结构性黄土的变形特性

图5 Fig.5
人工制备结构性黄土样结构强度与含水量关系图 Relation between structural strength and water content of artificial structural loess
3.2 等含水量三轴剪切试验和浸水变形试验 对原状结构性黄土样及人工制备结构性黄土样 进行了三轴不排水剪切试验。 试样含水量为天然含水 量 14%，4 个侧压力分别为 50，100，200 和 300 kPa。 人工制备结构性黄土样不排水剪切试验曲线如图 6
一个起始湿陷压力，但是否存在一个峰值湿陷压力， ， 还不明确[6 7]。为了搞清楚这些问题，特别是为了 搞清楚黄土结构性对变形特性的影响[8， 9]，本文制 定了一个比较全面的试验研究方案，对结构性黄土
2004 年 4 月 1 日收到初稿，2004 年 4 月 23 日收到修改稿。
* 国家自然科学基金(19772019)、陕西高校省级重点实验室重点科研计划资助课题。 作者 胡再强 简介：男，39 岁，博士，1986 年毕业于西安理工大学水利水电学院水工专业，现任副教授，主要从事黄土力学方面的教学与研究工作。 E-mail：huzq@。
第 23 卷 第 24 期 2004 年 12 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
23(24)：4142～4146 Dec. ，2004
结构性黄土的变形特性＊
胡再强 1 沈珠江 2 谢定义 1
(1 西安理工大学水利水电学院 西安 710048) (2 南京水利科学研究院 南京 210024)
备结构性黄土样压缩曲线基本一致，说明建议的人 工制备结构性黄土样的试验方法是成功的。随着含 水量的增加，2 种试样的压缩曲线均接近于饱和试 样(w = 40.5%)的压缩曲线。但原状结构性黄土样即 使饱和后，其压缩曲线也与充分扰动饱和黄土样的 压缩曲线不同，这显然与土粒之间仍然存在水稳性 胶结有关。CaCO3 胶结正是这种水稳性胶结，它往 往是黄土中的主要胶结成分。当垂直压力达到 1 000 kPa 时人工制备饱和黄土样压缩曲线与充分扰动饱 和黄土样压缩曲线重合，说明此时胶结已完全破坏。 但是天然黄土由于吸力的存在，即使垂直压力达到 2 000 kPa 时其压缩曲线仍高于充分扰动饱和黄土的 压缩曲线。由图 3 可见，不同压力下先加压后浸水 所得的试验点与饱和试样的压缩曲线基本一致，因 此可以假定存在一个与广义应力路径无关的湿陷 面。这就意味着，湿陷试验的单线法与双线法的试 验结果理应相差不远，双线法试验简单，应作为常 规方法推荐。以往存在 2 种试验结果不一样的情况 显然与原状试样不均匀性有关。由图 3 得到的不同 压力下的湿陷系数如图 4 所示。图 4 清晰地显示，
DEFORMATION PROPERTIES OF STRUCTURAL LOESS
Hu Zaiqiang1，Shen Zhujiang2，Xie Dingyi1
(1Institute of Water Resource and Hydroelectric Engineering，Xi′an University of Technology，Xi′an (2Nanjing Institute of Water Resources， Nanjing 210024 China) 710048 China)
(a) (σ1- σ3)- ε1 关系曲线(σ3 = 100 kPa)
(a) (σ1－σ3)- ε1 关系曲线
(b) εv- ε1 关系曲线
(b) εv- ε1 关系曲线
(c) ∆w- εs 关系曲线
图6 Fig.6
人工制备结构性黄土样不排水剪切试验曲线 Curves of artificial structural loess in undrained shear tests
人工制备结构性黄土样湿陷系数与压力关系图(w0 = 14%) Relation between coefficient of collapsibility and pressure of artificial structural loess (w0 = 14%)
Fig.4
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岩石力学与工程学报
