非饱和上海软土的土-水和变形特性

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非 饱 和 上海 软 土 的 土一 和 变 形 特 性 水
陈振 新 ， 孙 德 安
（ 上海 大学 土 木 工 程 系 ， 海 ２０ ７ ） 上 ００ ２
摘要： 使用压力板法和滤纸法测量非饱和上海软土 的吸力 ， 到第 ② ， ， 层上 海原 状土 和第 ② ， 得 ③ ④ ③层 上海重 塑土 的土一 水特 征曲线 ， 以及土体脱 水干燥过程 中吸力 和孔 隙 比之 间的关系． 水特性试验 结果表 明 ： 土一 第② ， ， ③ ④层 上 海 原状 土和第② ， ③层上海重塑 土的进气值分别 为 １０—１０，２ ２ ０ ６０～ ０ ，６ ５ ８ ２ ０— ５ ，５ ８ ０ ２０～３０ ５ ０— ０ Ｐ ． １ ，５ ６ ０ｋ ａ 干燥 收 缩试验结果表明 ： 上海黏 土的收缩 过程 可分 为 ３个 阶段 ， 即弹性 阶段 、 弹塑性阶段 和缩限 阶段 ． 当基 质 吸力较小 时 ，
（ａｅ ② ， ａｄ④）ａｄｒ ｏｓｔ ｅ ｈｎｈｉｏ ｌ ｓ １ ｅｓ ａｄ ）ａ ５ １０ ２ ０～ １ ｒ ｙｓ ③ ｎ ｎ ｃｎｔ ｔ Ｓａｇａ ｓｆｃ ｙ （ ｙｒ ② ｎ ③ ｒ １０— ８ ， ２ ｅ ｉ ｄ ｕ ｔ ａ ａ ｅ
２ ０，６ ５ ５０～ ８ ０，２ ０ ～３１ ０ ６ ０，ａ ｄ ５ ｎ ５０ ～ ６ ０ Ｐａ， ｒ ｓ ｃ ｉｅｙ Ｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ｓ ｉ ｈ ｉ ｋ ｇ ｃ ｎ ｂ ０ ｋ ｅ ｐｅ ｔ ｌ ． ｈｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｏ ｌ ｒｎ ａ ｅ ａ ｅ ｖ ｓ ｄ ｖｄ ｄ ｉ ｔ ｈ ｅ ｔｇ ｓ：ｅ ａ ｔｃ ｓａ ｅ，ｅａ ｔ ｐ ａ ｔｃ ｓａ ｅ ａ ｄ ｓａ ｅ ｏ ｈｒｎ ａ ｅ ｌｍｉ．Ｗ ｈｅ ｈ ｍｐ ｓ ｄ ｉｉ ｅ ｎ ｏ ｔ ｒ ｅ ｓａ ｅ ｌｓｉ ｔｇ ｌ ｓｏ ｌｓｉ ｔ ｇ ｎ ｔ ｇ ｆｓ ｉ ｋ ｇ ｉ ｔ ｎ ｔｅ ｉ ｏ ｅ ｍａ ｒｃ ｓ ｃ ｉｎ ｉ ｍａ ｌ ｈｅ ｓ ｉ ｉ ｔｔ ｅ ｅａ ｔｃ ｓａ ｅ．Ｗ ｈｅ ｈ ａ ｇ ｕ ｔｏ ｓ ａ ｐ ｉ ｄ，ｔ ｅ ｓ ｉ ｋ ｇ ｔｉ ｕ ｔ ｓｓ ｌ，ｔ ｏｌ ｓａ ｈ ｌ ｓｉ ｔ ｇ ｏ ｎ ｔ ｅ ｌｒ ｅ ｓ ｃｉ ｎ ｉ ｐ ｌｅ ｈ ｈｒｎ ａ ｅ ｄ ｆ ｒ ａｉｎ ｂ ｃ ｍｅ ｏｉ ｅ ｂ ｅ，ａ ｄ ｔ ｏ ｌｉ ｔｔ ｅ ｅ ａ ｔｐ ａ ｔ ｔ ｇ ｅｏ ｍ ｔｏ ｅ ｏ ｓ ｎ ｔ ａ ｌ ｃ ｎ ｈｅ ｓ ｉ ｓａ ｈ ｌｓｏ ｌ ｓｉ ｓａ ｅ．Ａｔｔ ｅ ｓａ ｅｏ ｈ ｎ ａ ｅ ｌｍｉ ， ｃ ｈ ｔ ｇ ｆｓ ｒ ｋ ｇ ｉ ｔ ｉ ａｍｏ ｔｎ ｅ ｏ ａｉ ｎ Ｏ ｃ ｒ ｒｎ ｈ ｎｃ ｅ ｓ ｆｍａ ｒｃ ｓ ｃ ｉｎ． ｌ ｓ ｏ ｄ ｆｒ ｔ ｃ ｕ ｓｄｕ ｇ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｅ ｏ ｔｉ ｕ ｔｏ ｍ ｏ ｉ Ｋｅ ｗｏｒ ： ｕｎ ａｕ ａｅ ｓ ｉ ； ｍａ ｒｃ ｕ ｔｏ ｙ ｄｓ ｓ ｔ ｒ ｔ ｄ ｏ１ ｔｉ ｓ ｃｉ ｎ； ｒ ｃ ｎｓｉｕ ｅ ｓ ｉ ； ｓ ｉ－ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ Ｃ Ｉ ｅ ｏ ｔｔ ｔｄ ｏｌ ｏｌｗａｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ Ｈ Ｖｅ； ｓ ｒｎ ｇ ｅｏ ｍａｉ ｎ ｈ ｋａ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｉ
的制 样 桶 中 ， 级 加 载 ， 分 固结 成 样 ， 后 一 级 竖 向荷 最 载 为 ７ Ｐ ， 此荷 载下 ， 下端 面排 水 固结 ３ｄ最 ５ｋ ａ在 上 ； 后， 将土 样从 制 样 桶 中取 出 ， 多 层 保 鲜 膜 裹 紧 ， 用 放 人密 闭容 器 中储 存 ， 试 验 用． 验 时 ， 据 试 样 尺 供 试 根 寸切 取 固结 土 样 的一 部 分 ， 削 土 样 制 成 试 样 ． 切 第
系． 张芳枝 等 研究 了反 复干湿 循环 对非饱 和 土变形
和强度特 性 的影 响．
．
蓦
差
图 １ 上 海 软 土 颗 粒 级 配 曲线
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基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（ ０７ １０ １９ ２ ３ ） 通信作者 ： 孙德安 （９ ２～） 男 ， １６ ， 教授 ， 博士生导师 ， 士， 究方 向为非饱和土力学和土的基本性质 ．Ｅ ｍ ｉ：ｕ ｄａ ＠ｓｕ ｅ ｕ Ｃ 博 研 － ａｌｓｎｅｎ ｈ 第 １期
２１ ０ ２年 ２月
上馐天
报 （ 然 科 学 版） 自
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Ｖｏ ． ８ Ｎｏ １ １ ．１ Ｆ ｂ． ２ ２ ｅ ０１
非饱 和土 的分 布 十 分 广泛 ， 要 有 自然 干燥 土 主
的天 然土 坡 、 直挖 方 的边坡 稳定 、 胀 土造 成 的地 竖 膨
和压实 土 ． 土坝 的建造 与运 行 、 境条 件 变化 情 况下 环
面 隆起及 湿 陷性 土 中 的许 多 实际 问题 均 属 于非 饱 和
收 稿 日期 ：０ ０ ９２ ２ １ ￣ —９
本研 究 采 用 压 力 板 法 和 滤 纸 法 对 上 海 地 区 第
②， ， ③ ④层原状土和第② ， ③层重塑土进行 了土． 水
特性 和收 缩变 形 特 性 试 验 ， 据 试 验 结 果 得 到 了相 根 应 的土． 水特 征 曲线及 收缩 变 形 曲线 ， 进 行 了对 比 并
分析 ．
ｃａａｔｒｔ ｕｖｓａｄｓｒ ｋｇ ｅ ｒ ｔｎｃｒｅ ｆ ｎｉｕｂｄＳａｇａ ｓｆｃａｓ（ａｅｓ② ， ｈｒｃ ｉ ｉ ｃｒｅ ｎ ｈ ｎａｅｄｆ ｍａｏ ｕｖｓ ｄｓ ｒｅ ｈｎｈｉ ｏ ｌ ｅ ｓｃ ｉ ｏ ｉ ｏｕ ｔ ｔ ｙ １ ｒ ｙ ③ ａｄ④ ）ａｄｒｃｎｔｕｅ ｈｎｈｉ ｏｔ ｌｙ（ａｅｓ② ａｄ③ ）ａｅｏｔｉｅ ｒｍ ｄｙｎ ｅｔ．Ｉ ｉ ｎ ｎ ｅｏｓｔｔ Ｓａｇａ ｓｆｃａｓ １ｙｒ ｉ ｄ ｎ ｒ ｂａ ｄｆ ｒｉｇｔｓ ｔ ｓ ｎ ｏ ｓ
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陈 振 新 ， ： 饱 和 上 海 软 土 的土 一 和 变 形 特 性 等 非 水 表 １ 上 海 软 土 的物 理 指标
土力 学 的研究 范 畴… ． 可见 ， 于非饱 和 土性 质 的研 对
究有着很高的实际应用价值．
