砂性土湿化变形试验研究

2007年3月文章编号:100926825(2007)0820115202

SHANXI　ARCHITECTURE

西建

33No.8筑　　　　　　　　　　　　　Vol.

Mar.　2007

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砂性土湿化变形试验研究

罗云华　傅旭东

摘　要:结合某工程实际,通过对不同相对密度的砂土样的湿化变形试验,分析了不同相对密度砂性土的湿化变形规律,总结出砂性土在浸水后的变形模量及邓肯参数的变化规律。

关键词:砂土,湿化变形,邓—肯模型中图分类号:TU441.4

　　某高速公路路基,由于市政建设的需要,需在该路基的坡脚处新修筑一条排水沟,建成后大量水体将浸入路基中,对该路基的稳定性将带来一定的影响。为了综合评价该砂土路基在浸水后的稳定性,文中试图通过一系列的试验工作,对砂土路基的湿化变形特性进行较全面的分析研究。

文献标识码:A

求得砂土样不同状态下砂土样的相对密度。试验结果为:最大孔隙比为1.11,最小孔隙比为0.58,根据实际工程情况,取两组试样的相对密度分别为:Dr=0.835和Dr=0.375。

2)对两组相对密度条件下的干样进行常规三轴试验,试验采

1　湿化变形的概念

土的湿化变形是指在一定的应力条件下浸水湿化,其颗粒首先发生软化、棱角破碎,然后相互滑移、填充,从而导致体积缩小的现象。砂土在浸水前是非饱和的,尽管在施工过程中碾压,仍然不能很密实,浸水后土颗粒间受到水的润滑,在自重作用及外荷作用下将重新调整排列,改变原来的结构,使土体压缩下沉,这

用固结排水剪试验,试样均采用扰动粉砂土样,测得不同相对密

εε度条件下的(σ1-σ3)—1,ε1—v等关系曲线。试验结果如图1所示。

通过以上曲线图形,可计算得到砂土样在干态下的破坏强度

参数。其中,Dr=0.835时,粘聚力C=25.94kPa,摩擦角<=36.69°;Dr=0.375时,粘聚力C=20.33kPa,摩擦角<=34.69°。同时,可求得砂土样在干态下的邓—肯模型参数,即Dr=0.835

种现象就称为湿化,由此而产生的竖向变形量,就称为湿化沉降。时,K=1039.46,n=0.689,Rf=0.972;Dr=0.375时,K=875.41,n=0.923,Rf=0.729。可以看出,粘聚力较大,主要是由

对于各向等压湿化,湿化变形主要表现为压缩现象,并呈现各向异

于该砂土中含有大量粘粒成分所致。在该课题的研究过程中,曾

性特点,当围压较低,湿化应力水平较低时,主要表现为湿化压缩;

进行了上百组土样的试验,都表现为粘聚力较大。当湿化应力水平较高时,主要表现为湿化沉降及侧向膨胀现象。

3)对该两组相对密度条件下的砂土样进行湿化试验,采用应

2　室内试验研究

力控制式三轴剪切仪,土样用扰动样,配制成密度与干样密度相

通过一系列的室内试验,研究砂性土的湿化变形特性,并且同的试样进行试验,同样为固结排水剪试验。湿化方法为水头灌研究在不同干密度条件下的湿化变形规律,也即研究在不同相对εεε水湿化,得到(σ1-σ3)—1,1—v等关系曲线。密度条件下,湿化因素对砂性土路基变形特性的影响。

从而可计算出砂土样湿化后的抗剪强度及邓肯参数如表1所

1)通过相对密度试验,求得砂土样的最大、最小孔隙比,从而　　地下水深一定处的一点,从图1可以明显看出,当咸水浓度变大或淡水水位下降,曲线的斜率变化非常大,即海水入侵的速度急速加剧,因此在治理海水入侵时不能以治理为主,而应该以预防为主,应该竭力控制淡水的开采量,尽量使开采量与补给量平衡。本次实验通过实验所得数据,对影响曲线的拟合给出海水入侵速度的经验公式。采用淡水帷幕法、充气法、建地下水库法等都能有效地治理海水入侵。

参考文献:[1]张　齐.海水入侵的实验研究[J].水文地质工程,2005(4):80281.