Abstract On the basis of a variety of tests on both the intact and artificial structural loess specimens including lateral confined compression test， iso-water-content shear test， triaxial immersion deformation test， and iso-suction triaxial shear test，the collapse and deformation properties of loess are comprehensively studied in the paper，for the purpose of overcoming some disadvantages existing in current studies of structural loess. The test results demonstrate that the structural loess has a collapse surface which is independent of the generalized stress path， and its deformation characteristic has close relation with the loss of structural strength. Key words soil mechanics，structural loess，collapse，structural strength，deformation properties 进行了室内试验研究。
人工制备黄土样的湿陷曲线
Collapse curves of artificial structural loess
3 试验结果及分析
3.1 侧限压缩试验 对原状结构性黄土样和人工制备结构性黄土样 6 种含水量下的试样进行了常规的侧限压缩试验， 另外对天然含水量(w = 14%)的试样进行 7 个垂直压 力下的浸水湿陷试验，其他 4 种含水量则进行垂直 压力 P = 200 kPa 下的浸水湿陷试验。试验结果如 图 1～3 所示(图 1， 2 中虚线为充分扰动饱和黄土样 的压缩曲线)。 从图 1 和 2 可见，原状结构性黄土样和人工制
(a) (σ1- σ3)- ε1 关系曲线
(1b)
式中： ws ， w0 分别为饱和含水量和天然含水量； ∆ε vf ， ∆ε sf 分别为体应变和偏应变的最终湿陷量； av ，as 分别为 ∆ε v - ∆w 和 ∆ε s - ∆w 曲线的初始斜率。 4 个参数 av ， as ， ∆ε vf ， ∆ε sf 与围压 σ 3 和应 力水平 Rf 有关，但本次试验中围压的变化较小，看 不出有太大的影响。 下面就 ∆ε vf 和 ∆ε sf 与 Rf 的关系 建议如下 2 个经验公式： ∆ε vf = c1 − c 2 Rf ∆ε sf Rf = d 1− R f
所示。图 6(a)显示了不同围压下应力-应变曲线的交 叉，即在轴向应变为 2% 以前低围压试样的偏应力 反而高于高围压试样的偏应力，说明了低围压下试 样中存在明显的结构强度。图 6(b)显示了在轴向应 变为 4%以下时，4 种围压的体应变曲线几乎重合， 且 ε v 近似等于 ε1 ，泊松比接近于 0，而同样条件下 重塑黄土的体应变只有轴向应变的一半。这说明结 构性黄土在剪切过程中会产生相当大的体应变，其 原因显然与剪切过程中的结构强度破坏有关。对上 述 2 种结构性黄土样还进行了常应力下浸水变形试 验，即 3 种不同围压(100，200，300 kPa)下的试样 先分别在天然含水量下剪切到 3 种不同的应力水平 (Rf = 0.25，0.5 和 0.75)，然后保持偏应力值不变， 从试样底部浸水。浸水分 8 次进行，每次在吸足预 定的进水量后关闭阀门，直到变形稳定后再进行下 一次浸水。图 7 为人工制备结构性黄土样三轴浸水
第
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的试样。人工制备试样的目的有二：一是提高试样 的均匀性，保证试验结果的可比性；二是避免取样 和切样扰动的影响。试样制备好后采用水膜转移法 或自然风干法改变其含水量，得到预定含水量的试 样后再进行各种不同的试验。
表1 Table 1
摘要
针对结构性黄土研究中的不足和存在的问题，以原状结构性黄土样和人工制备结构性黄土样 2 种试样的室
内侧限压缩试验、等含水量三轴剪切试验和浸水变形试验以及等吸力三轴剪切试验为基础，研究了结构性黄土的 湿陷及变形特性。结果表明，结构性黄土存在一个与广义应力路径无关的湿陷面，结构性黄土的变形与结构强度 的破坏有直接的关系。 关键词 分类号 土力学，结构性黄土，湿陷，结构强度，变形特性 UT 411.3 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)24-4142-05
图1 Fig.1
不同含水量原状结构性黄土样压缩曲线 Compression curves of intact structural loess
图4 图2 Fig.2 不同含水量人工制备结构性黄土样压缩曲线 Compression curves of artificial structural loess
比重 2.72
黄土的物理力学指标
Physical and mechanical index of loess
塑限 /% 15.5 塑性 指数 11.0 压缩系数 － /kPa 1 1.1×10
－4
含水量 干容重 液限 /% /kN・m－3 /% 14.0 12.9 26.5