南昌红土土—水特征曲线及强度特性研究★

郑 志 洪

(东华理工大学建筑工程学院，江西 南昌 330013)

·岩土工程·地基基础·

南昌红土土—水特征曲线及强度特性研究★

郑 志 洪

(东华理工大学建筑工程学院，江西 南昌 330013)

通过非饱和三轴仪研究了南昌红土在不同压实度不同含水率下的土水特征曲线，探讨了影响南昌红土土水特征曲线的因素；对南昌红土进行非饱和三轴剪切试验，得出了南昌原状红土和重塑红土的应力应变曲线，最后对重塑土进行了加卸载试验对比单调加载和加卸载条件下的应力应变曲线，指出单调加载至破坏的峰值应力要大于加卸载条件下的峰值应力。

红土，基质吸力，应力应变曲线，强度

根据非饱和土力学理论，非饱和红土强度和基质吸力有关[1-5]。土的性质与地域有着很大的关系，非饱和土在江西分布广泛，但相对于其他地区，南昌红土的力学特性研究得较少。本文选取南昌典型红土为研究对象，研究红土的土水特征曲线，对红土进行三轴剪切研究原状土和重塑土的应力应变曲线，分析在不同基质吸力不同围压下的强度特性。

1 试验概况

土样取自南昌经济开发区某场地的红土，在自然条件下为浅红色。红土的基本物理力学性质如表1所示，图1为击实曲线，图2为红土颗粒级配曲线。

表1 红土基本物理指标

2 试验方案

2.1 土水特征曲线试验

试验采用FLSY-10型应力应变控制式非饱和土三轴仪。所用试样为重塑土。影响非饱和土土水特征曲线的因素有土的矿物成分,孔隙结构,液体的性质,土的力学性质,孔隙气粒[6],非饱和土的土水特征曲线与其渗透性、抗剪强度及持水特性有很大的关系[7]。

分别配制干密度为1.47 g/cm3含水率为17.72%，19.36%(最优含水率)、21.53%和含水率为19.36%下干密度为1.39 g/cm3，1.47 g/cm3，1.55 g/cm3的试样待高进气陶土板饱和后，将试样套入橡胶膜，然后再装入压力室。

2.2 红土力学特性研究试验

为了充分研究南昌红土的力学特性，选取原状土和重塑土进行对比研究。选取围压分别为100 kPa，200 kPa，300 kPa进行在基质吸力为0 kPa，50 kPa，100 kPa和200 kPa的试验。对红土进行加载，等到土体抗压强度的2/3时，进行卸载，而后又进行加载与卸载，由此得出了红土的加卸载强度和一次加载至破坏的峰值强度的差异。试验采用固结排水剪切试验。

3 试验结果分析

3.1 土水特征曲线

1)不同含水率对土水特征曲线的影响。由图3可知在含水率不同的情况下土水特征曲线的趋势是一致的，即基质吸力随着含水率的减小而增大。也可以看出当试样的初始含水率比较低时，得到的基质吸力相对比较小。2)不同干密度对土水特征曲线的影响。由图4可以得出不同干密度下试样的土水特征曲线的趋势是一致的：随着含水率的降低，基质吸力变大。而且，干密度较大的试样，在相同含水率下基质吸力也较大，这说明了干密度的增大会增加土体的基质吸力。其原因可能为干密度较小的土样，试样内部具有较大的孔隙，和外界的连通性较好，在较小的吸力作用下水分容易排出；而干密度较高的土样，内部较密孔隙小，因而需要更大的外力作用才能使部分孔隙水排出。

3.2 三轴剪切试验

为了对比不同基质吸力不同围压下原状土与重塑土的应力应变关系尽量选取相同含水率和压实度的土样进行试验。由于原状土土样的含水率在17.7%左右，干密度在1.48 g/cm3左右，故重塑土土样的含水率配制在17.7%，压实度控制在90%即1.47 g/cm3。原状土与重塑土的破坏形式是不同的，原状土在围压较低时为脆性破坏如图5所示，其剪切痕迹明显而较高围压下的原状土和重塑土表现出塑性破坏呈现出压缩鼓胀，如图6所示。

3.2.1 应力应变关系

由图7的应力应变曲线图可以得出重塑土在基质吸力相同下随着围压的增大，相同应变里土样的强度也增大，试样破坏时的强度也增大。试样在较低基质吸力下，随着围压的增大，应力—应变曲线呈现出软化现象；当基质吸力比较高时试样都呈现应变硬化。

