饱和度对土的三轴不固结不排水试验强度指标的影响研究.pdf

检测与分析GEOTECHNI CAL ENG I NEER I NG WORLDVo.l 12No . 6 收稿日期 饱 和 度 对 土 的 三 轴 不 固 结 不 排 水 试 验 强 度 指 标 的 影 响 研 究 吕永高, 郑召典 (烟台大学土木工程学院, 烟台264005) 摘要土的饱和度对强度的影响较大, 在土的三轴抗剪强度试验中, 大多数是将加工好的试件, 进行抽 气饱和, 然后做试验, 实际上, 有些土样的原始状态并非是饱和的, 因此, 用饱和后的试件做试验, 得出的结果就有一定的差距, 特别是对不固结不排水试验, 影响更大, 文章对初始状态、 自然浸水 状态和抽气饱和后 3种不同饱和程度的试件, 分别做不固结不排水试验, 从而找出不同饱和度对 土的强度指标的影响规律, 为准确测定土的强度指标做一些基础性的研究。 关键词饱和度强度指标三轴试验不固结不排水 中图分类号: TU411. 7文献标识码: A文章编号: 1009- 5098( 2009) 06- 0046- 03 0 前言 土的强度指标是确定土的承载能力的一个重要 指标, 因此, 准确测定土的抗剪强度指标, 对于建筑 工程的设计和施工有着很大的意义。目前, 用三轴 剪切试验测土的抗剪强度指标是较为普遍的一种方 法, 而且对于高层建筑, 在进行地质勘察时, 要求对 取出的原状土, 用三轴剪切实验来测定土的抗剪强 度指标。随着社会的发展, 兴建的高层建筑越来越 多, 使得三轴剪切实验的应用也越来越广泛, 所以, 使三轴实验的检测不断地完善有着很大的必要性, 基于这一要求, 对土在三轴不固结不排水实验中, 其 饱和程度对强度指标的影响进行了研究, 本实验所 采用的土样是从野外采集的同一种土, 在室内进行 烘干、 碾碎后过 2 mm的筛, 用筛下的土制作试件, 相对来讲, 要比原状土均匀一些, 所以得出的结果可 能要同原状土有一定的差距, 但是, 对于大多数较为 均匀的土来说, 其结论具有较强的参考价值。 1 试件的加工与制作 本实验中, 为了保证实验结果有可比性和较好 的规律性, 将准备好的土料搅拌均匀, 按照 14 . 0 % 的含水量在土料上均匀洒水, 稍静置后装入塑料袋, 然后置于密闭容器里 24小时以上。制作试件时,重新 测量土样的含水量, 然后, 按干密度 d= 1 . 6 gc m - 3 的要求, 制作 h= 8 . 0 c m , d= 3 . 91 c m的试件, 击实 试件时, 按试件的高度分 4层击实, 各层土料的质量 相等, 每层击实至要求高度后, 将表面刨毛, 然后再 加第二层土料, 如此继续进行直至击实最后一层。 将击实好的试件用三瓣膜夹好, 装入饱和器内并拧 紧螺丝, 每一组 4个试件, 平行做两次实验, 由于本 实验中, 要测 3种状态下的情况, 即初始状态、 自然 浸水状态和真空抽气饱和状态, 每一种情况下最少 需要 8个试件, 3种情况最少需要 24个试件。试件 做好之后, 需要做真空抽气饱和的试件, 放入饱和罐 内, 拧紧饱和罐的螺丝, 进行抽气, 当真空度接近一 个大气压后, 继续抽气一个小时, 然后徐徐注入清 水, 并使真空度保持稳定。待饱和器完全淹没水中 后, 停止抽气, 解除饱和罐内的真空, 让试件在饱和 罐内静置 10小时以上; 需要做自然浸水状态的试 件, 放入盛有水的桶中, 桶中的水要将试件淹没, 静 置 10小时以上; 需要做初始状态的试件, 加工好之 后, 即可进行三轴不固结不排水剪切实验。 实验中所用土的物理性质如表 1 。 表 1实验土样物理性质 土样 名称 液限 /% 塑限 /% 初始含 水量 /% 干密度 /g/cm- 3 塑性 指数 比重 粉质 粘土 27 . 116 . 014 . 61. 