酸碱性对土的抗剪强度的影响

2015-06-28彭定钱

四川水泥 2015年4期

关键词：酸碱性粘聚力百分表

冯闯彭定钱

(新疆大学，新疆乌鲁木齐 830002)

酸碱性对土的抗剪强度的影响

冯闯彭定钱

(新疆大学，新疆乌鲁木齐 830002)

通过对酸性土、碱性土、中性土进行直剪实验，将酸性土、碱性土得出的结果与中性土的结果进行对比，得出酸碱性可以提高土的抗剪强度。

直剪实验酸碱性抗剪强度

土壤的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动，该点便发生剪切破坏。工程实践和室内试验都证实了土是由于受剪而产生破坏，剪切破坏是土体破坏的重要特点，因此，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。

以往对于土的力学性质的研究都是基于含水率、应力历史、颗粒组成等进行研究酸碱性是否影响土壤的力学性质是一个空白，而土壤却真正存在不同的ph值，pH值的不同是否对土的力学性质有影响也是未知的。

本研究中，以新疆本地土作为研究对象，采用控制变量法，在含水率相同的情况下测量不同酸碱性土的抗剪强度，将结果与中性土的抗剪强度做对比得出结论。

1实验方案设计

测定土的抗剪强度的最简单的方法是直接剪切实验，简称为直剪实验。使用的仪器为直剪仪，而直剪仪按加荷方式不同分为应变控制式和应力控制式两种。本研究采用的是应变控制式，根据库仑定律在一般应力上水平是土的抗剪强度与滑动面上的法向应力之间呈直线关系，直线在纵坐标上的截距即为土的粘聚力c，直线的倾角即为土的内摩擦角φ，c和φ称为土的抗剪强度指标。通过直剪实验可以得出内摩擦角和粘聚力的值，对比酸性土、碱性土、中性土的c和φ值就可以得出酸碱性对土的抗剪强度的影响。

2直剪实验

2.1 实验步骤：

（1）首先测出原样土的pH值，通过实验配置出含水率为10%、11%（最佳含水率）、12%、13%、14%，以及pH在不同含水率时pH值分别为5、6、7、8、9的土样。共计25组土样

（2）将每组土样分别制作五个试块；

（3）将上、下盒对准，插入固定销，在下盒内放入透水石和滤纸，将带有试样的环刀刀口向上，刀背向下，对准剪切盒口，放置滤纸和上透水石，将试样慢速推入剪切盒内，移去环刀，加上传力盖板；

（4）安装滑动钢珠、剪切盒和量力环，施加0.01N/mm2的预压荷载，转动手轮，将量力环中百分表读数调零。

（5）分别施加50Kpa、100Kpa、200Kpa、300Kpa、400Kpa的垂直压力后，立即拔除固定销，开动秒表，以0.8mm/min一周的速度匀速转动手轮(每转周剪位移0.2mm)，使试样在3～5min内剪切破坏。手轮每转二周，记录一次量力环内量表读数一次，直至土样剪切破坏。

剪切破坏标准:当量力环中的百分表指针不再前进，或有明显后退时，取百分表读数最大值；当百分表指针不后退时，以剪切位移δ=4mm对应的变形为百分表读数；这时使剪切位移达到6mm才停止剪切；

（6）剪切完后，倒转手轮，移去垂直压力，重复（2）～（5）的步骤对余下的试样进行不同垂直压力作用下的试样剪切。

2.2 实验结果及分析

取土样剪切位移为4mm时的剪应力以及垂直荷载绘制直剪试验强度线（如下图），从而确定土的抗剪强度指标c、φ值的大小。数据处理示例如下图：

实验结果表明：

当含水率相同时时中性土的粘聚力c为最小值而当土样变为酸性时随着pH值的减小（本研究最小为5）的减小粘聚力c将变大。当土样变为碱性时随着pH值的增大（本研究最大为9）粘聚力也将变大。

由上图可以得出酸性土、碱性土、中性土的抗剪强度指标c和φ值如下表

名称 c值（Kpa） φ值（°）Ph5含水率10% 48.715 34.90 Ph5含水率11% 64.405 34.05 Ph5含水率12% 88.820 31.29 Ph5含水率13% 101.21 22.73 Ph6含水率10% 65.712 38.31 Ph6含水率11% 68.312 35.65 Ph6含水率12% 68.312 34.05 Ph6含水率13% 86.716 29.04 Ph7含水率10% 26.713 38.58 Ph7含水率11% 28.995 37.77 Ph7含水率12% 31.207 37.41 Ph7含水率13% 32.025 37.33 Ph8含水率10% 52.704 33.84 Ph8含水率11% 51.334 40.35 Ph8含水率12% 68.845 29.29 Ph8含水率13% 79.312 28.56 Ph9含水率10% 54.240 33.20 Ph9含水率11% 63.507 37.84 Ph9含水率12% 56.845 35.03 Ph9含水率13% 96.524 22.32