黄土强度指标与含水率的关系的试验探索

闫爱军

（杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100）

黄土强度指标与含水率的关系的试验探索

闫爱军

（杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100）

通过对黄土原状试样、轻型击实土样、重型击实土样，利用快速剪切试验对三种土样在不同含水条件下的试验研究，借助于试验结论的数据对比分析，得出黄土的抗剪强度指标（内聚力C与内摩擦角值φ）与黄土的含水率ω之间的关系，一般情况下，原状土内摩擦角φ随含水率ω的变化不大，但原状土内聚力会随含水率的提高而降低；对于重塑土样，强度指标会受到含水率ω和击实能量的影响，在击实能相同的情况下，在靠近最优含水率时，内聚力最大。

黄土；直剪试验；强度指标；含水率

1. 前言

土的强度即就是抗剪强度是衡量土体强度的非常重要的指标之一，但是自从1777年库伦提出砂土的库伦定律以来，人们对土的研究从没有停止。在最近10年内，我国学者同样做了大量的研究，例如：米海珍等[1]利用常规三轴试验，研究了兰州非饱和黄土；刘熙媛等[2]同样使用常规三轴，研究了河北省非饱和黄土。其研究结果都表明：黄土的粘聚力受含水率的影响较大，而内摩擦角所受的影响不明显。沈珠江等[3]，卢肇君等[4]，党进谦等[5]分别就非饱和黄土的抗剪强度理论，以及非饱和黄土的三轴强度问题进行了大量的试验研究与理论探索。

但由于黄土自身的复杂性与结构特性，虽然人们在黄土的研究中，取得了大量的成绩，但是对黄土的研究与探索依然没有止步。结合杨凌地区的黄土，通过影响黄土的各项物理力学指标，进行试验，并对试验进行分析，从而得出，能够服务于本地区建设的指导性数据与试验经验。

2 .试验方法的选定

黄土的抗剪强度从表面上看，直接决定于土的C与φ，但实际上与组成土的矿物成、土颗粒的颗粒级配、土的含水率ω以及土中空气的存在方式等分密不可分，但土的强度最容易受到影响的因素不多，其中土的含水率ω和改良黄土时的击实功的大小是影响土的抗剪强度最大因素。结合实际情况，借助直接剪切试验对黄土试样进行试验分析研究，得出黄土强度与含水率ω之间的关系。

3 .试验土样的选择与制备

3.1 试样选取

试验土样选择在杨凌职业技术学院校内，结合学生公寓的基础工程开挖，在地下5米的位置取土，土样为黄褐色、结构致密，马兰黄土，通过对原状土的土工室内试验，得到表1。

3.2 土样制备

选择试验点的原装土样若干，依据《土工试验方法标准》制成直剪土样后风干，测得其含水率为2%。又依据上标准，制备不同含水的土样，加水量依照下面公式计算：

式中：wm——制备试验所需要的加水量（g）；0m——土样质量（g）；0ω——土样原始含水率（%）；

1ω——制样要求的含水率（%）；

根据对土样的击实试验，可以知道此试验点土样的最优含水率为18.5%，故此，在制备土样时，采用含水分布为13%、15%、17%、19%、21%，试样配制指标见下表2：

4.试验数据结果与分析

4.1 试验数据成果

试验使用南京土壤仪器厂生产的DJY-4型四联等应变直剪仪。快剪试验剪切速率为0.8mm/min，在3～6min内剪损，竖向压力分别为50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、600kPa，试验结果见表3：

4.2 试验数据分析

（1）通过对原装土试验数据分析

通过对原状土样直剪试验数据结果分析，从图1看出原状土样的内聚力c随含水率ω的不断增大而大幅度降低，分析其主要影响因素是：在原状土浸入水后，使得土体结构软化，尤其随土中含水量不断地增大，结合水膜也不断地增厚，土粒之间距离增大，结合力减小，从而使得黄土结构强度降低，土体抵抗剪应力的能力被削弱，从而导致抗剪强度值降低。而图曲线可以反映出，内摩擦角φ变化较为平缓，这是由于土的内摩擦角φ的大小主要决定于土颗粒的大小、表面粗糙度以及颗粒间的嵌入、联接、锁紧作用等所产生的咬合力的大小，而对于原状土样，基本没有破坏其本质结构，因此，内摩擦角φ变化较为平稳。土颗粒与水的结合方式会影响内聚力c的大小，当含水率不大的情况下，通过对数据分析拟合可得到：

