重塑黄土崩解特性试验研究.pdf

第31卷第10期
长江科学晥院报
2014年10月
Journal of Yangtze River Scientific Research Institute
Oct.2014
DOI:10.3969/j.issn.1001-5485.2014.10.023
2014,31(10):146-150,155
重塑黄崩解特性试验硏究
高建伟,余宏明2,钱玉智,李科
(1.西北电力设计院,西安710075;2.中国地质大学工程学院,武汉4310074;
3.青岛市勘察测绘研究院,山东青岛266003
摘要:为研究重塑黄上的崩解特性及其与影响因素之间的关系,利用自制崩解试验仪对32种不同干密度、不同
初始含水率的黄土试样进行崩解试验,分别得出了试样崩解速率与干密度、初始含水率、有效空隙率的关系曲线,
并以土ー水特征曲线为基础,分析了试样孔隙结构对其崩解性能的影响。试验结果表明,同一初始含水率下,随着
干密度的增加,试样崩解速率呈指数函数形式衰减且衰减速率随初始含水率的增加而近线性增加;同一干密度下
随着初始含水率的增加,试样的崩解速率有降低趋势,但下降趋勢并不显著。通过分析干密度、初始含水率与崩解
速率的关系,结合试样土水特征曲线,讨论了孔隙结构对崩解速率的影响,并研究了试样崩解速率与有效空隙率的
关系,试样崩解速率的分布以有效空隙率等于8%,22%为分界线明显分区,研究认为由于试样制备压实过程中,形
成了不同的孔隙结构。
关键词;重塑黄土;崩解速率;孔隙结构;有效空隙率
中图分类号:TU411
文献标志码:A
文章编号:1001-5485(2014)10-0146-05
了深入研究。研究得出,黄土的崩解速率是表征其
1研究背景
崩解性的重要指标,反映了土的水蚀性能力,因而研
究黄土崩解速率与其物理性质指标之间的关系具有
土的崩解在土工试验中称为湿化,是指土体浸重要意义。本文旨在通过室内试验,研究黄土崩解
水后发生碎散解体、塌落的现象,是由于水流入渗挤速率与干密度、初始含水率及有效空隙率之间的量
压气体,引发土体内部应力集中,使斥力超过吸力,化关系,并结合土ー水特征曲线初步探讨黄土试样
进而造成土体崩落解体。黄土具有垂直节理,富含的孔隙结构及孔隙气体对崩解速率的影响,为相关
钙质和大孔隙,土质松散,是一种特殊土体,浸水后实践工程提供借鉴。
极易发生崩解破坏。在黄土地区的水土流失,边坡
破坏,地基失效,冲沟及洞穴发育,滑坡、泥石流
等地质灾害的形成和发育过程中,黄土的崩解性都2试样制备与试验方法
发挥重要作用。研究同时表明2-3,土体崩解性与2.1试样制备
其抗水蚀能力关系密切。因此研究黄土的崩解特性
试验土样取自山西省河曲县,在室内将土样混
不仅对黄土地区上述工程地质问题的评价具有重要匀风干、研磨,并过5mm筛。土样基本物理性质指
意义,而且关系到人类的生活生产和环境保护。
标见表1。
对于黄土崩解性,相关学者做了大量研究,对崩
为了减小试样大小、形状对试验结果的影响,试
解影响因素、崩解的非饱和性、崩解机制等进行样统一采用标准环刀样,试样体积为60cm3。制样
表1土样物理性质指标
Table 1 Physical indexes of soil sample
相对密度液限/%塑限%
颗粒维成/%
0.075mm<0.05mm<0.01mm<0.005mmH<0.002mm
矿物成分
2.56
25.4216.69
78.51
67.01
37.20
27.79
石英、长石、绿泥石、伊利石等
收稿日期:2013-07-16;修回日期:2013-09-15
基金项目:国家白然科学基金资助项目(41272377)
作者简介:高建伟(1987-),男,陕西榆林人,硕土研究生,主要从事岩土体稳定性与地质灾害方面研究,(电话)15029752890(电子信箱
nwelgao88@sina.com。
通讯作者:余宏明(1952-),男,湖北武汉人,教授,硕士,主要从事地质灾害与岩土工程的教学与科研工作,电话)18627871639(电子信
#i)yuhongming55@sohu.com
第10期
高建伟等重塑黄土崩解特性试验研究
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前将土样烘干24h,烘干后称取一定质量土样,按初
始含水率配比加入一定质量蒸馏水,搅拌均匀后用
保鲜袋密封并置于保湿缸内24h,使土体中水分均3试验结果分析
匀分布。试样制备时,称取定量土样采用静压法制3.1试验崩解曲线
成环刀样。
崩解曲线是描述试样累积崩解量与时间关系的
由击实试验得试验黄土最大干密度为1.85曲线。图2是较典型120
cm,最优含水率为15.8%。为了研究初始含水率的崩解曲线(Pa=1.68o
和干密度在工程实践中对黄士崩解性能的影响,试gcum2,w=14%),可分
验干密度p分别取1.5,1.6,1.7和1.8g/cm3(压实为AB,BC和CD段。
20
50100150200
度分别为81%,87%,92%,98%)4种;同时,为了比
其中,BC段为试
时间
楔黄土实践工程状态,试样初始含水率应控制在天样崩解的主要阶段,其图2试样崩解曲线
然含水率与饱和含水率之间,并考虑试验黄土的最陡缓反映了试样崩解Fg2 Disintegration curve
优含水率,因此试验设计初始含水率m分别为8%,的快慢,且崩解速率较
of the sample
10%,12%,14%,16%,18%,20%共7种。
为稳定,可表征试样的平均崩解速率。崩解速率
2.2试验方法
可用下式计算
根据相关行业规范的试验要求,试验仪器采
(2)
用自制式崩解仪(图1)进
行试验研究。仪器盛放试
式中:V为崩解速率(s);H,H2分别为C,B点对
样的网板网眼尺寸为
玻璃容器
应的累积崩解量(%);tc,a为C,B点对应的崩解
0.8cm×0.8cm。
时间(s)。
试验开始时,将制备
浮筒
3.2干密度对崩解的影响
好的试样放于金属网板
试样干密度的大小是影响崩解的主要因素,干
上,手持浮筒匀速将其浸
密度不同,试样的微观结构、渗透性不同,决定了其
入装有适量水的玻璃容器
崩解性的不同。相关研究表明,重塑黄土处于低密
中,开始计时并记录浮筒
金属网板
度状态时(压实度小于90%),土体结构松散,多架
的初始读数。试验过程中
图1崩解试验仪示意图
空、支架孔隙,试样干密度的增加,使得土颗粒孔隙
每隔10s测记一次浮筒于
Fig 1 Sketch of
被填充,土结构向紧密集粒方向转变,当试样压实度
水面处的刻度数,并描述 disintegration tester
达到95%左右时,架空孔隙基本消失,土体微观结
试样的崩解现象,根据试
构转变为镶嵌结构,孔隙减少,渗透性降低,崩解性
样的崩解快慢调整记的时间间隔,当试样完全通降低?。
过金属网格崩落后,试验结束。
图3是初始含水率为14%时,试样不同干密度
试验结束后,崩解量按式(1