重塑花崗巖殘積土土水特征曲線試驗研究

林麗萍

（湖南城建職業技術學院，湖南 湘潭 411101）

當前，在國內南方區域花崗巖殘積分布較為密集，通常被當作公路路基輔料，然而，其跟普通土體相比具備獨特性。但是針對花崗巖殘積土的相關力學性能探究少之又少。針對非飽和土力學來講，可利用土水特征曲線反饋出土中基質吸力的改變歷程。同時土水特征曲線又可反映土的體積含水率和基質吸力相互間的聯系，借助此種關聯性把非飽和土強度和滲透特性關聯在一起，針對剖析邊坡的平穩性產生了積極的影響[1]。因此本文對重塑花崗巖殘積土的土水特征曲線進行試驗探索，具有重要的意義。

一、花崗巖殘積土物理性質

本文土樣來自某高速公路堤邊坡試驗段，深度取樣2.6 至3.0 米。參照土工試驗規范針對土樣實施室內篩分試驗和液、塑限試驗探究，獲得土樣基礎物理性質標準如下表1 所示。

表1 花崗巖殘積土的物理性質指標與成分組成

二、土水特性試驗具體探究

（一）土水特性試驗探究

試驗儀器采用壓力板儀。壓力室內土樣經過陶土板和板下自由水連接，在壓力室內氣壓上升，陶土板上土樣整體水勢大于板下自由水勢時，土樣慢慢排水，直至陶土板上土壤土與陶土板下自由水水勢相等同終止，即為平衡形態。畢竟土樣與陶土板下自由水的溶質勢、溫度勢與重力勢都為零，土樣基質吸力相當于壓力室內氣壓。在獲知土樣初期含水率狀況下，在某吸力平衡之后，借助高精準天平獲得試樣質量，隨即運算出對應基質吸力情況下的試樣含水率，進而推算出土水特征曲線。

目前各類專家學者拋出了眾多不相同的土水特征曲線模型，絕大部分只是被應用在低吸力段與中吸力的范疇。一般常用的Gardenr 模型、Fredlund&Xing 模型及其VanGenuchten 模型。

（二）試驗具體計劃

本試驗探究不同初始干密度針對重塑花崗巖殘積土土水特征曲線的干擾，應用路堤邊坡壓實度當作參照根據。試驗初始干密度1.28、1.37、1.45、1.58g/cm3，分開實施重塑花崗巖殘積土制樣，各組試驗分開應用2 個平行試樣，從而降低結果偏差率。隨后借助抽真空飽和手段針對4 組重塑土樣實施飽和，隨后利用壓力板儀實施土水特征曲線試驗。參照實踐項目要求，其利用壓力控制范疇為0 至0.3MPa、整體測試進程中劃分兩個時段，具體為脫濕與增濕，率先實施吸濕試驗，直至土樣二次飽和。參照試驗信息推演出不同基質吸力影響下土樣體積含水率，進一步取得全面的脫濕與吸濕的土水特征曲線。

三、具體實驗結論及其剖析

（一）實驗結論

室內壓力板儀檢測數據分析，獲得質量含水率和基質吸力相互間的聯系。實施數值模擬剖析過程中，利用體積含水率和基質吸力關系曲線，參照非飽和土力學質量含水率和體積含水率相互間的運算方法，從而計算出不同初始干密度脫濕和增濕時段的土水特征曲線。詳見如圖A 及圖B 所示。

圖A 基質吸力/Kpa 脫濕時段

圖B 基質吸力/Kpa 增濕時段

此外，參照下圖C 及圖D 所示，在0kPa 至1000kPa 范疇內，花崗巖殘積土脫濕曲線并不是直觀展現的典型S 曲線形式，受試驗條件限制只獲得花崗巖殘積土脫濕進程中，過渡階段范疇的土水特征曲線。而不同干密度下土水特征曲線情況相同，伴隨著基質吸力上升，土樣飽和度持續下降，隨后平緩降低至快速減少。而干密度針對重塑花崗巖殘積土土水特征曲線產生了極大干擾，同時干擾范疇為土水特征曲線過渡段，在較強基質吸力下，不同密度土水特征曲線出現了互相攏合走向。

