重塑花岗岩残积土土水特征曲线试验研究

林丽萍

（湖南城建职业技术学院，湖南 湘潭 411101）

当前，在国内南方区域花岗岩残积分布较为密集，通常被当作公路路基辅料，然而，其跟普通土体相比具备独特性。但是针对花岗岩残积土的相关力学性能探究少之又少。针对非饱和土力学来讲，可利用土水特征曲线反馈出土中基质吸力的改变历程。同时土水特征曲线又可反映土的体积含水率和基质吸力相互间的联系，借助此种关联性把非饱和土强度和渗透特性关联在一起，针对剖析边坡的平稳性产生了积极的影响[1]。因此本文对重塑花岗岩残积土的土水特征曲线进行试验探索，具有重要的意义。

一、花岗岩残积土物理性质

本文土样来自某高速公路堤边坡试验段，深度取样2.6 至3.0 米。参照土工试验规范针对土样实施室内筛分试验和液、塑限试验探究，获得土样基础物理性质标准如下表1 所示。

表1 花岗岩残积土的物理性质指标与成分组成

二、土水特性试验具体探究

（一）土水特性试验探究

试验仪器采用压力板仪。压力室内土样经过陶土板和板下自由水连接，在压力室内气压上升，陶土板上土样整体水势大于板下自由水势时，土样慢慢排水，直至陶土板上土壤土与陶土板下自由水水势相等同终止，即为平衡形态。毕竟土样与陶土板下自由水的溶质势、温度势与重力势都为零，土样基质吸力相当于压力室内气压。在获知土样初期含水率状况下，在某吸力平衡之后，借助高精准天平获得试样质量，随即运算出对应基质吸力情况下的试样含水率，进而推算出土水特征曲线。

目前各类专家学者抛出了众多不相同的土水特征曲线模型，绝大部分只是被应用在低吸力段与中吸力的范畴。一般常用的Gardenr 模型、Fredlund&Xing 模型及其VanGenuchten 模型。

（二）试验具体计划

本试验探究不同初始干密度针对重塑花岗岩残积土土水特征曲线的干扰，应用路堤边坡压实度当作参照根据。试验初始干密度1.28、1.37、1.45、1.58g/cm3，分开实施重塑花岗岩残积土制样，各组试验分开应用2 个平行试样，从而降低结果偏差率。随后借助抽真空饱和手段针对4 组重塑土样实施饱和，随后利用压力板仪实施土水特征曲线试验。参照实践项目要求，其利用压力控制范畴为0 至0.3MPa、整体测试进程中划分两个时段，具体为脱湿与增湿，率先实施吸湿试验，直至土样二次饱和。参照试验信息推演出不同基质吸力影响下土样体积含水率，进一步取得全面的脱湿与吸湿的土水特征曲线。

三、具体实验结论及其剖析

（一）实验结论

室内压力板仪检测数据分析，获得质量含水率和基质吸力相互间的联系。实施数值模拟剖析过程中，利用体积含水率和基质吸力关系曲线，参照非饱和土力学质量含水率和体积含水率相互间的运算方法，从而计算出不同初始干密度脱湿和增湿时段的土水特征曲线。详见如图A 及图B 所示。

图A 基质吸力/Kpa 脱湿时段

图B 基质吸力/Kpa 增湿时段

此外，参照下图C 及图D 所示，在0kPa 至1000kPa 范畴内，花岗岩残积土脱湿曲线并不是直观展现的典型S 曲线形式，受试验条件限制只获得花岗岩残积土脱湿进程中，过渡阶段范畴的土水特征曲线。而不同干密度下土水特征曲线情况相同，伴随着基质吸力上升，土样饱和度持续下降，随后平缓降低至快速减少。而干密度针对重塑花岗岩残积土土水特征曲线产生了极大干扰，同时干扰范畴为土水特征曲线过渡段，在较强基质吸力下，不同密度土水特征曲线出现了互相拢合走向。

