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弱膨胀性填土残余强度试验研究

2021-01-31 21:28 作者:币游国际官网 点击:

  (1.安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院蚌埠2330002.安徽省建筑工程质量监督检测站蚌埠233000)

  膨胀土在我国的分布范围很广,广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同的分布范围。膨胀土粘土矿物成分主要有两类,一类以蒙脱石为主,另一类以伊利石土和高岭土为主,均具有强亲水性。根据土的自由膨胀率可划分为弱、中、强膨胀潜势,膨胀土具有吸水膨胀失水收缩特性,导致工程灾害频发,如建筑物地基隆起、路基开裂、沟渠边坡失稳等。在排水条件下,土的残余强度是膨胀性岩土的重要参数,它在土体工程特性评价、边坡稳定性分析与设计及老滑坡体的稳定性评价等方面具有极其重要的意义。

  许多学者多年来已对膨胀土开展了大量的试验研究,赵文建等通过对不同初始含水率、不同干密度下百色重塑膨胀土直剪试验,研究了百色击实重塑膨胀土在不同垂直压力下的峰值强度和残余强度,分析了其抗剪强度的作用机制。缪林昌等对南阳中膨胀性土在不同吸力状态下的强度特性进行了试验研究,并提出了计算吸力强度的双曲模型。詹良通与吴宏伟用可控制吸力的非饱和土三轴仪对湖北枣阳中膨胀性土的变形、强度特性进行了试验研究。程展林等探讨了裂隙对膨胀土强度的影响,提出对于膨胀土的强度应以土块强度和裂隙面强度两套指标进行描述,而土块强度又应区分为有胀缩裂隙和无胀缩裂隙两类,并进一步提出了不同强度的测试方法。虽然在膨胀土的强度特性方面取得很多研究成果,但主要集中在膨胀土的初始含水率、压实度等对其抗剪强度的影响等方面,而关于膨胀土的残余强度试验研究应用到堤坝填筑中较少。实际工程中,受地区膨胀土分布条件和出于经济上的考虑,常采用弱膨胀土直接用于堤坝填筑,填筑堤坝的边坡稳定性复核计算中宜选择膨胀土体的残余强度指标。基于此,本研究通过排水反复直接剪切试验方法,结合某工程用弱膨胀性土填筑土坝滑坡所取试样进行残余强度指标测试。

  排水反复剪试验采用四联应变控制式直剪仪,共做排水反复剪试验9组。试验所取土样为滑坡后坝体填土,经观察未发现存在软弱面和夹层现象。制备试样时,先在环刀内涂抹一薄层凡士林,辨明土样上下位置,整平土样两端,将土样切割成稍大于环刀直径的和高度的土柱,将环刀垂直向下压,边压边削,至土样伸出环刀为止,削去两端余土并修平。擦净环刀外壁,称量环刀和土总质量,使用抽气法饱和试样。每组制备4个试样。

  试验方法采用《土工试验规程》(SL237-1999)中的排水反复直剪试验,剪切速率为0.02mm/min。每次剪切时,试验不能中断,直至最大剪切位移停止剪切。倒转手轮,用反推设备缓慢地将下剪切盒反向推至与上剪切盒重合位置,插入固定销,进行第二次剪切。如此,继续反复进行剪切至剪应力达到稳定值为止。每次剪切间隔约20min。

  试样不同垂直荷载下剪切应力与应变关系曲线#试样不同垂直荷载下剪切应力与应变关系曲线 反复剪切试验残余强度成果汇总表

  (4)第二次和第三次剪切随着应变增加,剪应力呈略有增长趋势,这是因为反复剪切过程中土的结构破坏殆尽,随着剪切面减少,试样上半块与下剪切盒接触应力增加,致使测得的剪应力增加。据此认为第三次剪切的剪应力已达到稳定状态。3.2 排水反复剪强度指标

  由图3和表2可知,弱膨胀性填土残余强度粘聚力平均值为9.2kPa,最大值为11.6kPa,最小值为7.6kPa;内摩擦角平均值为16.8°,最大值为19.4°,最小值为14.1°。试样慢剪强度粘聚力平均值为18.0,内摩擦角平均值为19.6°,弱膨胀性填土残余强度明显低于慢剪强度。据表2残余强度指标结果分析,同一种土在同样有效应力作用下,其残余强度基本相同,即

  是土颗粒间产生摩擦分量,与颗粒大小有关。文献注意到滑坡体软弱夹层面的含水率为液限状态,因此推论弱膨胀土的残余强度粘聚力应和其液限状态强度指标

  膨胀土填筑堤坝压实困难,最优含水率较高,易产生两种不利因素:(1)坝肩和坡面(临空面)的蒸发量不一致,坝体含水率变化不均匀,使这两部分回填土收缩量有差别,易产生收缩裂缝;(2)雨水浸入坡面裂缝不仅产生动水压力,同时随着土体膨胀,使土体强度降低。所以膨胀土边坡比正常土填筑边坡更易出现较大侧向变形及滑坡现象。膨胀土填筑堤坝因干湿交替循环后产生裂隙,所产生的滑裂面一般较浅。根据摩尔—库伦理论,将滑坡稳定后土的残余抗剪强度用下式表示:

  经对某水库弱膨胀土填筑土坝滑坡后取样进行排水反复直接剪切试验,得到弱膨胀土排水反复剪切强度指标,从中分析弱膨胀土残余强度规律,其主要结论如下:

  (4)弱膨胀性填土用于堤坝工程填筑时,设计时一般使用快剪指标或慢剪强度指标,而该土体因外界因素变化,如水位上升或降雨等方面影响,满足其稳定性的因素往往还要考虑土体的残余强度。弱膨胀性填土残余强度明显低于慢剪强度,在边坡失稳后复核其稳定性时应以残余强度指标进行计算

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