611. 12 . 70 6 2008- 10- 29 4 岩土工程界第 12卷第 6期检测与分析 47 检测与分析GEOTECHNI CAL ENG I NEER I NG WORLDVo.l 12No . 6 3 /kPa 3 /kPa 1 /kPa 1 /kPa 1+31 + 31-3 2kPa2kPa2kPa 100 0118 6109 39 3 200 0228 0214 014 0 300 0332 6316 316 3 400 0436 8418 418 4 通过实验可以看出, 在抽气饱和状态下, 饱和度 为 97% (利用施加围压后, 产生的孔隙水压力大小 来确定的饱和度, 非理论计算的饱和度 ), 对两次试 验得出的指标进行平均, 那么, 凝聚力 c为 6 . 6kPa, 内摩擦角为 1 . 6 。 3 试验结果分析 从试验结果中, 可以看出, 土的饱和度的不 同, 对它的抗剪强度指标的大小有较大的影响, 很 明显地看出, 饱和度越大, 抗剪强度指标就越小。 也就是说, 如果将原状土加工成试件后, 不考虑原 来的饱和度是多少, 一律将试件进行抽气饱和, 那 么, 得出的结果会有很大的差异, 不能真实地反映 土的抗剪强 度指标。本试验通过对不同饱和度的土, 进行不 固结不排水三轴剪切试验, 在大量实验的基础上, 选取有代表性的 3组实验, 得出如下结论, 饱和度 的比值为 0. 28 0 . 65 0. 97的情况下, 凝聚力的比 值为30 . 8 16. 4 6 . 6 , 内摩擦角的比值为 8 . 8 3. 0 1 . 6 。从实验数据可看出, 以饱和度为 100 % 为 基准, 饱和度为 65 % 左右的土的凝聚力、 内摩擦角 的值基本上是饱和度反过来比值的 0. 99倍; 饱和 度为 28% 左右的土的凝聚力、 内摩擦角的值基本 上是饱和度反过来比值的 1 . 47倍。依据以上结 论, 对于非 100% 饱和的土, 在进行抽气饱和试验 后, 可以根据以上的比值, 反推出实际的凝聚力和 内摩擦角的值, 能够更真实地反映土的抗剪强度 指标, 为工程施工和设计提供更准确的数据。 参考文献 1中华人民共和国水利电力部. 土工试验规程 S, 北京: 水利电 力出版社, 1987 . 2吕永高, 纪庆. 三轴固结不排水剪切实验研究 J. 岩土工程 界, 2006, ( 1). 世界高原第一长隧关角隧道 2 # 斜井顺利通过断层并进入主洞施工 近日, 由中铁十六局集团一公司施工的世界高 原第一长隧关角隧道 2 # 斜井顺利通过断层并进入 主洞施工。 关角隧道 2 #斜井设计平距长 1038m, 综合坡度 为 9. 74 %, 井口高程 3517 . 04m。斜井位于低高山 区, 通过志留系变质砂岩夹板岩, 岩体受构造影响严 重, 节理、 裂隙较发育, 岩体破碎,级软石。斜井井 身通过 F2 、 F2- 1断层破碎带长度达 300m, 断层破 碎带由断层角砾、 断层泥组成, 局部含水,级硬土 -级软石, 围岩自稳能力极差, 极易发生变形、 坍 塌。 中铁十六局集团一公司关角隧道项目采用超前 导管注浆, 微台阶法开挖, 开挖后及时以间距 50c m 架设工字钢, , 喷射混凝土, 局部围岩较差段落架设 双层钢拱架, 铺底混凝土中埋设钢架与拱墙钢架连 接成环, 确保钢架封闭成环。同时严格围岩监控量 测及地质超前预报管理。通过加强初期支护, 取消 二衬施工, 加快了施工进度, 为确保工程总工期奠定 了坚实的基础, 在一定程度上降低了施工成本。目 前, 2 #斜井已经顺利通过 F2 、 F2- 1断层破碎带进入 主洞施工, 围岩监控量测数据表明, 初期支护已经稳 定, 验证了断层的施工方法的安全可靠性, 也为主洞 断层施工积累了丰富的经验。 摘自 中国铁道工程建设协会网站 48