關(guān)中地區(qū)黃土基質(zhì)吸力與濕陷性關(guān)系試驗(yàn)研究

田 源

(陜西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，陜西 西安 710082)

1 概述

黃土廣泛分布于我國(guó)西北地區(qū)，是一種特殊的第四紀(jì)沉積物，其力學(xué)變形性質(zhì)受荷載、濕度、密實(shí)度、飽和度、分布地區(qū)等因素影響較大，研究天然原狀黃土的力學(xué)變形特性具有重要的理論及實(shí)用意義。天然黃土是典型的非飽和土，故對(duì)其力學(xué)變形特性的研究宜從基質(zhì)吸力的研究入手。對(duì)非飽和土吸力特性已有的研究[1-3]主要局限在揭示其與土的起始含水率和起始密度之間的關(guān)系，涉及到應(yīng)力狀態(tài)變化的較少，且多通過(guò)等吸力試驗(yàn)進(jìn)行研究。同時(shí)對(duì)黃土濕陷系數(shù)與吸力關(guān)系的研究還較少。本文擬利用非飽和土固結(jié)儀對(duì)不同濕度原狀關(guān)中黃土進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，探討豎向壓縮應(yīng)力的變化對(duì)天然原狀黃土基質(zhì)吸力的影響，并對(duì)原狀黃土基質(zhì)吸力的變化對(duì)其濕陷性的影響進(jìn)行了初探。

2 試驗(yàn)概況

2.1試驗(yàn)用土

本次測(cè)試土樣采取位于關(guān)中平原西安南郊的Q3天然黃土，土層埋深約為4.5 m～5 m，其物理性質(zhì)見(jiàn)表1。試樣面積為30 cm2，高為2 cm。

2.2試驗(yàn)方案及方法

采用解放軍后勤工程學(xué)院與江蘇永昌科教儀器有限公司聯(lián)合研制的非飽和土側(cè)限壓縮儀，測(cè)量土樣基質(zhì)吸力的陶土板進(jìn)氣值約為5 bar，儀器具體組成及構(gòu)造可見(jiàn)文獻(xiàn)[4]中的相關(guān)描述。

表1 天然黃土的物性指標(biāo)

在試驗(yàn)室對(duì)天然原狀黃土配置不同的濕度，根據(jù)初始濕度可以換算出天然原狀黃土的飽和度，具體數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 天然原狀黃土的基質(zhì)吸力

采用軸平移技術(shù)量測(cè)每級(jí)荷載作用下黃土的吸力變化過(guò)程，試驗(yàn)方法為控制氣應(yīng)力的不排水壓縮試驗(yàn)，即常含水率壓縮試驗(yàn)。所施加的應(yīng)力級(jí)別為12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa,800 kPa,1 600 kPa，儀器可同時(shí)量測(cè)土樣的基質(zhì)吸力和軸向變形。在施加第一級(jí)應(yīng)力之前，對(duì)不同初始含水率黃土在無(wú)應(yīng)力條件下測(cè)試吸力，即為原始基質(zhì)吸力。待初始吸力穩(wěn)定后再逐級(jí)施加軸向固結(jié)應(yīng)力。采用雙線(xiàn)法確定黃土的濕陷系數(shù)。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)討論與分析

3.1天然密實(shí)狀態(tài)對(duì)土樣基質(zhì)吸力變化的分析無(wú)應(yīng)力作用下不同初始含水量黃土的初始基質(zhì)吸力S0見(jiàn)表2。可以看出：1)初始含水量一定時(shí)，S0隨ρd0的增大而增大，且在初始含水量w較低(w

3.2基質(zhì)吸力與非飽和黃土的濕陷系數(shù)之間的關(guān)系

根據(jù)一定壓力下不同初始含水率非飽和及飽和黃土試樣的壓縮變形h，采用雙線(xiàn)法計(jì)算黃土的濕陷系數(shù)δs，繪出不同壓力p下濕陷系數(shù)δs與初始基質(zhì)吸力S0關(guān)系曲線(xiàn)如圖1所示。由圖1可以看出：

1)壓力p≤100 kPa時(shí)，三個(gè)不同天然干密度下陷系數(shù)δs皆不大于0.015，δs—S0關(guān)系曲線(xiàn)很平緩，不同天然干密度試驗(yàn)點(diǎn)分布在很窄的范圍內(nèi)，即基質(zhì)吸力和天然干密度的變化對(duì)濕陷系數(shù)幾乎沒(méi)有影響。2)壓力100 kPa800 kPa時(shí)，δs—S0關(guān)系曲線(xiàn)基本處于平緩上升的變化趨勢(shì)，這說(shuō)明較大的豎向荷載已將黃土的結(jié)構(gòu)性完全破壞，濕陷系數(shù)隨基質(zhì)吸力的增大而緩慢增大。

4 結(jié)語(yǔ)

1)無(wú)應(yīng)力作用下，黃土初始含水量一定時(shí)，S0隨ρd0的增大而增大，且在初始含水量w較低(w