天然土体的无侧限抗压强度特性研究综述

唐芸黎 黄英 贺登芳 唐森涛 李剑寒

摘 要：土体的无侧限抗压强度是指土体在无侧限约束条件下抵抗压缩破坏的能力。本文分析总结了国内外有关土体的无侧限抗压强度特性研究进展。研究过程中，通过单轴无侧限抗压强度试验、三轴无侧限压缩试验等方法，考虑含水率、干密度、干湿循环、冻融循环、掺入剂含量等因素，研究了不同影响因素下红土、黄土、膨胀土、黏性土等不同天然土体的无侧限抗压强度特性的变化规律，指出了目前研究中存在的问题，并对今后的研究工作提出了展望。

关键词：红土;黄土;膨胀土;改良土;无侧限抗压强度

中图分类号：TU411.6             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）01-0159-02

1引言

实际岩土体结构工程中，如大坝的上下游面、坝顶部位以及边坡、挡土墙、路基等工程存在大量的临空面，临空面上的土体处于无侧限约束的条件，其力学特性通过用无侧限抗压强度来表示。土体的无侧限抗压强度是指土体在无侧限约束条件下抵抗压缩破坏的能力。它是反映土体力学稳定性的重要指标之一，受到土体的土性、含水率、干密度（压实度）、温度、时间、干湿循环、冻融循环等因素的影响，各种影响因素综合作用的结果可能导致臨空土体发生滑坡、崩塌、滑落等工程破环，降低了土体的无侧限抗压强度，危及工程的安全运行。而为了提高土体的无侧限抗压能力，可以在土体中添加强固剂以及高分子复合材料构成加固土体或加筋土体来改良土体的性能。因此，研究土体处于无侧限条件下的强度变化规律对于实际工程具有重大的指导意义。本文就是对相关研究成果的分析总结。

2天然土体的无侧限抗压强度特性

本文的天然土体指的是土体中未添加任何加固材料、加筋材料的素土体，涉及土类包括红土、黄土、膨胀土、黏性土等，目前主要通过单轴无侧限抗压强度试验和少数三轴无侧限压缩试验来研究土体的无侧限抗压强度特性。

2.1天然红土

陈议城等[1] （2020）通过室内无侧限抗压强度试验，研究了不同含水率对桂林红黏土无侧限抗压强度的影响。表明，随着含水率的增大，桂林红黏土的无侧限抗压强度呈指数关系减小。方娟等[2] （2020）通过无侧限抗压强度试验，研究了结构性、含水率对毕节红黏土的无侧限抗压强度的影响。表明，毕节原状红黏土的无侧限抗压强度曲线多为应变软化型、重塑红黏土多为应变硬化型。原状红黏土的无侧限抗压强度随含水率的增大先增大后减小，46%时无侧限抗压强度最小，48%时达到峰值，这是因为红黏土产生干缩使土体结构性破坏，导致含水率较低时土体的无侧限抗压强度降低。重塑红黏土的无侧限抗压强度随含水率的增大而降低。王海湘[3] （2018）通过无侧限抗压强度试验，研究了贺州红黏土的无侧限抗压强度特性。结果表明，随着含水率的增大，贺州红黏土的无侧限抗压强度呈先增大后减小的变化趋势，当含水率为27%时，贺州红黏土的无侧限抗压强度最大，随后逐渐减弱。

2.2 天然黄土

高国红等[4] （2019）采用三轴仪进行无侧限压缩试验，研究了不同含水率和干密度对重塑马兰黄土无侧限抗压强度的影响。表明，重塑马兰黄土的无侧限抗压强度随含水率的增大而减小，随干密度的增大而增大。魏尧等[5] （2019）[5] 通过单轴无侧限抗压强度试验和析因实验，研究了含水率、冻融循环次数和冻结温度三因素的交互作用对黄土无侧限抗压强度的影响。研究表明，不同含水率的原状黄土在经历不同冻融循环次数后，无侧限抗压强度都大幅下降;三因素单独作用时，冻融循环次数对黄土的无侧限抗压强度影响最显著，其次是含水率，最后是冻结温度;三因素交互作用时，冻融循环次数和含水率共同作用对黄土的无侧限抗压强度影响最大，冻融循环次数和冻结温度的共同作用对黄土的无侧限抗压强度影响最小。高建伟等[6] （2014）采用无侧限压缩仪进行室内单轴无侧限抗压强度试验，研究了含水率、干密度对黄土的无侧限抗压强度的影响。表明，当含水率一定时，随着干密度的增大，黄土的无侧限抗压强度线性增加，增长速率随含水率的增加而线性降低;当干密度一定时，随着含水率的增大，黄土的无侧限抗压强度以二次函数的形式降低。

2.3 天然膨胀土

吴道祥等[7] （2016）通过无侧限抗压强度试验和电阻率试验，研究了含水率、电阻率对膨胀土无侧限抗压强度的影响。研究表明，随着含水率的增大，膨胀土的无侧限抗压强度呈指数减小;随着初始电阻率的增大，膨胀土的无侧限抗压强度呈线性增大。孟凡东[8] （2013）通过无侧限抗压强度试验，研究了干湿循环次数对膨胀土的无侧限抗压强度的影响。表明，随着干湿循环次数的增加，膨胀土的无侧限抗压强度减小，2次干湿循环时减小的幅度最大，2次干湿循环后减小幅度变小。慕现杰等[9] （2008）通过干湿循环试验、直剪试验和无侧限抗压强度试验，研究了在干湿循环作用下膨胀土强度的变化规律。研究表明，膨胀土的无侧限抗压强度随含水率的升高而降低，塑限是膨胀土无侧限抗压强度变化的转折点，当含水率大于塑限时，膨胀土的无侧限抗压强度受裂缝的影响小受含水率影响大;当含水率小于塑限时，裂缝对强度变化起主要作用。