图C 土水特征曲线典型形态

图D 不同干密度下土水特征曲线试验点及模型拟合曲线

然而，干密度针对花岗岩残积土土水特征曲线干扰呈现为：相同基质吸力下，土样饱和度伴随干密度上升而上升，具体为土样脱湿速率伴随着干密度上升而下降；在相同饱和度下，机制吸力伴随着干密度上升而上升；试样进气值随之干密度上升而上升。其关键为基质吸力和土体间隙构造相关联，干密度大的土样相对间隙小，连通性弱，造成空气无法进入，反之较大基质吸力下水分方才可由小间隙流出，进而造成干密度增大脱湿速率变小，进气值增大[2]。

（二）脱湿阶段土水特征曲线剖析

图A 获知：不同初始干密度下重塑花岗岩残积土水特征曲线显著区分。在脱湿时段，伴随着基质吸力上升，饱和重塑花岗岩残积土土水特征曲线渐渐从平稳趋向于上下强烈波动随后再趋于平稳，土样体积含水率变小，达到残余含水量时曲线慢慢平稳。干密度小的土样土水特征曲线在较大干密度曲线下面，实施一样基质吸力情况下，干密度小的土样脱湿速度增速。关键因素为初始干密度变小的饱和土样，其里面构造相互间空隙增大，水流途径增大，空隙构造干扰土水影响面积，随之基质吸力上升，土样当中水分流出速度加快，从而初始干密度变小，土样脱湿速度加速。

（三）增湿阶段土水特征曲线剖析

从上图B 获知：重塑花岗岩残积土样增湿进程中，伴随着体积含水率上升，基质吸力降低，土水特征曲线上升。不同初始干密度下土水特征曲线完全不能实现最初饱和情况。在基质吸力超出100kPa 时，土水特征曲线上升变动走向减速；基质吸力为0 至100kPa 时，曲线上升变成了极速上升，增湿速率上升，同时干密度大的土样曲线前后确保在干密度较小土样曲线上方。其具体因素为伴随着初始干密度上升，空隙变小，土样里面水流途径变小，土样实现饱和变动速度下降。所以伴随着干密度上升，土体中增湿速率下降。

四、不同路径下土水特征曲线比较分析

在增湿与脱湿时段的土水特征曲线不相同，独自变动规律极为显著。尤其在同等基质吸力状况下，脱湿体积含水率显著超出增湿时段[3]。土样在脱湿进程中，急需更大体积含水量形态，方才能实现与吸湿进程具备一样的基质吸力，具体为在等同体积含水率情况下，脱湿时段基质吸力高于增湿时段。具体因素为土样率先实施脱湿，随后实施增湿，其在脱湿进程中，伴随着基质吸力上升，土体里面构造产生变动，所以增湿进程中土样无法获得初始构造形态。相反也无法避免试验中形成的偏差干扰。

借助两条土水特征曲线延长线不难发现重塑花岗岩残积土样的进气值非常小，大约10KPA，此为花岗岩残积土遭受不同矿物成分干扰所致。而矿物成分当中的石英、叶蛇纹石等大颗粒较多，造成残积土样中留存了巨大的间隙，因此，残积土进气值非常小。通过试验获得重塑花岗岩残积土剩余体积含水率25%至30%，从而表明初始干密度大的花岗岩残积土具备非常好的保水技能。

总结

综上所述，初始干密度针对重塑花岗岩残积土土水特征曲线呈现出明显干扰，初始干密度较大土样，土水特性曲线维持在干密度非常小土样曲线上方。最后，较大干密度试验脱湿速度下降，较小干密度试验增湿速度加速，初始干密度大土样剩余体积含水量大，表明花岗岩残积土具备锁水能力，进气值非常小，大约10kPa。试验获得增湿进程的花岗岩残积土土水特征曲线为大量降水渗入路堤边坡后平稳性问题奠定基础，在施工中产生积极作用。