自然环境下植被作用对膨胀土抗剪强度影响试验★

姜静 林凯 李雄威

(常州工学院土木建筑工程学院，江苏常州 213002)

0 引言

在自然环境下，蒸发效应会引起膨胀土中的水分蒸发而造成土体开裂，裂缝会进一步的发展，形成错综复杂的裂隙网络。而这些裂隙的产生使得土体的结构和完整性都遭到破坏，必然会影响土体的抗剪强度［1］。除了蒸发效应之外，降雨对膨胀土的强度也存在较大的影响。那是由于裂隙为雨水入渗提供了通道，雨水会随着膨胀土中的裂隙流入，土体含水量迅速上升，土体膨胀，吸力减小，土体强度也会随之锐减［2］。

在我们实际工程中，边坡上必然会有植被覆盖，由此联想植被的覆盖对膨胀土抗剪强度有一定影响。因此，本试验对自然环境下，有、无植被覆盖土体强度变化进行了初步的研究。

1 试验方案

1.1 试验思路

本试验研究的是在自然环境下，有、无植被覆盖对膨胀土抗剪强度的影响。所以，设计两种土样:

1)有植被覆盖的膨胀土试样;

2)无植被覆盖的膨胀土试样。将两种试样在自然条件下放置一段时间后，用直剪仪进行固结直剪试验，将所得结果的一系列参数进行对比，从而研究自然条件下植被覆盖对土体抗剪强度的影响。

1.2 植被选取

本试验的研究对象为广西南宁地区的原状膨胀土，所以在植被选取方面也选择了广西具有代表性的马尼拉草。马尼拉草又称沟叶结缕草，禾本科、多年生、暖季型草。马尼拉草节节生根，根系发达，是固土护坡的好材料。

1.3 试样制备与操作

两种土体试样均为40 cm(l)×15 cm(b)×40 cm(h)，土体四周及底部均用保鲜膜裹紧，目的是为了防止四周水分的蒸发会对实验结果产生影响。之后再用4 cm厚的挤塑板包裹在试样的四周及底部，围成模型箱。土样与模型箱之间的间隙用保温膜塞紧，模型箱四周的缝隙用玻璃胶密封，确保土体中的水分迁移和温度变化是一维竖向的。将悉心养护的马尼拉草移植到其中一个膨胀土试样上。完成以上一系列步骤之后把试样放置室外。

试验从2013年6月～2013年10月，历时5个月左右，在此期间正值夏秋两季，夏季高温，雨水多;9月气温变化加剧，昼夜温差大。

将放置在自然环境下近5个月的土体试样，取5 cm深度的土层作为样本，利用标准环刀进行取样，环刀规格为6.18 cm，面积30 cm2，取四个样本，用真空吸水仪抽气饱和(见图1)，然后将土样放置在保湿器中陈化48 h，在荷载分别为12.5 kPa，25 kPa，50 kPa和100 kPa的情况下用电动直剪仪进行固结直剪试验(见图2)。

图1 真空吸水仪

图2 电动直剪仪

2 试验结果与分析

图3是由自然条件下有、无植被覆盖膨胀土试验数据整理所得。不难发现，饱和剪强度与荷载呈一定的线性关系，在相同的自然环境下，有植被覆盖的膨胀土饱和抗剪强度大于无植被覆盖的膨胀土饱和抗剪强度。

图3 有、无植被覆盖膨胀土饱和抗剪强度

根据莫尔—库仑强度理论公式τ=σtanφ+c，以及莫尔包线［3］，结合图3的数据不难计算出有植被覆盖土体强度指标c=8.668 2 kPa，φ =6.26°，无植被覆盖土体强度指标 c=0.513 1 kPa，φ=6.69°。从粘聚力c数值发现有植被覆盖土体的粘聚力明显大于无植被覆盖的粘聚力;而内摩擦角φ相差不大，说明有、无植被覆盖土体内摩擦角衰减程度较一致。

3 结语

将有、无植被覆盖的土样在自然环境下放置5个月之后，利用直剪仪对其进行饱和抗剪强度试验，根据莫尔—库仑强度理论，将试验所得参数对比，研究发现:相同的自然环境下，有植被覆盖膨胀土直剪强度指标 c=8.668 2 kPa，φ =6.26°;无植被覆盖膨胀土直剪强度指标 c=0.513 1 kPa，φ =6.69°，说明有植被覆盖的土体抗剪强度大于无植被覆盖土体的抗剪强度，植被覆盖可以在一定程度上减缓自然环境对膨胀土强度的影响。

［1］刘华强，殷宗泽.裂缝对膨胀土抗剪强度指标影响的试验研究［J］.岩土力学，2010(3):727-731.

［2］王庆中.降雨条件下膨胀土边坡稳定性探讨［J］.现代交通技术，2008，5(5):14-17.

［3］代国忠，顾欢达.土力学与基础工程［M］.重庆:重庆大学出版社，2011:105.