（2）对轻型击实土样直剪试验数据分析

通过图2可以看出，内摩擦角φ变化较为平缓，但与原状土样对比，有明显增大，这是因为相对于原状土样来讲，轻型击实土样，经过了重新组合并在组合的过程中，受到了冲击能量的影响，土颗粒在冲击能量的作用下，部分土颗粒之间的联接更加紧密，嵌入程度加大、锁紧作用明显，因此内摩擦角φ有一定程度的提高；同时，对比原状土样，轻型击实土样的内聚力也有明显增大，就其曲线发展趋势分析，内聚力在没有达到最优含水率18.5%之前，随着含水率的增长而提高，但当含水率大于最优含水时，内聚力又称下降趋势，通过对内聚力变化曲线数据拟合可以得到以下关系式：

（3）重型击实土样直剪试验数据结果分析

重型击实土样与原状、轻型击实土样试验结果对比，内聚力与内摩擦角都有明显增大，但可以看出，重型击实土样的内摩擦角更大一点，这是因为冲击能量更大，使得土颗粒之间的结合更加紧密，形成的咬合作用更为突出，故此，内摩擦角提高；内聚力变化曲线，更进一步表现出，在土中含水率没有达到最优含水率之前，随着含水率的增长而提高，但当含水率大于最优含水时，内聚力又称下降趋势；同时，内聚力的大小与击实能量的大小有关，随击实能量的提高而增大，通过对内聚力变化曲线数据拟合可以得到以下关系式：

5.结束语

通过对原状、轻型击实、重型击实土样各自不同含水率的直剪试验研究，可以得出以下结论：

（1）通过对原状土样试验数据分析，可知黄土原始内聚力的大小不随外力的变化而变化，而与含水量密切相关。其变化规律可以用表达式：来反映。

（2）对于重塑黄土而言，由于击实能量的不同，直接影响着黄土颗粒的结合情况，一般而言，颗粒结合地紧密程度与击实能量成正比；在击实能量相同的条件下，含水率的变化直接影响着黄土抗剪强度的大小，呈现的规律为：

[1]米海珍，李如梦等．含水量对兰州黄土剪切强度特性的影响[J]．甘肃科学学报，2006,18(1)：78-81．

[2]刘熙媛等．河北省非饱和土含水量与抗剪强度参数关系的试验研究[J]．河北工业大学学报，2006，35(3)：98-101．

[3]沈珠江．当前非饱和土力学研究的若干问题[C]．区域性土的岩土工程问题学术讨论会论文集．南京：原子能出版社，1996，1-9．

[4]卢再华，陈正汉等．南阳膨胀土变形与强度特性的三轴试验研究[J]．岩石力学与工程学报，2002，21(5)：717-723．

[5]党进谦，李靖．非饱和黄土的强度特征[[J]．岩土工程学报，1997,19(2)：56-61．

[6]李兆平，张弥，赵慧丽．含水量的变化对非饱和土强度影响[[J]．西部探矿工程，2001,(4)：1-3．

[7]熊承任，刘保探等．重塑非饱和粘性土UU抗剪强度参数与饱和度的关系[J]．水土保持通报，2003,23(6)：19-22．

[8]叶朝良，岳祖润等．原状残积粉质粘土的饱和度与抗剪强度关系的研究初探[J]．路基工程，2002,(1)．

[9]张茂花，谢永利，刘保健．增湿时黄土的抗剪强度特性分析[J]．岩石力学，2006,27(7)：1195-1200．

[10]缪林昌，殷宗泽，刘松玉．非饱和膨胀土强度特性的常规三轴试验研究[[J]．东南大学学报(自然科学)，2000，30(1)：121-125．

[11]邵生俊，周飞飞等．原状黄土结构性及其定量化参数研究[J]．岩土工程学报，2004，26(4)：531-536．

[12]沈珠江．理论土力学[M]．北京：中国水利水电出版社，2000．21-23，73--75 ,291-292．

G322

B

1007-6344（2015）10-0065-02

闫爱军（1974-），男（汉族）、陕西渭南人，硕士研究生，讲师，主要从事岩土工作教学工作。

高职基础工程专业特色教学实训基地建设的探索与研究 编号：GJ1408