藏东南地区砂卵石土三轴试验浅析

2019-08-12沈霞冯杰

科技与创新 2019年13期

沈霞，冯杰

藏东南地区砂卵石土三轴试验浅析

沈霞，冯杰

（西藏农牧学院水利土木工程学院，西藏林芝 860000）

藏东南地区河谷地带砂卵石地层较为普遍，选取藏东南地区的砂卵石土作为研究对象，进行室内三轴试验，测定在不同围压条件下，对砂卵石土的影响。将通过试验得出的一些试验结论应用于工程建设当中，砂卵石土作为地基填料，可以根据围压对砂卵石土的影响来控制围压，以此来提高地基承载力和地基的稳定性。

藏东南地区；砂卵石土；室内三轴试验；围压

1 引言

林芝的秋天宛如仙境，湖光山色，美不胜收，因此被誉为“西藏江南”[1]。通过对藏东南地区地质勘探发现，地下土体主要以砂卵石土为主，砂卵石土的优良工程特性有抗剪强度高、压实强度高、透水性强等，被广泛应用于藏东南地区的工程建设当中，如用于水电站、路基、桥墩、桥台及处理软弱地基的砂石垫层[2-3]。

西藏处于地震活跃的地震带上，林芝地区属于地震多发区，尤其是林芝地区的察隅和墨脱都曾发生过8级以上地震，藏东南地区的土体主要以砂卵石土为主，该地区的工程建设当中砂卵石土的应用范围之广，因此，对于砂卵石土的力学特性的研究就显得十分的必要[4]。采用三轴试验研究砂卵石土的工程特性，通过得到的数据进行整理分析，分析砂砾石土层在藏东南地区的工程建设中，应该采取何种地基处理方法才能更好地加固地基，提高地基基础的稳定性，对藏东南地区的工程建设有极大的参考价值[5]。

2 试验取样

藏东南地区的鲁朗镇是古今亚欧板块和欧亚板块碰撞挤压接触形成的，藏东南地区鲁朗镇地质构造比较复杂，鲁朗镇地下土体主要以砂卵石土为主，本次三轴试验的采样点选取在藏东南地区鲁朗镇，试验土样采样点地理位置如图1和图2所示。本次试验采用的砂卵石土试样的材料取自西藏自治区巴宜区的鲁朗镇某处建筑物场地，选取的砂卵石土距地面3～6 m范围内。选取的该深度范围内的卵石的直径为5～10 cm，填充物有圆砾、中粗砂和细砂等，比较具有代表性的在藏东南地区。根据试验要求，选择不超过最大控制粒径的砂卵石土，超过此粒径的将用剔除法将其处理[6]。

3 三轴试验

3.1 试验的基本原理

三轴试验依据的理论是摩尔-库伦强度，本次试验需要取三到四组砂卵石土试样，在对砂卵石土的四周施加恒定压力的情况下再对其施加轴向压力，直至土体受剪破坏[7-8]。由于砂砾石的粒径较大，同时在较低围压下也可能在压实和剪应力的作用下而产生破坏，两者之间不能等同，因此，对于砂砾石土工程特性的研究不能照搬砂土工程特性的研究，要充分考虑砂砾石土不同于砂土的特殊性。为了研究藏东南地区的砂砾石土，利用大型三轴试验仪来进行试验，采用该仪器的原因是它是研究粗粒料工程特性较为理想的仪器设备。粗颗粒土动静三轴试验机外观如图3所示。

图1 试验土样采样点实景图

图2 试验土样采样点地理位置

3.2 试验步骤

土样安装：试验前应先检查仪器各方面的性能是否符合试验要求，待满足试验要求之后，准备进行试样的安装。先把乳胶膜（直径为38 mm）剪至适宜的长度，再将乳胶膜套入承膜桶内，紧接着捏紧耳球，为了将承膜桶和乳胶膜之间的空气抽空，应该将耳球的端部对准承膜桶的导管，使乳胶膜与承膜桶的内壁紧贴。随后将保湿缸中的土样取出，先将其放入承膜桶再把耳球移开。对试样进行安装之前，依次将透水石和滤纸放在动三轴试验的底座上，然后用承膜桶将土样固定在底座上，再分别在试样的顶端放上滤纸和透水石。先用橡胶圈把乳胶膜与底座、试样帽都固定，然后将试样装进橡胶膜，在此过程中，应当防止土渣掉入压力室影响试验结果。

装样：将砂砾石土试样分层装入套有乳胶膜的承膜桶内，每次装入之后都要进行夯实，每层砂卵石土的表面都要用切土刀刨毛处理，每次装样的时候，要将砂卵石土试样控制在固定的高度。

