基于SWCC試驗的非飽和土特性研究

2012-04-29 00:00:00陳暉

建筑與文化 2012年12期

【摘要】以某高速公路路段非飽和土特性出發(fā)，介紹了SSWC試驗的特點以及必要性，分析了不同上覆壓力和基質(zhì)吸力下相應(yīng)飽和度變化情況及原因，同時提出了一些非飽和土試驗的建議及想法。

【關(guān)鍵詞】SWCC試驗；非飽和土；上覆壓力；基質(zhì)吸力

1 引言

相對于飽和土，非飽和土自身特性比較特殊，由于空氣在土中形成連續(xù)的氣相，使固相、液相和氣相之間的界面上產(chǎn)生表面張力等界面現(xiàn)象，導(dǎo)致孔隙水壓力和孔隙氣壓力變化顯著，甚至出現(xiàn)負(fù)孔隙水壓力，飽和土理論以及計算方法不再適用。

SWCC（Soil-Water Characteristic

Curve），代表土的含水率（或飽和度）與土中吸力的關(guān)系曲線，反映了非飽和土吸水和儲水能力。土的吸力是含水量的函數(shù)，其不但表示水的能態(tài)高低，揭示水的運動方向，還能表征水和土顆粒之間相互作用的強(qiáng)烈程度以及水相和氣相界面的曲率狀態(tài)，能從更深層次揭示土的體變和強(qiáng)度變化的物理本質(zhì)。

借助SWCC可以直接得到不同含水率土體所處的吸力環(huán)境，還可以間接得到非飽和土的強(qiáng)度、滲透系數(shù)等土體參數(shù)。

2 工程概況

某高速公路路段擋土墻墻高H=8m，非飽和土重度γ=18kN/m3，抗剪強(qiáng)度參數(shù)中有效黏聚力c′=5kPa，摩擦角φ′=22o，φb=14o。地下水位在D=9m。采用重塑土，試樣尺寸：直徑d=6.18cm、高h(yuǎn)=2cm，具體制備方法參考《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》。土的基本物理性質(zhì)詳見表1：

表1 土的基本物理性質(zhì)

（1）對高進(jìn)氣值陶土板和土樣一同抽氣飽和后，將其放入無氣水中浸泡2天，之后將土樣稱重并裝入試驗容器。用儀器將多余的水和空氣排除，校對百分表；

（2）施加軸向壓力，按時間順序記錄土樣壓縮量百分表讀數(shù)；

（3）施加氣壓力，土樣中的孔隙水通過陶土板流入量管，以每2h量管體變不超過0.012ml為達(dá)到平衡標(biāo)準(zhǔn)，記錄孔隙水壓力儀讀數(shù)。利用軸平移技術(shù)s=ua-uw，得到土樣的吸力；

（4）在達(dá)到平衡標(biāo)準(zhǔn)后，記下此量管水位讀數(shù)，以便測定土樣含水率w的變化；

（5）逐級增加氣壓力，重復(fù)（3）、（4）兩個步驟；

（6）在施加最高一級氣壓力達(dá)到平衡標(biāo)準(zhǔn)時，卸載氣壓，稱量濕土和烘干土樣重，計算土樣的含水率ωi，得到相應(yīng)的飽和度Sri，繪出土一水特征曲線，即SSWC。

4 SWCC試驗結(jié)果與分析

將土樣基質(zhì)吸力（kpa）與對應(yīng)的飽和度（%）整理后，見表2，SSWC曲線見圖1：

表2 土樣基質(zhì)吸力（kpa）

與對應(yīng)的飽和度（%）類在不同密度、不同結(jié)構(gòu)等狀態(tài)下水氣轉(zhuǎn)換規(guī)律。

試驗受多種因素的影響，除了土的礦物成分、孔隙結(jié)構(gòu)、收縮性、土應(yīng)力狀態(tài)、含水率還有降水、日照、溫度等因素。