[2]马凤山,蔡祖煌,宋维华.海水入侵机理及其防治措施[J].中

国地质灾害与防治学报,1997.

[3]刘青勇,武晓峰.淡水帷幕防治海(咸)水入侵的物理模拟试验

研究[J].水力学报,1998(2):64265.

[4]丁　玲,李碧英,张数根.海岸带海水入侵的研究进展[J].海

洋通报,2004(3):44245.

[5]刘杜鹃.中国沿海地区海水入侵现状与分析[J].地质灾害与

环境保护,2004(2):73274.

[6]黄溪淳.DTS2JA型地下水参数同位素示踪仪的研制[J].山东

水力科技,1997(3):27228.

Experimentalanalysisofthespeedofseawaterintrusioninsands

LIUXiao2hong　YINan2gai　ZHANGGeng2sheng

Abstract:Thispaperledtheexperimentandstudyofseawaterintrusioninsands.Byphotographicmethod,werecordedtheinterfacebetweenseawaterandfreshwaterandthehorizontalandlongitudinaldevelopmentofseawaterintrusion,whichofferedexperimentaldatatothecalcu2lationofseawaterintrusionspeed.Accordingtoπprinciple,wegettheno2dimensionexpressionofeachfactor,drewtheinfluencelineofseawaterintrusionbyeachfactor,andeventuallygettheexperientialformulawithexperimentalfactors.Keywords:seawaterintrusionspeed,experimentalanalysis,influencingfactors,experientialformula

收稿日期:2006210220

作者简介:罗云华(19782),男,硕士,助理工程师,广东省电力设计研究院,广东广州　510600

傅旭东(19662),男,教授,武汉大学土木建筑学院,湖北武汉　443002

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第33卷第8期　　　　　　　　　　

山2007年3月

西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

ε示,湿化引起的附加轴向应变Δ1如表2所示,湿化所引起的附

加体积变化结果如表3所示。

ε变化范围为:0.08%～1.37%,湿化体变Δv变化范围为:0.02%

～1.86%。对相对密度为Dr=0.375的土样,湿化引起的轴向应

εε变Δ1的变化范围为:0.1%～4.12%,湿化体变Δv变化范围为:1.05%～2.45%。从结果来看,湿化引起的轴向应变和体变的绝对值都相对较小,其主要原因为砂土样在干态(自然状态)时的含水量已接近饱和含水量。故湿化效果不是十分的明显。

3.2　湿化前后应力—应变曲线规律

概括起来,湿化前后土样的应力—应变曲线具有如下规律:1)在σ3为常数的情况下,施加不同偏主应力条件下,湿化之前的应力—应变曲线基本重合,且与干土样试验的曲线前段重合。2)相对密度越大,曲线的曲率越大,且(σ1-σ3)f也越大,表明随着密度的增大,土样的变形模量和强度都随着增大。3)湿化阶段的应力—应变曲线表现为近似的水平直线段。4)湿化后,继续增加σ应变曲线大致相平行,都位于干线1-σ3直至破坏,该段应力—之下,表明湿化使土样的破坏强度(σ1-σ3)f降低。各偏主应力条件下的曲线的曲率也有所减少,说明湿化使土样的变形模量降低。并且随着所施加的偏主应力的增大,破坏强度和变形模量降低越明显,表现为偏主应力越大,曲线位于干线下方的距离也增大。5)比较两个相对密度土样的湿化曲线发现,随着相对密度的