反压饱和：首先用检测孔隙压力系数的方法，对已经抽气饱和的土样进行检测，可以用孔隙压力系数来检查试样的饱和度是否达到试验要求。当砂卵石土样的孔隙压力系数大于等于0.95，直接对砂卵石土进行固结，当孔隙压力系数小于0.95时，需要对试样施加反压力以达到完全饱和，主要是利用高级加载试验模块对砂卵石土试样施加适宜的围压和反压。还要重复进行反压饱和，直到最终测得的孔隙压力系数大于等于0.95，反压饱和才完成，才能进行下一步试样的固结过程。

固结：使用GDS-Advance loading模块对饱和后的砂卵石土样施加固结压力。等压固结和偏压固结的评定稳定的标准不同，在等压固结时，砂卵石土土样只要孔隙水压力在5 min内保持不变则固结完成；在偏压固结时，砂卵石土土样轴向变形在5 min内不大于0.005时则固结完成。

加动载试验：使用DS-Advance loading模块，围压保持不变的情况下，逐级对砂卵石土样施加环动荷载（每级振动10次）。

卸载、拆样：先卸载，将围压和反压都卸为0，然后把压力室里面的水全部排出，将土样拆除，试验结束后将仪器清洗干净。

4 试验结果与分析

4.1 砂卵石土在不同围压下的应力-应变曲线

不同围压下砂卵石土的应力-应变关系曲线如图4所示。

图4 不同围压下的应力-应变曲线

从图4可以看出，轴向应变在0～0.02的范围以内，轴向应变与应力成线性关系为：在各围压下达到峰值点的速率随围压的增大，速率越来越快；当轴向应变超过0.02，有一个过渡阶段，应力-应变关系由线性向非线性转变，紧接着，随着轴向应变的增加，应力达到峰值趋于稳定。从应力-应变曲线图整体分析可知，砂卵石土的应力-应变关系曲线呈非线性关系，应力-应变曲线呈现硬化型，控制其他条件不变的情况下，围压一定，应力随轴向应变增加，在达到峰值点后趋于稳定；围压越大，随着轴向应变的增加，应力增长更显著，同时达到峰值也就越快。

4.2 不同围压下摩尔圆的绘制及抗剪强度参数确定

不同围压下摩尔圆的绘制过程如下：①计算不同围压下的最大主应力1和最小主应力3；②以（1－3）作为直径，（1+3）/2为圆心，画半圆，有几种不同的围压就有多少个半圆，所绘制出的半圆就是摩尔应力圆；③把绘制好的摩尔应力圆，做一条切线使得它与所有的摩尔圆尽可能的相切，做出的这条切线叫做摩尔圆公切线，如图5所示。

这条公切线在直角坐标当中，与横坐标所成的夹角表示砂卵石土的有效内摩擦角，与纵坐标相交的截距表示砂卵石土的有效黏聚力。

图5 有效应力法下抗剪强度包线

5 结语

以藏东南地区的砂卵石土为研究对象进行大型三轴试验，研究藏东南地区砂卵石土的工程特性，砂卵石土在藏东南地区分布范围较广，在现代化工程建设当中必然会因为砂卵石土遇到一系列工程难题，比如砂卵石土作为地基填料如何加固地基、砂卵石土层出现管涌、砂砾石土作为地基存在不均匀沉降等问题。通过三轴试验测定不同围压对砂卵石土影响，分析得出一些实验结论。试验的一些数据和结论将被广泛应用于藏东南地区的工程化建设当中，砂卵石土在藏东南地区常作为地基填料，工程建设者可以通过控制围压的方式来提高地基承载力和地基的稳定性，对藏东南地区的工程建设起到极大的参考作用。

［1］邹江.穿越青藏高原游记之一林芝尼洋河巴松措风光［J］.资源与人居环境，2018（10）：40-41.

［2］向睿，王培清，胡延杰，等.藏东南地区高陡边坡稳定性数值分析［J］.湖南交通科技，2017，43（4）：5-8，68.

［3］向睿，王培清，王强，等.浅论强夯法在砂卵石地基处理中的应用［J］.土工基础，2018，32（4）：373-375，392.

［4］田雅萍.林芝市及周边地区地震活动情况分析［J］.西藏科技，2019（3）：14-17.

［5］景宏君，张延青，顾行文，等.土石混合填料大型三轴剪切试验研究［J］.西安科技大学学报，2019，39（2）：270-275.

［6］王思睿，朱俊高，陈浩锋，等.不同方法缩尺后粗粒料强度和变形特性研究［J］.河北工程大学学报（自然科学版），2019，36（1）：36-40，74.

［7］汪良峰，汪斌，陈生水，等.尾矿库筑坝土石料大型三轴试验与力学模型研究［J］.岩土工程学报，2018，40（Suppl 2）：157-161.

［8］徐志华，孙大伟，张国栋.堆石料应力-应变特性大型三轴试验研究［J］.岩土力学，2017，38（6）：1565-1572.

TU411.8

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.023

2095－6835（2019）13－0053－02

沈霞（1995—），女，重庆永川人，主要从事岩土工程方面的研究。