压实红粘土抗剪强度特性研究∗

武泽华，陈开圣

(贵州大学土木工程学院，贵州贵阳550025)

压实红粘土抗剪强度特性研究∗

武泽华，陈开圣∗

(贵州大学土木工程学院，贵州贵阳550025)

红粘土的强度特性直接关系到路基的稳定和边坡坡度的选取，是红粘土地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。直剪试验与三轴试验是室内测定土的抗剪强度指标最常用的两种试验方法。试验所用的土样取自贵州大学西校区某基坑，采用直剪试验与三轴试验测定红粘土抗剪强度，并进行了比较。结果表明，粘聚力随含水率的增大而减小，最佳含水率前，减小幅度较小，超过最佳含水率后，减小幅度较大;粘聚力随压实度的增大而增大，同一压实度下，最佳含水率前的粘聚力远远大于最佳含水率后的粘聚力。内摩擦角随含水率的增大而减小，随压实度的增大而增大;粘聚力随含水率、压实度的变化幅度远远大于内摩擦角的变化幅度。同一含水率同一压实度下，不固结不排水三轴试验得到的粘聚力和内摩擦角比直剪(快剪)试验的结果要大。

压实红粘土;直剪试验;三轴试验;抗剪强度

直剪试验与三轴试验是室内测定土的抗剪强度指标最常用的两种试验方法[1][2][3]。土的抗剪强度是研究土的强度特性的重要指标之一，是建筑物稳定与安全关系最大的力学性质指标[4][5]。偏高或偏低的估计土的抗剪强度，都会给工程带来破坏和浪费。因此，提供准确可靠的抗剪强度指标、合理地使用抗剪强度指标都非常重要。岩土工程勘察中通常要求采用直接快剪或三轴不固结不排水(uu)试验测定土的抗剪强度指标[6][7]。这两种试验方法虽然都是不固结不排水剪切，但是试验结果却存在很大差异。红粘土的强度特性直接关系到路基的稳定和边坡坡度的选取，是红粘土地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数[8][9]。

1 红粘土基本物理性质

本试验所用的土样取自贵州大学西校区某基坑。土料特征为:棕红色，较湿，土质均匀，结构较致密，有少量碎石及植物根茎存在，从颗粒组成上讲以粉质粘土为主。依据公路土工试验规程(JTG E40-2007)方法，土料基本物理指标见表1。

表1 红粘土基本物理指标

2 试验方案

2.1 样品制备

采用实验室制备环刀和三轴试样制成一定含水率和一定压实度下的土样各16组，每组4个，样品见表2。

2.2 试验方法

2.2.1 直剪试验

将制备的试样放在四联直剪仪上进行快剪实验，分别施加100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa的压应力[10]，不同剪切位移时记录百分表读数，按公路土工试验规程(JTG E40-2007)方法计算各个试样的剪应力。百分表示数增长越快说明应力增长越快，计算得到的应力最大值即为该试样的抗剪强度。

表2 样品制备表

2.2.2 三轴实验

将配制好的同样的含水率压实度的试样放在常规三轴压缩仪上进行不固结不排水实验，分别施加100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa的围压，由于三轴实验采用电脑和采集系统进行，所以开始试验后电脑会自动记录对应应变时的应力数值并自动生成应力应变曲线和莫尔圆。

3 试验结果

3.1 直剪试验结果

表3 直剪试验结果

图1 粘聚力与含水率关系

图2 内摩擦角与含水率关系

图3 粘聚力与压实度关系

图4 内摩擦角与含水率关系

3.2 三轴试验结果

表4 三轴试验结果

图5 粘聚力与含水率关系

图6 内摩擦角与含水率关系

图7 粘聚力与压实度关系

图8 内摩擦角与含水率关系

由图1-图8可知，粘聚力随含水率的增大而减小，最佳含水率前，减小幅度较小，超过最佳含水率后，减小幅度较大；粘聚力随压实度的增大而增大，同一压实度下，最佳含水率前的粘聚力远远大于最佳含水率后的粘聚力；内摩擦角随含水率的增大而减小，随压实度的增大而增大；粘聚力随含水率、压实度的变化幅度远远大于内摩擦角的变化幅度。

