颗粒级配对混合土力学性质影响的试验研究

颗粒级配对混合土力学性质影响的试验研究

丁一;冀卫东;王旭东

【摘要】利用按质量比制备的黏土和细砂的混合土,开展混合土的固结快剪试验和压缩试验,探讨颗粒级配对混合土强度和变形特性的影响,基于分形维数对颗粒级配特征的定量描述,建立了混合土强度参数、变形参数与分形维数的函数关系.研究结果表明:分形维数较含砂量更好地反映了混合土强度和变形特性随着颗粒级配变化的规律,分形维数2.467(含砂量80％)为混合土力学性质明显变化的界限值,反映了颗粒级配渐变引起混合土力学性质突变的现象,为合理解释混合土力学特性变化提供了实验依据.%The sand-clay mixtures fabricated by mixing clay and fine sand were prepared with different dry mass ratios.The characteristics of strength and deformation of sand-clay mixtures were studied by using the consolidation direct shear test and the compression test.Based on the quantitative description of grain size distribution by fractal dimension,the function relationships between strength/deformation parameters and fractal dimension were established,respectively. The results showed that the fractal dimension was better than the sand content to reflect the change rules of strength and deformation with the grain size distribution.The fractal dimension 2. 467(the sand content=80％) was a threshold,which reflected the phenomenon of the abrupt change of the mechanical properties caused by the gradual change of the grain size distribution of sand-clay mixtures.This study can provide experimental evidence to reasonably explain the change of mechanical properties of sand-clay mixtures.

【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2018(040)001

【总页数】6页(P127-132)

【关键词】黏砂混合土;颗粒级配;分形维数;抗剪强度;压缩变形

【作者】丁一;冀卫东;王旭东

【作者单位】南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京 210009;南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京 210009;南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009

【正文语种】中文

【中图分类】P642.3

港口开发建设多采用吹填造陆的方式,黏-砂混合土地基是吹填造陆工程中比较多见的地基形式,因此,黏-砂混合土的力学特性引起了越来越多的关注。

土的力学性质与其颗粒组成密切相关,颗粒级配往往决定了土的变形、强度、渗透等物理力学特性。颗粒级配常被作为土的工程分类主要指标,并用不均匀系数Cu、曲率系数Cc来表征级配关系,作为进一步划分土体的依据[1]。

王淑云等[2]研究了颗粒级配和结构对粉砂力学性质的影响,发现不同颗粒级配下的粉砂力学性质存在差异。Igwe等[3]利用不同级配的硅质砂试样,研究了颗粒级配对砂土力学特性的影响。蒋明镜等[4]通过对火山灰力学特性的研究发现,改变颗粒级配来增强颗粒之间的咬合作用可以提高其抗剪强度。刘映晶等[5]研究了不同颗粒级配粒状土的不排水力学特性,得出抗剪强度随不均匀系数Cu的提高而增强的

结论。

为了深入探讨颗粒级配对土的力学性质的影响,贾卫兵等[6]对砂-黏混合土强度特性进行了研究,提出了混合土的界限含砂量。邓通发等[7]对黏-砂混合物进行了剪切特性试验,发现含砂量对混合土强度指标的影响规律。邱模清等[8]通过黏-砂混合土的固结压缩试验,得到土体压缩性与含砂量存在明显关系的结论。上述研究工作都以含砂量来描述混合土的颗粒粒度特征。

由于混合土粒度成分的复杂性,仅用混合土的含砂量并不能全面反映混合土的颗粒级配特征。研究表明:土体颗粒具有分形特征,分形理论[9]为定量描述土体粒度分布和结构提供了有效工具,分形维数不仅能描述土的颗粒级配特征,而且能较好地反映土颗粒的分选程度、孔隙特征和结构特征。Filgueira 等[10]利用分形理论对不同类型土的粒径分布特征进行描述,并用分形参数表达土的特性。San等[11]和Bird 等[12]将分形理论应用于描述土体的孔隙特征中。徐永福等[13]将分形理论用于非饱和土的力学参数研究。分形维数能较好地反映土的颗粒级配组成,为定量描述土的颗粒级配与力学特性关系提供了有效途径。

本文通过制备不同干质量比例的黏-砂混合土,开展不同颗粒级配下混合土的固结快剪试验和压缩试验,在探讨混合土的强度和变形等力学特性基础上,依据混合土的分形维数与含砂量之间的关系,实现运用分形维数定量描述不同颗粒级配混合土的强度和变形特性的目的。

1 混合土的制备

1.1 土的基本物理性质

试验选取黏土和细砂制备混合土,黏土和细砂的颗粒级配组成如表1所示。

表1 黏土和细砂颗粒级配组成Table 1 Gradation composition of fine sand and clay试样颗粒粒径/mm<0 5～0 25<0 25～0 1<0 1～0 05<0 05～0

002<0 002黏土004 6283 5311 85细砂2 2363 8923 429 121 34