圖C 土水特征曲線典型形態

圖D 不同干密度下土水特征曲線試驗點及模型擬合曲線

然而，干密度針對花崗巖殘積土土水特征曲線干擾呈現為：相同基質吸力下，土樣飽和度伴隨干密度上升而上升，具體為土樣脫濕速率伴隨著干密度上升而下降；在相同飽和度下，機制吸力伴隨著干密度上升而上升；試樣進氣值隨之干密度上升而上升。其關鍵為基質吸力和土體間隙構造相關聯，干密度大的土樣相對間隙小，連通性弱，造成空氣無法進入，反之較大基質吸力下水分方才可由小間隙流出，進而造成干密度增大脫濕速率變小，進氣值增大[2]。

（二）脫濕階段土水特征曲線剖析

圖A 獲知：不同初始干密度下重塑花崗巖殘積土水特征曲線顯著區分。在脫濕時段，伴隨著基質吸力上升，飽和重塑花崗巖殘積土土水特征曲線漸漸從平穩趨向于上下強烈波動隨后再趨于平穩，土樣體積含水率變小，達到殘余含水量時曲線慢慢平穩。干密度小的土樣土水特征曲線在較大干密度曲線下面，實施一樣基質吸力情況下，干密度小的土樣脫濕速度增速。關鍵因素為初始干密度變小的飽和土樣，其里面構造相互間空隙增大，水流途徑增大，空隙構造干擾土水影響面積，隨之基質吸力上升，土樣當中水分流出速度加快，從而初始干密度變小，土樣脫濕速度加速。

（三）增濕階段土水特征曲線剖析

從上圖B 獲知：重塑花崗巖殘積土樣增濕進程中，伴隨著體積含水率上升，基質吸力降低，土水特征曲線上升。不同初始干密度下土水特征曲線完全不能實現最初飽和情況。在基質吸力超出100kPa 時，土水特征曲線上升變動走向減速；基質吸力為0 至100kPa 時，曲線上升變成了極速上升，增濕速率上升，同時干密度大的土樣曲線前后確保在干密度較小土樣曲線上方。其具體因素為伴隨著初始干密度上升，空隙變小，土樣里面水流途徑變小，土樣實現飽和變動速度下降。所以伴隨著干密度上升，土體中增濕速率下降。

四、不同路徑下土水特征曲線比較分析

在增濕與脫濕時段的土水特征曲線不相同，獨自變動規律極為顯著。尤其在同等基質吸力狀況下，脫濕體積含水率顯著超出增濕時段[3]。土樣在脫濕進程中，急需更大體積含水量形態，方才能實現與吸濕進程具備一樣的基質吸力，具體為在等同體積含水率情況下，脫濕時段基質吸力高于增濕時段。具體因素為土樣率先實施脫濕，隨后實施增濕，其在脫濕進程中，伴隨著基質吸力上升，土體里面構造產生變動，所以增濕進程中土樣無法獲得初始構造形態。相反也無法避免試驗中形成的偏差干擾。

借助兩條土水特征曲線延長線不難發現重塑花崗巖殘積土樣的進氣值非常小，大約10KPA，此為花崗巖殘積土遭受不同礦物成分干擾所致。而礦物成分當中的石英、葉蛇紋石等大顆粒較多，造成殘積土樣中留存了巨大的間隙，因此，殘積土進氣值非常小。通過試驗獲得重塑花崗巖殘積土剩余體積含水率25%至30%，從而表明初始干密度大的花崗巖殘積土具備非常好的保水技能。

總結

綜上所述，初始干密度針對重塑花崗巖殘積土土水特征曲線呈現出明顯干擾，初始干密度較大土樣，土水特性曲線維持在干密度非常小土樣曲線上方。最后，較大干密度試驗脫濕速度下降，較小干密度試驗增濕速度加速，初始干密度大土樣剩余體積含水量大，表明花崗巖殘積土具備鎖水能力，進氣值非常小，大約10kPa。試驗獲得增濕進程的花崗巖殘積土土水特征曲線為大量降水滲入路堤邊坡后平穩性問題奠定基礎，在施工中產生積極作用。