基于三轴试验的黄土结构性参数定量化研究

王建立

（河北省公路工程质量安全监督站，河北 石家庄 050091）

0 引言

结构性对土的力学特性有很大的影响，土结构性定量化研究的重要性已经得到许多研究者的重视，对此进行了大量的研究，并取得了不少有意义的研究成果。孙明祥等[1]认为含水量对黄土结构性的影响程度与压力对黄土结构性的影响程度密切相关，压力低时，压力对黄土结构性的破坏较小。陈辉等[2]认为原状饱和黄土的结构性参数剪切伊始也有一个迅速减小的过程，然后减小速度变缓并最终趋于一个1 ～2的稳定值。原状黄土在天然沉积过程中形成了骨架结构，这种结构性对土的性质有强烈的影响，所以针对三轴试验条件下的结构性参数定量化系统研究较少[3-5]的问题，对其进行完善发展，建立相关数学方程，具有十分重要的理论意义。

1 试验用土

试验用土取自晋西某边坡Q4黄土，粉土，颜色为浅黄色，孔隙较发育，肉眼可见大孔隙，土质均匀。

土样干密度为1.39 g/cm3，制备含水量为10%、14%、18%、22%的原状三轴土样和重塑三轴土样均4个，另外，控制干密度制备4个饱和原状三轴土样。

2 试验仪器与试验方法

2.1 试验仪器

试验仪器采用TCK-1型三轴试验测量控制仪，具有试验测试精度高的特点。

2.2 试验方法

采用三轴专用制样器，分8级压实，共制备20个原状三轴土样和16个重塑三轴土样。试验围压控制为50 kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa。

3 试验结果与分析

3.1 围压对黄土变形特性的影响研究

不同含水量下应力应变曲线见图1～图3。

图1 不同含水量下原状黄土应力应变曲线

图2 不同含水量下重塑黄土应力应变曲线

图3 饱和原状黄土应力应变曲线

通过图1～图3可看出，随围压增大而硬化特性逐渐增强，原状黄土及重塑黄土强度在高围压情况下固结排水量更大，更密实，抗剪强度更大。

3.2 结构性参数变化规律

邵生俊等[6]利用三轴试验给定应变条件下不同结构状态土。根据释放结构势的方法，定义如下的结构性参数:

式中：(σ1-σ3)y表示天然沉积黄土剪切过程结构性变化条件下的主应力差值；(σ1-σ3)r表示扰动重塑土样的主应力差；(σ1-σ3)s表示浸水饱和土样的主应力差。

根据图1 ～图3及式（1），结构性参数与压力、含水量的关系曲线可整理为图4。

图4 结构性参数与应变的关系曲线

由图4发现，黄土结构性参数随应变的增加总体呈下降趋势，且当ε1在0 ～2%时，mσ降低较多，当ε1大于2%后，降低幅度变小并最终趋于稳定。

由图5发现，在同一压力下，黄土结构性参数随含水量的增加总体呈下降趋势，表明结构性逐渐变弱。

图5 不同竖向荷载下结构性参数与含水量的关系曲线

黄土的结构性参数mσ与含水量w之间的关系可表述为式（2） ～式（5）的形式：

由结构性量化研究可知，结构性随黄土湿度增大总体呈下降趋势，根据式（2）～式（5），可为一定含水量及竖向荷载下的黄土结构性参数理论及计算提供参考。

4 结论

本文进行了固结排水三轴试验，给出黄土应力应变数据，分析了结构性参数变化规律，得出如下结论：

a）结构性随应变的增加逐渐变弱；当应变在0 ～2%区间时，结构性参数降低较多，当应变大于2%后，降低幅度变小并趋于稳定，揭示了黄土结构性的变化规律。

b）结构性随黄土湿度增大总体呈下降趋势，建立的相关数学方程，可为一定含水量及竖向荷载下的黄土结构性参数理论及计算提供参考。