表1　土样抗剪强度及邓肯参数表

相对密度

偏应力

参数

C

Dr=0.835

Dr=0.375

n

Rf

C

增大,湿化作用减小,土样的破坏强度和变形模量的减小量有所

下降,表明增大土体的相对密度,可以降低湿化变形带来的影响。

n

Rf

σ3)f

0.25(σ1-σ3)f0.5(σ1-σ3)f0.75(σ1-σ3)f

0(σ1-

21.8434.13931.340.7480.82418.9633.04859.280.8520.73124.3033.23872.190.8240.7998.88

32.89810.170.9210.682

3.3　湿化前后邓肯参数的变化规律

由于试验未能测得土样的泊松比参数,故仅对弹性模量参数

变化规律进行分析。对泊松比参数的变化规律不做分析研究。从表1中所计算出的不同偏主应力和不同相对密度条件下的邓肯参数可以看出,邓肯参数存在如下一些变化规律。

1)相对密度越大,邓肯参数C,<越大,土样在湿化后参数

C,<都有所下降,并且相对密度越小,下降越明显。2)随着所施

18.9534.22814.900.9630.66017.0431.87761.841.0760.85223.6233.45739.340.9210.93611.8432.26655.810.9170.894

表2　土样湿化附加轴向应变Δε1

相对密度

偏应力

参

数

ffff

%

Dr=0.375

Dr=0.8351000.140.550.751.37

2000.080.910.921.26

3000.150.610.740.34

1000.250.750.190.81

2000.130.630.494.12

3000.10.960.262.32

0(σ1-σ3)

0.25(σ1-σ3)0.5(σ1-σ3)0.75(σ1-σ3)

加的偏主应力的增大,湿化后土样参数C,<相对减小,相对密度

越小,减小量越大。3)所有土样经过湿化后,邓肯参数K都有所下降。4)对同一相对密度的土样,随着所施加的偏主应力的增大,邓肯参数K在湿化后的减小量增大。5)相对密度越大,相同应力状态下,土样在湿化后邓肯参数减少量越小,同样表明湿化作用减小。6)邓肯参数n的变化规律不是很明显。7)随着相对密度的增大,砂土的破坏比不断减小,且对同一相对密度的砂土样,湿化后的破坏比均增大,并且随着所施加的偏主应力的增大,破坏比越大。

参考文献:

[1]罗云华.砂土路基湿化变形研究[D].武汉:武汉大学硕士学位位论,2004.

[2]刘祖德.土坝风化砂坝壳料的湿化变形试验研究[D].土坝压实和变形学术讨论会论文,1982.

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[4]左元明,沈珠江.坝壳砂砾料浸水变形特性的测定[J].水利水

εv表3　土样湿化附加体变Δ

相对密度

偏应力

参

数

ffff

%

Dr=0.375

Dr=0.8351000.070.880.580.02

2000.151.151.131.86

3000.070.850.820.22

1001.31.651.051.22

2002.11.651.12.3

3002.22.451.151.1

0(σ1-σ3)

σ1-σ0.25(3)

0.5(σ1-σ3)

σ1-σ0.75(3)

3　试验结果分析

3.1　湿化变形的组成

从试验的结果来看,在一定的围压下,湿化变形不仅包括土

εεγ的轴向应变Δ1和体变Δ2,而且还包括土的偏应变Δoct。并且随着所施加的偏主应力n(σε1-σ3)f的增大,湿化轴向应变Δ1

γ不断增大,偏应变Δoct也不断增大。

对相对密度Dr=0.835的土样,湿化引起的轴向应变Δε1的

运科学研究,1989(1):88289.

Testandresearchonsandysoil’swettingdeformation

LUOYun2hua　FUXu2dong

Abstract:Accordingtosomeengineeringandbasedonthetestofsandysoil’swettingdeformationwithdifferentrelativitydensity,thedisci2plinarianofsandysoil’swettingdeformationhavebeendrawn.Afterthesandysoilhasbeenwettered,themovementdisciplinarianofmoldofdeformationandparameterofDuncan2Chang’snon2linearmodelalsohavebeendrawn.Keywords:sandysoil,wettingdeformation,Duncan2Chang’snon2linearmodel