原状土在低围压下表现为应变软化，在高围压下表现为应变硬化。从中可以看出在同一基质吸力下随着围压的增大，重塑土与原状土相同应变下的强度也增大，相较于重塑土在相同围压相同基质吸力下原状土的峰值应力要高，这可能与土的结构性有关，当原状土经过扰动重塑时，土体的内部结构会发生变化，导致其抗剪强度指标的变化，具体的演变规律有待进一步的研究。

3.2.2 单调加载与循环加卸载应力—应变曲线关系

制取两个相同状态下的重塑土样在围压为100 kPa和200 kPa

下进行三次加卸载试验。第一次加载到预计峰值强度的1/3时进行卸载，卸载至应力为10 kPa，然后进行第二次加载，此次加载至2/3后进行卸载，卸载至应力为10 kPa，最后进行第三次加载，此次加载至试样破坏。从图8中可以得出循环加卸载与一次加载至试样破坏应变应力曲线的趋势是相同的，但是经过两次加卸载后，试样的峰值应力明显较单调加载的峰值应力要小，两次卸载再加载时都形成了一个回滞环，且第一次卸载再加载时形成的回滞环较第二次的要小，这与土的压缩回弹有关，第一次卸载，此时土体的压缩量较小，土体之间没有产生太大的挤压应力，土体的回弹较小，到第二次加卸载，此时试验的压缩变形较大；对比不同的围压下的加卸载也可以看出围压较高时，加卸载时的回弹量也更大。

4 结语

1)基质吸力随着含水率的增大而减小，初始含水率较低时，得到的基质吸力相对较小；干密度大的试样，在相同含水率下基质吸力也较大，这说明了干密度的增大会增加土体的基质吸力。

2)由三轴剪切试验，试样在较低基质吸力下，随着围压的增大，应力—应变曲线呈现出软化现象；当基质吸力比较高时试样都呈现应变硬化。原状土在低围压下表现为应变软化，在高围压下表现为应变硬化。对剪切强度进行对比分析，发现基质吸力黏聚力的影响较大，而对内摩擦角的影响不明显。

3)对南昌重塑红土进行了单调加载和加卸载对比试验，得出加卸载相对于单调加载，试样的峰值强度减小。

[1] 陈仲颐.非饱和土土力学[M].北京：中国建筑工业出版社,1997.

[2] 叶为民,陈 宝,卞祚庥,等.上海软土的非饱和三轴强度[J].岩土工程学报,2006,28(3):317-321.

[3] 陈正汉,王永胜,谢定义.非饱和土的有效应力探讨[J].岩土工程学报,1994,16(3):62-69.

[4] 凌 华,殷宗泽.非饱和土强度随含水量的变化[J].岩石力学与工程学报,2007,26(7):1499-1503.

[5] 刘小文,常立君,胡小荣.非饱和红土基质吸力与含水率及密度关系试验研究[J].岩土力学,2009,30(11):3302-3306.

[6] 栾茂田,李顺群,杨 庆.非饱和土的理论土—水特征曲线[J].岩土工程学报,2005,27(6):611-615.

[7] 陈东霞,龚晓南.非饱和残积土的土—水特征曲线试验及模拟[J].岩土力学,2014(7):68-70.

Study on water characteristic curve and strength characteristics of red soil in Nanchang★

Zheng Zhihong

(SchoolofCivilandArchitectureEngineering,EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang330013,China)

The soil water characteristic curve of Nanchang clay in different degrees of compaction under different moisture content of three by unsaturated triaxial apparatus, and discusses the influence factors of Nanchang clay soil water characteristic curve of unsaturated laterite in Nanchang, the three axle shear test, obtained Nanchang intact clay and clay remodeling stress strain curve in shear consolidation. Finally, the loading and unloading tests of remolded soil are carried out. The stress and strain curves under monotonic loading and loading and unloading are compared. Point out the peak stress from monotonic loading to failure is greater than peak stress under loading and unloading condition.

red soil, laterite matric suction, stress-strain curve, strength

1009-6825(2017)22-0051-02

2017-05-24★：东华理工大学研究生创新基金项目(YC2016-S285)

郑志洪(1991- )，男，在读硕士

TU411.7

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