非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度

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1、水利學(xué)報(bào)2001年7月SHUILIXUEBAO第7期文章編號(hào):055929350(2001)07200792051非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度11黨進(jìn)謙,李靖(11西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院,陜西楊凌712100)摘要:本文分析了非飽和黃土強(qiáng)度的組成和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的來源,給出了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的確定方法,研究了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的變化規(guī)律,結(jié)果表明:非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可用其天然結(jié)構(gòu)破壞后所喪失的強(qiáng)度衡量,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與初始含水量間具有冪函數(shù)關(guān)系;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與不穩(wěn)定凝聚力具有良好的線性關(guān)系;提出了非飽和黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度終

2、止含水量的概念;給出了非飽和黃土抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式.關(guān)鍵詞:非飽和黃土;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;抗剪強(qiáng)度;含水量中圖分類號(hào):TU41117文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是在黃土結(jié)構(gòu)形成過程中產(chǎn)生的.在干旱半干旱條件下,非飽和黃土形成[1]了以粗粉粒為主體骨架的架空結(jié)構(gòu),粗粉粒接觸點(diǎn)處的膠結(jié)物質(zhì)形成了較強(qiáng)的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度,使黃土在低含水量下表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度,但當(dāng)含水量增大時(shí),其強(qiáng)度迅速降低,可見非飽和黃土的結(jié)構(gòu)特性對其工程性質(zhì)起著決定作用.結(jié)構(gòu)性的存在使非飽和黃土表現(xiàn)出一定的超固結(jié)特性,其抗剪強(qiáng)度規(guī)律不[2]符合正常

3、的庫倫公式;結(jié)構(gòu)特性是黃土發(fā)生濕陷的主要因素,黃土的濕陷變形能否發(fā)生,完全取決[3]于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能否喪失及喪失程度;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞前,原狀黃土的壓縮性很小,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞后,壓[4]縮性顯著增大.本文從非飽和黃土強(qiáng)度的組成入手,通過試驗(yàn)研究,尋求非飽和黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的變化規(guī)律,探討非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在抗剪強(qiáng)度中的應(yīng)用.1非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度111強(qiáng)度的組成非飽和黃土的強(qiáng)度主要由摩擦強(qiáng)度和凝聚強(qiáng)度兩部分組成,摩擦強(qiáng)度是土體抗剪強(qiáng)度的重要組成部分,由土顆粒接觸面或顆粒與膠結(jié)物質(zhì)接觸面上的摩擦產(chǎn)生,大小為土所受

4、的外加有效正應(yīng)力與內(nèi)摩擦系數(shù)的乘積,反映指標(biāo)為土的內(nèi)摩擦角.文獻(xiàn)[5]指出一般粘性土的內(nèi)摩擦角取決于土的礦物成分,與塑性指數(shù)有良好的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,當(dāng)土生成后,在密度不變時(shí),內(nèi)摩擦角主要隨含水量發(fā)生變化,變化范圍較小,一般不超過±2°.可見黃土生成后,只要密度不發(fā)生變化,用同一試驗(yàn)方法測定的內(nèi)摩擦角比較穩(wěn)定,一般可用試驗(yàn)測得的平均內(nèi)摩擦角表示.凝聚強(qiáng)度是非飽和黃土抗剪強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的主要組成部分,包括:①由水膜的物理化學(xué)作用、粘土礦物顆粒的粘結(jié)和顆粒間的分子引力形成的原始凝聚力;②黃土在生成過程

5、中,聚集在粗顆粒接觸點(diǎn)處的膠體顆粒、腐殖質(zhì)膠體和可溶鹽等膠結(jié)物質(zhì)形成的加固凝聚力;③非飽和土的基質(zhì)吸力和毛細(xì)壓力形成的強(qiáng)度,該強(qiáng)度與外力無關(guān),在常規(guī)剪切試驗(yàn)中,表現(xiàn)出與一般凝聚力相似的性狀,應(yīng)屬凝聚強(qiáng)度的一部分,稱為吸附凝聚力.非飽和黃土的加固凝聚力與吸附凝聚力均隨土體含水量的增大而減小,直至土體接近飽和時(shí)完全消失,是不穩(wěn)定不可靠的.收稿日期:2000205223基金項(xiàng)目:陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目、原西北農(nóng)業(yè)大學(xué)青年教師專項(xiàng)基金.作者簡介:黨進(jìn)謙(1964-),男,碩士、副教授,主要從事土力學(xué)方面

6、的教學(xué)及研究.—79—112結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是土結(jié)構(gòu)在生成過程中形成的一種膠結(jié)性的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度,是結(jié)構(gòu)性粘土特有的,伴隨土體結(jié)構(gòu)的生成而生成,隨土體結(jié)構(gòu)的破壞而消失.黃土是在干旱半干旱條件下形成的,季節(jié)性的短期雨水把松散的干燥粉砂顆粒粘結(jié)起來,而長期的干旱使土中水分逐漸蒸發(fā),土孔隙中的毛細(xì)作用使少量的水分連同溶于其中的鹽類都集中在粗粉砂的接觸點(diǎn)處,可溶鹽逐漸濃縮沉淀成為膠結(jié)物,與附于粗粉粒表面的膠體顆粒、腐殖質(zhì)膠體共同增強(qiáng)了土顆粒間抵抗滑移的能力,防止了土體的自重壓密,形成了以粗粉粒為主體骨架的架

7、空結(jié)構(gòu).集合于粗粉粒接觸點(diǎn)處的各種膠結(jié)物質(zhì)和水分子形成了膠結(jié)性的聯(lián)結(jié),該聯(lián)結(jié)強(qiáng)度(加固凝聚力)與原始凝聚力、吸附凝聚力和摩擦強(qiáng)度共同保持著黃土的天然結(jié)構(gòu),當(dāng)黃土的天然結(jié)構(gòu)在外力作用下發(fā)生破壞時(shí),土粒間的接觸點(diǎn)破壞,粗粉粒接觸點(diǎn)處的各種膠結(jié)物質(zhì)和水分子形成的膠結(jié)強(qiáng)度逐漸喪失,吸附凝聚力亦有部分喪失.因此,非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來源于加固凝聚力,以及吸附凝聚力的增量,其大小為非飽和黃土的天然結(jié)構(gòu)破壞后所喪失的強(qiáng)度,可用原狀黃土與相應(yīng)的重塑黃土的應(yīng)力差表示.113結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的測定試驗(yàn)用土為Q2、Q3非飽和黃土

8、,取自陜西楊凌渭河北臺(tái)塬坡地.Q2黃土顏色較深,土質(zhì)均勻,堅(jiān)硬狀態(tài),大孔隙較少,無濕陷性;Q3黃土為淡黃色,土質(zhì)均勻,堅(jiān)硬狀態(tài),針狀大孔隙發(fā)育,具有中等濕陷性.兩種土樣的基本物理性質(zhì)指標(biāo)見表1.表1土樣的物理性質(zhì)指標(biāo)WρPρdP顆粒組成(%)WLGeIp(%)(gPcm3)(gPcm3)(%)011～0105Pmm0105～01005Pmm<01005mmQ211121168115121720180011106410251033121210Q3131111621143