上海地 区分布 的大量软土 具有 含水量 高 、 隙 比 孔 大、 渗透 眭小 、 学 特 性复 杂 等 特 点． 是 ， 力 但 由于 城 市 建设 的需 要 ， 很多深基 坑 的开挖使 周 围土体 中的水位 下降 ， 侧壁 的土 处 于非饱 和状 态． 并使 在一 些 填 土路 基工程 中也存 在 着 大量 的非饱 和土 ． 因而 ， 上 海地 对
收缩变形较小 ， 土体处 于弹性 阶段 ； 当基质吸力增大到一定值 时 ， 收缩 变形 明显 ， 土体处 于弹塑性 阶段 ； 当土体 变形 基本不随基质吸力变化时 ， 土体处 于缩 限阶段．
关 键 词 ：非饱 和 土 ； 质 吸 力 ； 塑 土 ； ． 特 征 曲线 ； 基 重 土 水 收缩 变形 中 图分 类 号 ： Ｕ ４ ３ Ｔ ４ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ —８ １ ２ １ ） １ ０ ８０ ０ ７２６ （０ ２ ０ － ９ － ０ ６
②， ③层上海重塑土固结试样 的初始含水量分别为
３ ． ％和 ３ ．％ ． ０９ ６８
１ ２ 试 验方 法 ．
１ 试 验 研 究
１ １ 土样 物理 指标 及试 样 制备 ．
测量 或控 制 非 饱 和 土 吸 力 的 方 法很 多 ， 主要 有
张力 计法 、 度计 法 、 力板 法 、 纸法 等 ． 研究 采 湿 压 滤 本
土． 水特 征 曲线 ， 确定 了上 海第 ② 层 软 土 的进气 值 在
１０～ ５ Ｐ 之间． ２ ０ｋ ａ １ 尹骥等 通过对 上海第②层粉 质黏 土重 塑 土进 行 控 制 吸 力 、 围压 的加 卸 载 剪 切 净 试验 ， 明 了随着 吸力 的增 大 ， 证 土体 的刚度 和 强度 也
区非饱 和士 Ｉ质进 行研究也 具有重要 的实 际意 义． 生 国 内 已有 很 多 学 者 对 非 饱 和 土 的土 一 特 性 和 水
土层
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土名
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②翟色 ５￣２ ．２ ｓ ． 黏 ．６ ４ ３． ７ ７ ７． ． 。 ． ２ ９ 。 ２ ③荔 质１ １ 。。。 ４ １－．ｓ ．２ ．。 ． １ｓ ｓ． 。２ ２ ７． ｓ ６．
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④ 泥 １ ７￣１ ２ ７ ８． ４ｓ． ｓ
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力学 特性 进 行 了研 究 ． 如 ， 为 民 等 采 用 滤 纸 例 叶 法 、 析 法 和气 相 法 获 得 上 海 第 ② 层 土 在 ０～ 渗
１ ０ Ｐ范 围 以 及 全 吸 力 （ ０ｋａ ４ ０～１。ｋ ａ 范 围 内 的 ０ Ｐ）
随之 增大 ， 得到 了变 形模 量 与吸力 及 围压 的关 系 ． 并 孟德 林等 用 滤纸 法试 验研 究 了高庙 子膨 润 土 与砂 混合 物 的 土． 特 性 ． 德 安 等 研 究 了影 响土 ． 水 孙 水 特征 曲线 的 主要 因素 ， 并指 出应 力 状 态不 是 影 响 土． 水特 征 曲线 的直 接 因素 ． 茂 田等 针 对 不 同类 型 栾 土体 ， 合 试 样 收缩 曲线 和 土－ 特 征 曲线 ， 析 了 结 水 分 土体干燥 与干 湿循 环 过程 中基 质 吸力 和 孔 隙 比的关