粉质粘土工程特性研究

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试验结果与分析
• 粘聚力与含水量的关系
据表l绘制粘聚力与含水量的关系曲线，如图l所示。
由图看出：含水量的变化对粘聚力C值的影响是很大的，而且粘聚力 和含水量的关系并非线性关系。总体来说，当含水量从4.68％增加到 11.37％时，粘聚力C值随含水量的增加而急剧增大；当含水量从 11.37％增加到21.78％时．粘聚力C值随含水量的增加而逐渐减小。 因此，说明含水量为11.37％是其的一个特征含水量。
密度 的影响
对于密度实验，剪胀吸水现象不但在现场取土样时发生，而且还在室 内做实验时发生。这些水分或被土样吸入或以微小的水分颗粒吸附在 土样的表面。因此土样密度也会略微增加。设 Sr 是由于土样密度变 化所引起的饱和度增量， 表示土体密度的增量，它以0.01、0.03、 0.05、0.08、0．1增加。
试验过程
• 首先从土样中选取具有代表性的试样10～20g，分别放入 两个称量盒(恒质量、铝制)，称盒加湿土质量，准确至 0.01g。采用酒精燃烧法，称盒加干土质量，准确至0.01g ， 然后根据式(1)计算含水率：
md 为试样干质量。 其中， 为试样含水率；m为试样湿质量； 试验使用的直剪仪为南京土壤仪器有限公司的zJ型应变控 制式四联直剪仪，将制备好的试样装入直剪仪的剪力盒中， 试样上下两面均为透水石。试样装好后分别加载，每组试 验取4个试样，分别在100kPa，200kPa，300kPa和 400kPa的垂直压力下，以0.8mm／min的速率进行剪切， 使试样在5min～7．5min内剪损，获得每级垂直荷载下的 最大剪力。
粉质粘土含水量与抗剪强度参数的关系
• 研究背景
2010年4月9日，山西东露天矿东北帮发生了较大规模的 塌方，导致整个东北帮剥离工程停顿，严重影响了基建工 程的顺利进行。经初步分析，东露天边坡滑塌的根本原因 在于：边坡赋存一层较厚粉质粘土，由于持续的降雨，设 计没能对其作特殊的处理，设定的边坡土的强度指标不能 满足部分土体边坡稳定的要求。因此，亟需对整个东露天 矿的非工作帮边坡稳定性问题进行深入研究，以期实现对 粉质粘土抗剪强度的科学确定。为此，对粉质粘土的抗剪 强度随着含水量的变化关系进行了试验研究，得出其随着 含水量的变化而变化的规律，为边坡稳定的分析提供重要 的依据。
土粒比重 Gs 的影响
土粒比重主要取决于土的矿物成分，不同土类的比重变化幅度不大。 因此在一般的土工试验中，常认为土粒比重是个已知数，即认为土粒 比重 Gs =2．68～2．72。S rGs 表示由于土粒比重增加而引起的含水 量的改变量， Gs 表示土粒比重的变化量，每次的增量同上。
由表4可知，随着土粒比重增量 Gs 的增加， Gs S 饱和度增量 r 先减小后增加，最后增量越 来越小，即土粒比重对饱和度的影响是有限 制的。并且对比表1，发现含水量越小，饱和 度增量随土粒比重的增量越大。常见的土粒 比重如下：砂土约为2．65～2．69，砂质粉 土约为2．70，粘质粉土约为2．71，粉质粘 土约为2．72～2．73，粘土约为2．74～ 2．76。从上可知粉质粘土的土粒比重增量为 0．01左右，因此由表2、表3和表4可知，土 粒比重对于饱和度影响是其中最小的，可忽 略不计。
2.3704 60.825
4)本文所建立的经验公式是粉质粘土粘聚力、内摩擦角和含水量之间 关系的表达式，在边坡的变形分析与安全性评价以及降雨时边坡安全 稳定性影响的分析中，具有实用价值。
粉质粘土饱和度的影响因素
长期以来，人们在做粘土尤其是粉质粘土实验时， 发现通过密度 、含水量 、士粒比重 Gs 求得的 饱和度 Sr 很大，有时会接近1，甚至有大于1的情况。 这在自然土样是不可能出现的。下面分别从三个基 本量密度 、含水量 、土粒比重 Gs 来探讨它们 各自对饱和度 Sr 的影响。
• 内摩擦角和含水量的关系
对表2的试验数据进行分析，绘制关系图线，并加以拟合，得到粉质粘 土内摩擦角与含水量的线性回归关系．如图4所乐。
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由图4不难看出：粉质粘土内摩擦角随着含水量的增加呈线性递减趋 势，再进一步分和加以拟合，可以得到其线性回归关系式为(4)：
试验结论
1)当含水量小于11.37％时，随着含水量的增加，土中的越来越多弱结 水逐渐吸附在强结合水外围．增加了土粒外围结合水的分子数量，增 大了土粒间的吸引力，在宏观上表现为粘聚力随含水量的增加而增大， 且呈幂函数关系：
试验结论
试验方案
• 本次试验是保持干密度为1．709／cm3不变，控制含水 量变化的直剪试验。试验共在现场取了12种土样，每种土 样分为6组不同的含水量，即含水量控制在4．68％、 6．46％、11．37％、14．48％、19．34％、21．78％， 以模拟土体在极干燥、干燥、小雨、中雨、大雨、特大暴 雨天气情况下的含水量，每一种含水量的土样做4个试样， 分别在100kPa、200kPa、300kPa、400kPa的竖直应力 下进行试验，总计288个试样。


试验方法
下面以“黄广大堤土工试验成果表”(见表1)中部分饱和度大于1的数 据为基础，分别讨论密度 、含水量 、土粒比重 Gs 的影响。黄广 大堤土工试验共58组，其中有23组饱和度大于1。


含水量 的影响
在现场取粉质粘土土样时，圆筒与土体发生剪切，土体发生剪胀，体 积增大，因而会从周围土体中吸收部分水分，故土样含水量会略微增 加。令 Sr 是由于含水量变化引起的饱和度的变化量。 是土体含 水量的变化量，它以0.01，0.03，0.05，0.08，0.1增加。
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3.8052
2)当含水量大于11.37％时，随着含水量的增加，土中的弱结合水进 一步增加，形成一层较厚的结合水膜，增大了土粒间的距离．吸引力 减弱，从而导致粘聚力随含水量的增加逐渐减小，且呈线性关系：
c 8.9609 222.78
3)内摩擦角与土的颗粒结构、大小、形状及密实度相关。相同密实度 的重塑粉质粘土塑性指数越小，内摩擦角越大。随着土体含水量的减 小，土体的可塑性逐渐减弱，从而内摩擦角逐渐增大，且呈线性关系：
粉质粘土工程特性研究
—— 学习笔记
粉质粘土（Silty Clay）
• 塑性指数Ⅰp ＞ 10，且粒径大于0.075mm 的颗粒含量不超过全部质量的50%的土， 称为粘土。其中10＜ Ⅰp ≤17的土称为粉 质粘土（亚粘土）。
对粉质粘土工程特性的探究实验
• 粉质粘土含水量与抗剪强度参数的关系
• 粉质粘土饱和度的影响因素