2.4 天然黏性土

高亚琛[10] （2019）通过无侧限抗压强度试验，研究了在不同干密度、含水率的条件下，黏土的无侧限抗压强度变化规律。表明，当含水率较低时，随着干密度的增加，黏土的无侧限抗压强度明显增加;当干密度一定时，黏土的无侧限抗压强度随含水率的增大而减小，且干密度越大，减小速率越明显。姜彤等[11] （2015）通过室内无侧限抗压强度试验，研究了在干湿循环作用下3种不同压实度粉土的无侧限抗压强度的变化规律。表明，随着干湿循环次数的增加，粉土的无侧限抗压强度减小，且衰减幅度随着压实度的增大而逐渐减小。Jotisankasa  A[12] （2009）[10] 对曼谷黏土进行了无侧限压缩试验，采用土壤张力计测定了曼谷黏土的土壤吸力和有效强度参数。表明，曼谷黏土的无侧限抗压强度与土壤吸力之间存在正相关关系。

3 存在的问题与建议

3.1 取得的研究成果

目前很多学者针对红土、黄土、膨胀土、黏性土等天然土体通过单轴无侧限抗压强度试验和少数三轴无侧限压缩试验进行了大量的研究，主要考虑了干密度、含水率、干湿循环次数、冻融循环次数的影响，研究了不同的因素对天然土体无侧限抗压强度的影响规律。试验结果表明，随着干密度的增大，天然土体的无侧限抗压强度增大;随着含水率的增大，天然土体的无侧限抗压强度减小;随着干湿循环次数和冻融循环次数的增加，天然土体的无侧限抗压强度减小。

3.2 存在的问题及建议

目前主要考虑含水率、干密度、干湿循环次数、冻融循环次数等，通过无侧限抗压强度试验、三轴无侧限压缩试验从宏观上来研究不同土体的无侧限抗压强度特性。但对于理论和微结构方面研究较少;以室内试验为主，缺乏现场试验;影响因素考虑不全面。今后应将无侧限抗压强度的试验结果提升到理论高度进行研究，开展无侧限条件下土体的微结构机制以及宏微观统一性研究，开展干湿循环时间、干湿循环温度、干湿循环幅度、冻融循环温度、冻融循环幅度、试验尺寸等影响因素的研究。

4结论

（1）针对天然土体，无侧限抗压强度试验表明，随着干密度的增大，天然土体的无侧限抗压强度增大;随着含水率的增大，天然土体的无侧限抗压强度减小;随着干湿循环次数的冻融循环次数的增加，天然土体的无侧限抗压强度减小。

（2）目前的研究主要以试验研究为主，考虑不同的影响因素，针对土体的无侧限抗压强度特性进行研究，针对无侧限条件下土体的微结构机制以及宏微观统一性研究较少。

参考文献 ：

[1]陈议城，陈学军，吴迪，黄翔，唐灵明，毕鹏雁.不同含水率下红黏土无侧限抗压强度与电阻率关系[J].桂林理工大学学报，2020，40（02）：358-364.

[2]方娟，孟来，李美霖，等.单轴条件下毕节红黏土的强度破坏试验研究[J].四川建材， 2020，46 （01）：1-2.

[3]王海湘.广西贺州红黏土的工程性质研究[J].公路， 2018，63（01）：13-19.

[4]高国红，霍俊杰.重塑黄土无侧限抗压强度与基质吸力关系[J].人民长江，2019，50（10）：193-196+208.

[5]魏堯，杨更社，叶万军，等.冻融黄土无侧限抗压强度的析因实验[J].西安科技大学学报，2019，39（01）： 103-111.

[6]高建伟，余宏明，李科.黄土无侧限抗压强度的试验研究[J].安全与环境工程，2014，21（04）：132-137.

[7]吴道祥，熊福才，郭静芳，等.不同含水率膨胀土的无侧限抗压强度-电阻率试验研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2016，39（12）：1688-1692.

[8]孟凡东.干湿循环效应对淠史杭灌区膨胀土强度特性的影响研究[D].合肥工业大学，2013.

[9]慕现杰，张小平.干湿循环条件下膨胀土力学性能试验研究[J].岩土力学，2008，29（S1）：580-582.

[10]高亚琛.白洋淀粉质黏土抗剪强度试验研究及数值模拟[D].河北大学，2019.

[11]姜彤，李艳会，张俊然，等.干湿循环对豫东路基粉土无侧限抗压强度的影响[J].华北水利水电大学学报（自然科学版），2015，36（02）：44-48.

[12]Jotisankasa A. Determination of Effective Strength Parameters of Soft Bangkok Clay Using Suction-monitored Unconfined Compression Tests[D].Bangkok： Kasetsart University， 2009.

基金项目：国家自然科学基金项目（51568031）