粉质粘土工程特性研究

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 的影响。黄广 Gs 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。
试验结论
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。
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。
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。
• 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。
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：
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。
c 0.0142
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：
m 1 100% md
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。
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：
m 其中， 为试样含水率；m为试样湿质量； d 为试样干质量。 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 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
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， S rGs 先减小后增加，最后增量越 饱和度增量 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。