兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究

文章编号:167325196(2006)0420109203

兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究

米海珍,李如梦,牛军贤

(兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州　730050)

摘要:对兰州原状黄土不同剪切方位、不同含水量试样进行了一系列常规三轴不固结不排水剪切试验研究.根据三轴剪切试验结果,分析了含水量和剪切方位对兰州黄土剪切强度参数的影响,得出原状黄土的粘聚力和内摩擦角并不是一个常数,而是随着含水量和剪切方位的变化而变化的结论,解释了其影响原因,提出了粘聚力、内摩擦角与含水量的关系表达式.

关键词:黄土;含水量;剪切强度;剪切方位

中图分类号:TU411.7 文献标识码:A

Experimental investigation of shear strength characteristics

of intact loess in Lanzhou

M I Hai2zhen,L I Ru2meng,N IU J un2xian

(College of Civil Engineering,Lanzhou Univ.of Tech.,Lanzhou　730050,China)

Abstract:The shear st rengt h characteristics of Lanzhou’s loess wit h different shearing inclinations and different water content s were investigated experimentally and in different manner.Based on t he t ri2axial test result s,t he influence of water content and shearing bearings on Lanzhou’s loess shear st rengt h param2 eters.The result s showed t hat t he cohesion and f riction angle of intact loess was not a constant but a varia2 ble wit h t he cohesion and friction angle,so t hat t he influence origin was interpreted.The dependence of cohesion and f riction angle on t he water content was presented,also.

K ey w ords:loess;water content;shear st rengt h;shearing bearings

土的抗剪强度是其重要的力学性质指标,有关这方面的研究已取得了许多成果[1～4].

工程地质勘察中的粘聚力、内摩擦角是有局限性的,一般情况下,粘聚力、内摩擦角不是一个定值,是受许多因素影响的,如土方的开挖、降水,土样的扰动等.以粘聚力和内摩擦角的最不利值进行工程设计能更好地保证工程的安全,因此研究土的抗剪强度指标与其影响因素的关系是有必要的.本文以黄土为例,从含水量和剪切方位(剪切方位以在常规三轴剪切试验中,试样圆柱体在原位时与水平面的夹角θ表示)两个方面研究黄土的剪切强度特性.

1　试样制备及试验方法

1.1　试样制备

土样采自兰州市兰工坪某处,采样深度为3～6

收稿日期:2005205210

作者简介:米海珍(19562),男,甘肃庆阳人,博士,副教授.

m.试样采用原状黄土,其基本物理力学性质见表1.试样直径为6.18cm,高度为12.5cm,制备成实测含水量分别为8.99%、11.75%、12.56%、17.25%,θ分别为0°、45°和90°共四组试样进行三轴试验.

表1　试验黄土物理力学指标

T ab.1　Physical and mechanical property indexes of loess 含水量w/%容重γ/(kN・m-3)孔隙比e比重G

4.151

5.220.78 2.69

塑限w p/%液限w l/%压缩系数/MPa-1湿陷性

19.126.30.250.04

1.2　试验条件

试验仪器为常规三轴仪,采用不固结不排水剪切试验,等应变速率控制,轴向应变速率为0.3 mm/min.

2　试验结果

2.1　试验现象

图1所示为含水量w为11.75%、剪切方位为

第32卷第4期2006年8月

兰　州　理　工　大　学　学　报

Journal of Lanzhou University of Technology

Vol.32No.4

Aug.2006

图1　主应力差与轴向应变的关系(w =11.75%,θ=90°)

Fig.1　Dependence of principal stress difference on axial

strain (w =11.75%,θ=90°)

90°的兰州黄土常规三轴不固结不排水剪切试验中

得到周围压力σ3分别为50、

100、150、200kPa 的应力2应变关系.试验结果表明,同一剪切方位、同一含

水量下的黄土试样在剪切过程中,主应力差(σ1-σ3)均随着σ3的增加而增加.应力应变曲线均呈加工硬化型,其硬化程度随着周围压力的增加而增加.

所有试样剪切后都没有明显破裂面而仅为中部膨大,试样两端断面尺寸均没有明显变化.轴向应变到达25%时,试样没有出现明显的强度峰值,其他试样试验现象类似.根据B G/T 50123—1999土工试验方法标准规定,轴向应变为15%时为试样破坏.2.2　三轴剪切强度包线

图2为含水量w 分别为8.99%、11.75%、12.56%、17.25%,剪切方位角度为45°时的原状黄土试样的三轴剪切强度包线.2.3　强度参数与剪切方位的关系

经过试验数据的处理,计算出不同剪切方位、不同含水量时的抗剪强度参数指标,见表2.粘聚力、内摩擦角与剪切方位之间的变化关系见图3、

4.

图2　兰州黄土三轴剪切强度包线(θ=45°)

Fig.2　I ntrinsic curve of tri 2axial shear strength of Lanzhou ’s loess (θ=45°)

表2　三轴剪切试验结果

T ab.2　R esults of tri 2axial test

剪切方位/(°)含水量/%8.9911.7512.5617.25c /kPa φ/(°)c /kPa φ/(°)c /kPa φ/(°

)c /kPa φ/(°)035.0428.5431.5927.4630.7527.3628.3226.704534.5629.5430.3828.5229.3028.3226.6327.5090

31.7730.2825.3829.3423.7429.2020.6128.76

3　试验结果分析

图2为原状黄土在剪切方位为45°时,4种不同含水量的三轴试验强度包络线,0°和90°时粘聚力和粘聚力的变化规律相似

.

图3　粘聚力随含水量的变化

Fig.3　R elationship of cohesion to w ater content

图2、3表明,在剪切方位不变时,粘聚力随着含

水量的增大而减小;在含水量不变时,粘聚力随着剪切方位角度的增大而减小.图2、4表明,在剪切方位

・011・ 兰州理工大学学报 第32卷