三轴击实试样的土_水特征曲线分布

第29卷 第6期

2007年6月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol.29 No.6 Jun.2007

三轴击实试样的土 水特征曲线分布

李顺群1,高凌霞2,任庆新

3(1.天津城市建设学院土木工程系,天津300384; 2.大连民族学院土木工程系,大连116600;

3.沈阳建筑大学土木工程学院,沈阳110168)

摘 要: 测量了某重塑粉质粘土三轴击实试样在脱水条件下的土 水特征曲线,并对其特点进行了分析比较。三轴击实试样下部的土 水特征曲线(SWCC)和上部的SWCC 都具有一般SWCC 的典型特点,但前者较后者明显右移;结合层的SWCC 有一定幅度下移;受三轴击实试样制作过程影响,较密实的下部区段具有较高的进气值和较高的残余含水量,而且,沿试样高度不同,持有不同残余含水量的各区段对应的基质吸力基本相同。

关键词: 非饱和土; T empe 仪; 轴平移技术; 三轴击实试样

中图分类号: T U 432文献标志码: A 文章编号:1671 4431(2007)06 0089 04

Distribution of Soil water Characteristic Cu rves of Impacted

Silty Clay Triaxial Samples

L I Shun qun 1,GA O L ing x ia 2,REN Qing x in 3

(1.Depar tment of Civ il Engineering,T ianjin Institute of U rban Construction,T ianjin 300384,China;

2.Department of Civil Engineering,Dalian Nationalities U niver sity ,Dalian 116600,China;

3.Schoo l of Civ il Eng ineering,Shenyang Jianzhu U niversity,Shenyang 110168,China)

Abstract: T he impacted triax ial samples made from silt y clay were cut into five different sections along leng th.With ax ial translation technology applied,T empe apparatus was employ ed to measure water content of the sections in different matr ic suc tion lev els in dewater ing condit ion.T herefore,soil water character i stic cur ves (SWCC)of different sections could be obtained.T he primary conclusions drawn from the test results w er e list as follow s.F irstly ,SWCCs of all sections,including from upsides and downsides of tr iaxial samples,distinctly had t he g ener al traits.Determined by layer impacting ,t he SWCCs of dow nsides were dextro positio n relative to the SWCCs o f upsides.Secondly,the SWCCs of binder courses move downwards in some sort and this probably comes from layer impacting and scraping effect.T hirdly,comparing with upside sections,downside sections had higher air entr y v alues,higher residual water contents and almost same matric suction co rresponding to t heir different resid ual water content.

Key words: unsaturated soil; T empe apparatus; axial translatio n technology; impacted triax ial sample

收稿日期:2007 03 14.

基金项目:辽宁省教育厅科学研究计划(2004F105).作者简介:李顺群(1971 ),男,博士,副教授.E mail:lishunqun@

目前,非饱和土的三轴试验和饱和土的三轴试验一样越来越受到广泛关注,并逐渐成为研究非饱和土必不可少的试验项目之一[1,2]。在非饱和土三轴试验中,试样的基质吸力一般通过轴平移技术得到;试样各区段的含水量由基质吸力作用后试样的排水量确定,即含水量沿试样高度的分布被认为是一个平均值,不同区段的含水量被认为是不变的。实际上,由于三轴试样制样过程的特殊性和试验仪器的固有特点,在相同基质吸力作用下,试样各区段的含水量是不同的。因此,非饱和土三轴试样各区段的土 水特征曲线存在差别。这种差别的大小不仅决定于土质、制样手段以及试样的平均密实度等多种与试样有关的因素,也来源于各区

段高度差引起的水头差和加气压管口到各区段的距离不同等试验系统本身的因素。

重力水的影响可以通过修正孔隙水压力消除。由于三轴试样高度不大(文中试验只有80mm),不考虑重力水对土 水特征曲线的影响误差不会太大。另外,在测量土 水特征曲线时,文中每一级气压力的稳定时间为3d,由于试验装置的密闭性相当好,通过试样和试验装置外渗的气体几乎为0。所以,在三轴试验中不考虑试样各区段到加气压力口的距离也不会产生较大的系统误差。

土 水特征曲线是国内外非饱和土研究的热点,有理论解答

[3 5],也有侧重于试验的[6,7]。作者主要通过T empe 仪测量非饱和土三轴试样各区段在不同基质吸力作用下的含水量,并进一步研究制样过程对三轴试

样各区段土 水特征曲线的影响。1 土

水特征曲线的典型形式

非饱和土的土 水特征曲线在非饱和土理论中具有重要作用。土

的矿物成分、颗粒形状和级配、密实度以及不同的干湿路径甚至不同

的干湿循环次数等是影响土 水特征曲线的重要因素。基于大量试验

资料和理论研究,Fredlund 指出,所有非饱和土完整的土 水特征曲线

在半对数坐标系里具有图1所示的形状。

在较低基质吸力作用下,含水量随基质吸力的增大而缓慢减小,

当基质吸力增大到一定值时,空气开始进入土体中,这一阶段称为边

界效应区;此后,随基质吸力增大,含水量变化较大,这一阶段称为转

换区;当含水量很低时,孔隙水进入不连续状态,基质吸力沿着土 水

特征曲线逐渐趋近于106

kPa,这一阶段称为非饱和残余区。试验表

明,在半对数坐标系里,基质吸力与含水量在第2阶段基本是线性关系,在第3段则线性趋近于106kPa 。图1中A 点对应的基质吸力为进气值,即空气开始进入土体中最小的基质吸力值;B 点对应的含水量为残余含水量,即当土体含水量低于该值后,基质吸力随含水量的微小变化而迅速增大。

文中测量了重塑三轴试样各区段在脱湿过程中的土 水特征曲线,即在试验的所有阶段,试样都处于 非吸湿 过程,因此不涉及 滞回 现象。2 土样制备

试验用土采用黄河三角洲粉质粘土,原状土的实验室物理指标:天然密度2.01g /cm 3,天然干密度1.59g /cm 3,液限30.7%,塑限16.4%,塑性指数14.3,液性指数0.73,渗透系数4.730!10-

6cm/s(变水头试

验),土粒比重2.65,固结不排水强度参数c cq =0.05kPa, cq =34.1∀。

首先碾碎试验用土,然后在烘箱中烘干24h 。重塑土样干密度控制在1.6g /cm 3以保持与原状土干密度基本一致。以击实的方法首先制成大小为D39.1!H80的三轴试样,其体积为96057.96m m 3。配制土样的含水量为15%,所以单个三轴试样的干土重为153693mg ,湿土重为176747mg 。用击实器分3层击实,每层需要土58916mg,击实前每层土之间先刮毛。经多次试击,每层土的击实次数最终确定为13次。制备好的击实三轴试样放入真空锅内抽真空5h 后,注无气水并继续

抽气3h,然后打开真空锅盖,静置24h 后开始使用。这样,能保证制

备好的试样充分饱和。

测量土 水特征曲线涉及到水/气平衡的时间问题。平衡时间取

决于渗透系数、试样高度和压力梯度等条件。已有的研究表明,平衡

时间正比于试样高度的三次方。所以,为了尽量缩短试验时间,最有

效的方法是合理减小试样高度。试验将D39.1!H 80三轴试样平均

分成5段,再用小刀精心削切成厚度基本相等的小试样,称为S 试样。

按照击实时三轴试样直立时的状态,将制备好的S 试样从下至上依次编号为1、2、3、4、5。S 试样制作过程和编号如图2所示。90 武 汉 理 工 大 学 学 报 2007年6月