基于非飽和土理論的改良膨脹土強度特性試驗研究.pdf

1、膨脹土是一種特殊的災(zāi)害性軟土，由于其不良的工程特性在全世界范圍內(nèi)都導(dǎo)致了許多工程問題或工程災(zāi)害。因此，開展對膨脹土處治方法及其處治后的強度特性研究，探討其在非飽和狀態(tài)下的強度變化規(guī)律，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。本文針對廣西南寧膨脹土，依托國家自然科學(xué)基金資助項目“膨脹土非線性流變特性研究”（項目編號:50978097），以及湖南省科技廳資助項目“膨脹土非線性流變特性本構(gòu)模型研究”（項目編號:2010SK3047），開展了對非飽和

2、膨脹土和非飽和石灰改良膨脹土強度特性的試驗與理論研究?；诜秋柡屯晾碚?，結(jié)合土-水特征曲線和三軸試驗結(jié)果，建立了考慮基質(zhì)吸力和徑-法向應(yīng)力作用的素膨脹土和石灰改良膨脹土抗剪強度模型，提出了雙應(yīng)力狀態(tài)下非飽和土的抗剪強度確定方法。通過對試驗結(jié)果的分析，探索了基質(zhì)吸力和含水量對非飽和土強度的影響規(guī)律;揭示了石灰改良膨脹土的強度變化機理。研究結(jié)果可為實際工程中非飽和膨脹土的強度分析提供理論依據(jù)，也為快速確定非飽和土的抗剪強度指標(biāo)提供了可靠的方

3、法。本文所開展的主要研究工作和所取得的研究進展及創(chuàng)新結(jié)論如下。
　　一、開展的主要研究工作
　　(1)對南寧膨脹土和石灰改良膨脹土進行一系列常規(guī)室內(nèi)試驗，包括界限含水率試驗、擊實試驗、膨脹性試驗、標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率試驗等，分析了石灰改良膨脹土的實際效果，用以確定試驗研究中的最優(yōu)摻灰比。
　　(2)利用壓力板對南寧膨脹土和石灰改良膨脹土進行了土-水特征試驗，分別得到了不同壓實度條件下未改良膨脹土和石灰改良膨脹土的土-水特征曲

4、線。利用Fredlund-Xing模型，對試驗數(shù)據(jù)進行了擬合，并分別對不同壓實度條件下的未改良膨脹土和石灰改良膨脹土的模型參數(shù)進行了分析。
　　(3)利用英國GDS儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的全自動三軸儀(GDSTAS)對未改良膨脹土和非飽和土進行系列三軸試驗。
　　(4)將Vanapalli& Fredlund抗剪強度表達(dá)式和Fredlund-Xing土-水特征曲線模型相結(jié)合，對未改良膨脹土和改良土抗剪強度進行分析，探索了不同基

5、質(zhì)吸力和凈法向應(yīng)力條件下土的抗剪強度變化規(guī)律。
　　二、取得的主要研究進展和創(chuàng)新結(jié)論
　　(1)基于Fredlund-Xing模型，分別構(gòu)建了適合于素膨脹土和石灰改良膨脹土的土-水特征曲線模型，并通過擬合得到了相關(guān)的模型參數(shù)。通過對模型參數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)隨著石灰改良膨脹土的進氣值減小，殘余含水量有所增大。在相同的基質(zhì)吸力變化范圍內(nèi)，石灰改良膨脹土的含水率變化更小。說明石灰改良膨脹土的持水能力比素膨脹土較高、水穩(wěn)定性比素膨脹土較

6、好。
　　(2)通過三軸試驗研究發(fā)現(xiàn)，素膨脹土和石灰改良膨脹土在不同狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線不同。在飽和狀態(tài)下，素膨脹土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系主要以應(yīng)變穩(wěn)定和應(yīng)變硬化型為主。石灰改良膨脹的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系主要呈現(xiàn)為應(yīng)變軟化型。石灰改良膨脹土在非飽和狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線呈明顯的應(yīng)變軟化型，且隨著基質(zhì)吸力的增加，土的抗剪強度峰值點提前出現(xiàn)，且峰值強度明顯提高。改良后膨脹土的粘聚力c受基質(zhì)吸力影響明顯，隨著基質(zhì)吸力的增加而增大，而內(nèi)摩擦

7、角ψ則受基質(zhì)吸力的影響較小。
　　(3)基于非飽和土理論，對素膨脹土和石灰改良膨脹土進行了強度計算和分析。通過分析，探明了不同基質(zhì)吸力和不同凈法向應(yīng)力條件下非飽和土的抗剪強度變化規(guī)律;得到了在τ-(σ-ua）-（ua-uw）三維空間的非飽和土的強度包絡(luò)面。該強度包絡(luò)面可以很直觀地反映基質(zhì)吸力和凈法向應(yīng)力對非飽和土的強度的影響。
　　(4)根據(jù)飽和土三軸固結(jié)排水剪試驗結(jié)果和非飽和土強度理論，提出了基于基質(zhì)吸力和含水量的非飽和土

8、抗剪強度指標(biāo)（c和ψ）的計算確定方法。在此基礎(chǔ)上，建立了非飽和土抗剪強度計算理論。
　　(5)通過對基質(zhì)吸力和抗剪強度之間的變化關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)吸力對于非飽和土的抗剪強度的貢獻是非線性的。當(dāng)基質(zhì)吸力較小時，隨基質(zhì)吸力的增大，非飽和土的抗剪強度逐漸提高;當(dāng)基質(zhì)吸力達(dá)到某一值時，隨基質(zhì)吸力的進一步增大，非飽和土的抗剪強度逐漸降低。亦即當(dāng)基質(zhì)吸力達(dá)到某一“最佳值”時，非飽和土的抗剪強度達(dá)到最大值。
　　綜上所述，本文通過對素膨脹