非飽和黃土結構性的試驗研究

摘要：本文通過原狀土樣、重塑土樣和人工結構性土樣的靜力學試驗對黃土的結構性作了進一步探討。首先，在對黃土結構性及其形成機理分析的基礎上，用水泥作為粘結材料制成人工結構性土樣，通過三軸壓縮對原狀土樣和人工結構性土樣的結構性進行了研究，了解了結構性黃土的變形特征，說明了人工制備結構性土樣用于試驗的可行性。

關鍵詞：非飽；黃土結構性；試驗研究

土的結構性指土中顆粒或土顆粒集合體以及顆粒間的孔隙大小、形狀、排列組合及聯結等綜合特征。當代土體結構性研究主要有三個基本途徑，即細觀形態學途徑、固體力學途徑及土力途徑[1]，它們各有優點。黃土是干旱半干旱地區的第四紀沉積物，是一種典型的結構性土，其特殊的結構性和對水的特殊敏感性直接影響著黃土的工程性質。隨著西部大開發戰略的實施，西北黃土地區基礎工程建設的數量和規模急劇增大，使得對非飽和黃土強度特性的研究更具有現實意義。

原狀黃土在采樣、運輸、制樣過程中對試樣有擾動[2]，特別是為了消除原狀黃土本身的不均勻因素的影響，使所研究問題的規律性能更好地顯示出來，以便建立和檢驗本構模型，本文作者采用充分擾動非飽和黃土試樣，在室內通過人工方法制備成結構性黃土，并對其和原狀黃土進行了三軸剪切試驗，得到了相同含水量相同密度的非飽和黃土的應力應變曲線。發現兩種黃土的結果比較接近，從而表明：用人工制備的結構性黃土代替原狀黃土來研究非飽和黃土是可行的。

一 試驗方法

本試驗采用南京土壤儀器廠生產的應變式三軸剪切儀，試驗所用黃土土樣來自陜西楊凌高新中學對面的某工地基坑，取土深度為現地面以下2～3.5米，為黃土，土樣上有肉眼可以看見的大孔隙。原狀黃土的主要物理力學指標如表1所示。人工結構性土樣的制備方法[3]是在風干黃土顆粒中分別摻入占總質量的1.%的普通硅酸鹽水泥。制樣含水量按14%配制，待水份均勻后，用壓樣器緩慢、勻速分十層層壓制而成。采用較低的制樣含水量（7%），增加水泥出凝時間，以免水泥在制樣前完全凝結，同時，壓制的樣也比較均勻。制成的試樣先用保鮮膜包裹好放在養護箱內養護數小時，然后再采用風干法或水膜轉移法調節土樣的含水量，以達到所需要求。

根據試驗規程制成多個三軸原狀，對制成的試樣進行配水方法分別制成初始含水量為10%（）、15%（）及充分飽和的多組三軸試樣。采用固結排水剪（CD）試驗，對于每組不同含水量的土樣在的壓力下固結完成（孔隙水壓力消散在95%以上）后，進行排水剪切，圍壓分別取=50、100、200、400，剪切速率取0.0330，記錄每次試驗的量力環百分表讀數，體變管讀數和軸向變形百分表讀數。在安裝試樣前將排水管內的水分排除干凈，關閉排水閥，以防止非飽和黃土中的吸力將排水管中的水吸入土體內，試樣安裝完畢施加圍壓，打開排水閥。剪切以量力環百分表讀數出現峰值后，或變化不大，但應變持續增長3～5%，或從壓力室外看到土樣有明的裂紋或錯動或軸向變形百分表讀數達到為最后關機標準。

二 試驗結果及分析

原狀土樣和人工結構性土樣（水泥含量為1.0%）在不同含水量條件下的應力應變曲線。由該曲線可以看出，當圍壓等于400、200kPa時，在人工結構樣、重塑樣和原狀土樣的應力一應變曲線上，取相同軸向應變對應的偏差應力，具有原狀土偏差應力大于重塑土偏差應力大于人工結構土樣偏差應力。同時，可以看出，含水量一定，隨著圍壓的增加，土體逐漸被壓密，微結構的破損越來越明顯，結構性逐漸減弱，飽和曲線與重塑曲線越來越接近，結構土的力學特性逐漸趨向重塑土的力學特性。當圍壓一定，隨著含水量的增加，膠結物質大量溶解，飽和曲線與重塑曲線也有相同的變化規律，這更加說明了含水量和圍壓是影響黃土結構性的主要因素，且含水率對黃土結構性的影響規律與圍壓對其的影響規律基本相似。由上述分析可以看出，原狀結構性土樣和人工制備結構性土樣壓縮曲線變化規律基本一致，這表明含水量對飽和土樣的結構性影響較小。隨著含水量的增加，兩種土樣的壓縮曲線均逐漸接近于飽和土樣的應力應變曲線，說明建議的人工制備結構性黃土樣的試驗方法是可行的。

三 結論

本文通過對不同含水量的原狀土樣、人工結構土樣和重塑土樣進行三軸剪切試驗。試驗結果表明，土樣的應力應變曲線形式一致，變化規律基本相同，說明建議的人工制備結構性黃土土樣的試驗方法是可行的。

參考文獻

[1] 謝定義，21世紀土力學思考，巖土工程學報，1997.7（4）：111～114.

[2] 邵生俊，周飛飛，龍吉勇.原狀黃土結構性及其定量化參數研究[J].巖土工程學報，2004，26（4）：532～536.

[3] 蔣明鏡，沈珠江.結構性粘土試樣人工制備方法研究[J].水利學報，1997，（l）：56～61.