图9 粘聚力对比

图10 内摩擦角对比

3.3 直剪试验结果与三轴试验结果的比较

由图9-图10可知，同一含水率同一压实度下，不固结不排水三轴试验得到的粘聚力和内摩擦角比直剪(快剪)试验的结果要大。这是由于直接快剪试验剪切面是固定的，而剪切面积随剪切位移的增加而减小，剪切力和剪应变分布都不均匀，且不能严格控制排水。而三轴(uu)试验的剪切面是不固定的，剪切面是试样抗剪能力最弱的面，剪应力和剪应变分布均匀，而且能严格控制排水。在受力条件上，三轴试验是空间受力，这一受力条件更接近于土样的天然状态，更真实，而直剪试验是单向受力，与土的实际状态有很大差别，试验结果更接近于土样的实际理论值。

4 结论

(1)粘聚力随含水率的增大而减小，最佳含水率前，减小幅度较小，超过最佳含水率后，减小幅度较大；粘聚力随压实度的增大而增大，同一压实度下，最佳含水率前的粘聚力远远大于最佳含水率后的粘聚力。

(2)内摩擦角随含水率的增大而减小，随压实度的增大而增大；粘聚力随含水率、压实度的变化幅度远远大于内摩擦角的变化幅度。

(3)同一含水率同一压实度下，不固结不排水三轴试验得到的粘聚力和内摩擦角比直剪(快剪)试验的结果要大。

[1]公路土工试验规程(JTG E40-2007).

[2]刘春，吴绪春.非饱和红粘土强度特性的三轴试验研究[J].四川建筑科学研究，2003，29(2):65-73.

[3]毕庆涛，姜国萍，丁树云.含水量对红粘土抗剪强度的影响[J1.地球与环境，2005，33(3):144-147.

[4]刘龙武，杨和平，康石磊等.红粘土填料的路用性质研究[J].公路，2002(6):125-128.

[5]陈开圣，殷源.贵阳-清镇高速公路红粘土强度指标性能试验[J].公路交通科技，2011，28(3):61-66.

[6]李景阳.贵州残积红粘土的力学强度特征[J].贵州工业大学学报，1997，26(2):73-78.

[7]沈珠江.当前非饱和土力学研究的若干问题[C].见: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.

[8]卢肇钧，吴肖茗，孙玉珍，等.膨胀力在非饱和土强度理论中的作用[J].岩土工程学报，1997，19(5):20-27.

[9]徐永福.非饱和膨胀土的强度理论与工程应用[D].河海大学博士论文，1997.

[10]黄质宏，朱立军，廖义玲.不同应力路径下红粘土的力学特性[J].岩石力学与工程学报，2004，23(15):2599-2603.

(责任编辑:王先桃)

Study on Shear Strength of Com pacted Red Clay

WU Zehua CHEN Kaisheng∗
(College of Civil Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China)

The strength characteristics of red clay is directly related to the stability of the roadbed and the selection of slope，it is an important parameter for the red clay foundation engineering，slope engineering and the design calculation of the tunnel engineering.Direct shear test and three axis test are the two most commonly used methods for the determination of shear strength of soil in laboratory.The soil samples used in the experimentwere taken from a foundation pit in West Campus of Guizhou University.The shear strength of red clay was determined by the direct shear test and the three axle test.The results show that the cohesion with moisture content increases，the optimum moisture content，decreased slowly，more than the optimum water content and decrease greatly；cohesion increaseswith the increase of degree of compaction，the same degree of compaction，optimum moisture content of cohesion is far greater than the cohesive force of the optimum moisture content after.The internal friction angle decreaseswith the increase ofwater content，and increaseswith the increase of the degree of compaction，and the variation range of cohesion withmoisture contentand compaction degree ismuch larger than that of internal friction angle.With the samemoisture content，the cohesive force and the internal friction angle of the three-axis test of non-drainage consolidation are larger than that of the direct shear test.

compacted red clay；direct shear test；three axis test；shear strength

TU411.7

A

1000-5269(2016)04-0118-05

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.04.24

2016-04-30

国家自然科学基金项目(51368010)，贵州科技厅-贵州大学联合资金项目(黔科合LH字[2014]7663)

武泽华(1991-)，男，在读硕士，研究方向:岩土工程，Email:1085451862＠qq.com.

∗通讯作者:陈开圣，Email:chen_kaisheng＠163.com.