點(diǎn)5304560弗脹率(％)圖9不同起始干密度與自由膨脹率的關(guān)系曲線圖lo試驗(yàn)過程中干密度與膨脹率關(guān)系曲線從圖10中

8、看到，在試驗(yàn)過程中隨著膨脹率的增加，試樣干密度減小。這是由于在試驗(yàn)過程中，水分不斷進(jìn)入到試樣內(nèi)部與膨脹性礦物結(jié)合而產(chǎn)生膨脹變形，使得試樣體積增大，干密度減小。事實(shí)上，設(shè)試樣干土質(zhì)量為m，試樣為圓柱型，試驗(yàn)前高度為^。，半徑為r0，試樣試驗(yàn)前的干密度為肌，浸水后試樣的高度增加到^。+△^，半徑增加h+△r，則膨脹后試樣的干密度P，。為：～2幣i面壽而(2)給上式右端的分子和分母同除以試樣試驗(yàn)前的體積"：k，則有～=面百‰。)式中：d，=等為徑向膨脹率；以=等為軸向膨脹率。由于本文試驗(yàn)使用的儀器為固