藏東南地區砂卵石土三軸試驗淺析

沈霞，馮杰

藏東南地區砂卵石土三軸試驗淺析

沈霞，馮杰

（西藏農牧學院 水利土木工程學院，西藏 林芝 860000）

藏東南地區河谷地帶砂卵石地層較為普遍，選取藏東南地區的砂卵石土作為研究對象，進行室內三軸試驗，測定在不同圍壓條件下，對砂卵石土的影響。將通過試驗得出的一些試驗結論應用于工程建設當中，砂卵石土作為地基填料，可以根據圍壓對砂卵石土的影響來控制圍壓，以此來提高地基承載力和地基的穩定性。

藏東南地區；砂卵石土；室內三軸試驗；圍壓

1 引言

林芝的秋天宛如仙境，湖光山色，美不勝收，因此被譽為“西藏江南”[1]。通過對藏東南地區地質勘探發現，地下土體主要以砂卵石土為主，砂卵石土的優良工程特性有抗剪強度高、壓實強度高、透水性強等，被廣泛應用于藏東南地區的工程建設當中，如用于水電站、路基、橋墩、橋臺及處理軟弱地基的砂石墊層[2-3]。

西藏處于地震活躍的地震帶上，林芝地區屬于地震多發區，尤其是林芝地區的察隅和墨脫都曾發生過8級以上地震，藏東南地區的土體主要以砂卵石土為主，該地區的工程建設當中砂卵石土的應用范圍之廣，因此，對于砂卵石土的力學特性的研究就顯得十分的必要[4]。采用三軸試驗研究砂卵石土的工程特性，通過得到的數據進行整理分析，分析砂礫石土層在藏東南地區的工程建設中，應該采取何種地基處理方法才能更好地加固地基，提高地基基礎的穩定性，對藏東南地區的工程建設有極大的參考價值[5]。

2 試驗取樣

藏東南地區的魯朗鎮是古今亞歐板塊和歐亞板塊碰撞擠壓接觸形成的，藏東南地區魯朗鎮地質構造比較復雜，魯朗鎮地下土體主要以砂卵石土為主，本次三軸試驗的采樣點選取在藏東南地區魯朗鎮，試驗土樣采樣點地理位置如圖1和圖2所示。本次試驗采用的砂卵石土試樣的材料取自西藏自治區巴宜區的魯朗鎮某處建筑物場地，選取的砂卵石土距地面3～6 m范圍內。選取的該深度范圍內的卵石的直徑為5～10 cm，填充物有圓礫、中粗砂和細砂等，比較具有代表性的在藏東南地區。根據試驗要求，選擇不超過最大控制粒徑的砂卵石土，超過此粒徑的將用剔除法將其處理[6]。

3 三軸試驗

3.1 試驗的基本原理

三軸試驗依據的理論是摩爾-庫倫強度，本次試驗需要取三到四組砂卵石土試樣，在對砂卵石土的四周施加恒定壓力的情況下再對其施加軸向壓力，直至土體受剪破壞[7-8]。由于砂礫石的粒徑較大，同時在較低圍壓下也可能在壓實和剪應力的作用下而產生破壞，兩者之間不能等同，因此，對于砂礫石土工程特性的研究不能照搬砂土工程特性的研究，要充分考慮砂礫石土不同于砂土的特殊性。為了研究藏東南地區的砂礫石土，利用大型三軸試驗儀來進行試驗，采用該儀器的原因是它是研究粗粒料工程特性較為理想的儀器設備。粗顆粒土動靜三軸試驗機外觀如圖3所示。

圖1 試驗土樣采樣點實景圖

圖2 試驗土樣采樣點地理位置

3.2 試驗步驟

土樣安裝：試驗前應先檢查儀器各方面的性能是否符合試驗要求，待滿足試驗要求之后，準備進行試樣的安裝。先把乳膠膜（直徑為38 mm）剪至適宜的長度，再將乳膠膜套入承膜桶內，緊接著捏緊耳球，為了將承膜桶和乳膠膜之間的空氣抽空，應該將耳球的端部對準承膜桶的導管，使乳膠膜與承膜桶的內壁緊貼。隨后將保濕缸中的土樣取出，先將其放入承膜桶再把耳球移開。對試樣進行安裝之前，依次將透水石和濾紙放在動三軸試驗的底座上，然后用承膜桶將土樣固定在底座上，再分別在試樣的頂端放上濾紙和透水石。先用橡膠圈把乳膠膜與底座、試樣帽都固定，然后將試樣裝進橡膠膜，在此過程中，應當防止土渣掉入壓力室影響試驗結果。

裝樣：將砂礫石土試樣分層裝入套有乳膠膜的承膜桶內，每次裝入之后都要進行夯實，每層砂卵石土的表面都要用切土刀刨毛處理，每次裝樣的時候，要將砂卵石土試樣控制在固定的高度。

反壓飽和：首先用檢測孔隙壓力系數的方法，對已經抽氣飽和的土樣進行檢測，可以用孔隙壓力系數來檢查試樣的飽和度是否達到試驗要求。當砂卵石土樣的孔隙壓力系數大于等于0.95，直接對砂卵石土進行固結，當孔隙壓力系數小于0.95時，需要對試樣施加反壓力以達到完全飽和，主要是利用高級加載試驗模塊對砂卵石土試樣施加適宜的圍壓和反壓。還要重復進行反壓飽和，直到最終測得的孔隙壓力系數大于等于0.95，反壓飽和才完成，才能進行下一步試樣的固結過程。

固結：使用GDS-Advance loading模塊對飽和后的砂卵石土樣施加固結壓力。等壓固結和偏壓固結的評定穩定的標準不同，在等壓固結時，砂卵石土土樣只要孔隙水壓力在5 min內保持不變則固結完成；在偏壓固結時，砂卵石土土樣軸向變形在5 min內不大于0.005時則固結完成。

加動載試驗：使用DS-Advance loading模塊，圍壓保持不變的情況下，逐級對砂卵石土樣施加環動荷載（每級振動10次）。

卸載、拆樣：先卸載，將圍壓和反壓都卸為0，然后把壓力室里面的水全部排出，將土樣拆除，試驗結束后將儀器清洗干凈。

4 試驗結果與分析

4.1 砂卵石土在不同圍壓下的應力-應變曲線

不同圍壓下砂卵石土的應力-應變關系曲線如圖4所示。

圖4 不同圍壓下的應力-應變曲線

從圖4可以看出，軸向應變在0～0.02的范圍以內，軸向應變與應力成線性關系為：在各圍壓下達到峰值點的速率隨圍壓的增大，速率越來越快；當軸向應變超過0.02，有一個過渡階段，應力-應變關系由線性向非線性轉變，緊接著，隨著軸向應變的增加，應力達到峰值趨于穩定。從應力-應變曲線圖整體分析可知，砂卵石土的應力-應變關系曲線呈非線性關系，應力-應變曲線呈現硬化型，控制其他條件不變的情況下，圍壓一定，應力隨軸向應變增加，在達到峰值點后趨于穩定；圍壓越大，隨著軸向應變的增加，應力增長更顯著，同時達到峰值也就越快。

4.2 不同圍壓下摩爾圓的繪制及抗剪強度參數確定

不同圍壓下摩爾圓的繪制過程如下：①計算不同圍壓下的最大主應力1和最小主應力3；②以（1－3）作為直徑，（1+3）/2為圓心，畫半圓，有幾種不同的圍壓就有多少個半圓，所繪制出的半圓就是摩爾應力圓；③把繪制好的摩爾應力圓，做一條切線使得它與所有的摩爾圓盡可能的相切，做出的這條切線叫做摩爾圓公切線，如圖5所示。

這條公切線在直角坐標當中，與橫坐標所成的夾角表示砂卵石土的有效內摩擦角，與縱坐標相交的截距表示砂卵石土的有效黏聚力。

圖5 有效應力法下抗剪強度包線

5 結語

以藏東南地區的砂卵石土為研究對象進行大型三軸試驗，研究藏東南地區砂卵石土的工程特性，砂卵石土在藏東南地區分布范圍較廣，在現代化工程建設當中必然會因為砂卵石土遇到一系列工程難題，比如砂卵石土作為地基填料如何加固地基、砂卵石土層出現管涌、砂礫石土作為地基存在不均勻沉降等問題。通過三軸試驗測定不同圍壓對砂卵石土影響，分析得出一些實驗結論。試驗的一些數據和結論將被廣泛應用于藏東南地區的工程化建設當中，砂卵石土在藏東南地區常作為地基填料，工程建設者可以通過控制圍壓的方式來提高地基承載力和地基的穩定性，對藏東南地區的工程建設起到極大的參考作用。

［1］鄒江.穿越青藏高原游記之一林芝尼洋河巴松措風光［J］.資源與人居環境，2018（10）：40-41.

［2］向睿，王培清，胡延杰，等.藏東南地區高陡邊坡穩定性數值分析［J］.湖南交通科技，2017，43（4）：5-8，68.

［3］向睿，王培清，王強，等.淺論強夯法在砂卵石地基處理中的應用［J］.土工基礎，2018，32（4）：373-375，392.

［4］田雅萍.林芝市及周邊地區地震活動情況分析［J］.西藏科技，2019（3）：14-17.

［5］景宏君，張延青，顧行文，等.土石混合填料大型三軸剪切試驗研究［J］.西安科技大學學報，2019，39（2）：270-275.

［6］王思睿，朱俊高，陳浩鋒，等.不同方法縮尺后粗粒料強度和變形特性研究［J］.河北工程大學學報（自然科學版），2019，36（1）：36-40，74.

［7］汪良峰，汪斌，陳生水，等.尾礦庫筑壩土石料大型三軸試驗與力學模型研究［J］.巖土工程學報，2018，40（Suppl 2）：157-161.

［8］徐志華，孫大偉，張國棟.堆石料應力-應變特性大型三軸試驗研究［J］.巖土力學，2017，38（6）：1565-1572.

TU411.8

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.023

2095－6835（2019）13－0053－02

沈霞（1995—），女，重慶永川人，主要從事巖土工程方面的研究。

馮杰（1993—），男，河北青縣人，主要從事巖土工程及土工測試技術方面的研究。

〔編輯：嚴麗琴〕