不同压实度下重塑黄土抗剪指标分析

徐 大 伟

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

不同压实度下重塑黄土抗剪指标分析

徐 大 伟1,2

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

以吕梁地区马兰黄土和离石黄土为研究对象，在马兰黄土及离石黄土不同压实度下，处于天然、最优、塑限、饱和四种状态的含水量水平时进行试样直接快剪试验，通过试验数据分析了不同压实度、含水量条件下重塑土的粘聚力、内摩擦角的变化规律，得出了一些有参考价值的结论。

重塑黄土，压实度，含水量，粘聚力，内摩擦角

0 引言

中国是世界上黄土分布最广、厚度最大、比较典型的国家，面积达64万km2，约占我国陆地面积的6.6%。尤其在山西吕梁地区，大部分工程施工、建设都与黄土分不开。吕梁地区是典型的黄土丘陵地貌，千沟万壑，而在吕梁离石区陈家崖发育着最为典型的中更新世晚期黄土，故Q2黄土被命名为离石黄土[1]。吕梁地区常采用广泛分布的马兰黄土和离石黄土作为填料，大规模用于山区冲沟的回填，在这些工程建设中，回填的重塑黄土经压实度控制，成为了各类建筑物的基础或边坡等等，因此其强度特性影响到边坡的稳定性，决定着正确的工程设计和地基处理措施[2]。因此，黄土相关指标的研究，尤其是对重塑黄土强度特性的研究，对黄土地区的工程建设有着重要的指导意义和应用价值。

1 试验试样的制作和准备

抗剪强度试验所用黄土取自吕梁离石大武某工程的黄土扰动土，扰动土样制备方法按照公路土工试验方法标准中规定进行，采用重型击实试验仪制取0.90，0.93，0.95，0.98压实度状态的重塑土样(击实锤质量4.5 kg，锤落高为457 mm，击实筒内径为152 mm)。在对重塑黄土进行直剪试验时，所采用的试件为直径10 cm,高20 cm的圆柱状试件。根据试验设计方案，对已经制备好的重塑土样分别进行增湿，增湿所需水量按下式控制[3]：

式中：mw——制备试样所需要的加水量，g；m0——湿土的质量，g；w0——湿土的含水量，%；w1——制样要求的含水量，%。

2 重塑马兰黄土抗剪强度特性

重塑黄土含水量和压实度变化对抗剪强度产生的影响主要由它们对粘聚力c值及内摩擦角φ值产生的影响来反映。对于同一种土而言，压实度和含水量无疑是决定抗剪强度最主要的因素[4]。

按照试样处于0.90，0.93，0.95，0.98压实度水平制备的试样，分别在天然、最优、塑限、饱和四种状态的含水量下进行直接快剪试验，初始压实度为90%的试样，含水量分别为8.65%，12.87%，15.77%,19.71%；初始压实度为93%的试样，含水量分别为8.65%，12.84%，15.77%，18.82%；初始压实度为95%的试样，含水量分别为8.65%，12.64%，15.88%，18.55%；初始压实度为98%试样含水量分别为8.65%，12.66%，15.88%，19.70%。

2.1 含水量及压实度对粘聚力的影响

试验得到的试样含水量w及压实度与粘聚力c变化曲线见图1，图2。

由图1可知：同一含水量条件下，压实度越大，土粒排列越紧密，粘聚力c值随压实度的增大而增大。另外，在天然、最优、塑限及饱和含水量w水平下，粘聚力随压实度增加均表现为不同程度的增加，这种规律表明：不同含水量条件下，压实度的提高所导致的粘聚力增加不受含水量水平的制约。

由图2可知：同一压实度条件下，粘聚力c随着含水量w的增大而减小，其原因可能是由于土中弱结合水分子随含水量增大而增加，对土体颗粒的润滑作用增强，从而使得粘聚力c减小。另外压实度越低，土体粘聚力c受含水量w影响越小。同时，当土体含水量低于最优含水率时，粘聚力c值受含水量影响较小，当土体含水量大于最优含水量时，粘聚力c值受含水量影响较大。

2.2 含水量及压实度对内摩擦角的影响

试验得到的试样含水量w及压实度与内摩擦角变化曲线见图3，图4。

由图3，图4可知：在同一含水量w条件下，内摩擦角φ随压实度K增大而增大，并且含水量越大，压实度对内摩擦角φ值的影响越大。在同一压实度水平下，含水量w的增大，试样内摩擦角φ值随之而减小，且初始压实度越高，含水量对φ值的影响越小。

3 重塑离石黄土抗剪强度特性

按照试样处于0.90，0.93，0.95，0.98压实度水平制备的试样，分别在天然、最优、塑限、饱和四种状态的含水量下进行直接快剪试验，其中，初始压实度为90%的试样，含水量分别为11.25%，12.55%，16.34%，19.71%；初始压实度为93%的试样，含水量分别为11.25%，12.61%，16.34%，18.82%；初始压实度为95%的试样，含水量分别为11.25%，12.55%，16.23%，18.55%；初始压实度为98%试样含水量分别为11.25%，12.80%，16.35%，17.70%。

3.1 含水量及压实度对粘聚力的影响

试验得到的试样含水量w及压实度与粘聚力c变化曲线见图5，图6。

由图5，图6可知：同一含水量条件下，压实度越大，土粒排列越紧密，粘聚力c值随压实度的增大而增大。另外，在天然、最优、塑限及饱和含水量w水平下，粘聚力随压实度增加均表现为不同程度的增加，这种规律表明：不同含水量条件下，压实度的提高所导致的粘聚力增加不受含水量水平的制约。同一压实度条件下，粘聚力c随着含水量w的减小而增大。另外，初始压实度越低，土体粘聚力c受含水量w影响越小。同时，当土体含水量低于最优含水量时，粘聚力c值受含水量影响较小，当土体含水量大于最优含水率时，c值受含水量影响较大。

3.2 含水量及压实度对内摩擦角的影响

试验得到的试样含水量w及压实度与内摩擦角变化曲线见图7，图8。

由图7，图8可知：在同一含水量w水平下内摩擦角φ随压实度增大而增大，且在饱和含水量状态下，其中93%压实度条件下较其他压实度条件下内摩擦角φ下降最为明显。在同一初始压实度条件下，试样含水量w高于或低于最优含水量时，内摩擦角φ值均呈减小趋势，且饱和含水量条件下内摩擦角φ值降幅最为明显。

4 结语

1)马兰黄土重塑土粘聚力及内摩擦角随着初始压实度的增大及含水量的降低均会增加，但相对于内摩擦角而言，含水量及压实度对粘聚力的影响程度更大，粘聚力及内摩擦角与含水率及压实度具有线性关系。

2)重塑马兰黄土内摩擦角、重塑离石黄土粘聚力及内摩擦角在同一压实度条件下，最优含水量的重塑土试样抗剪指标均优于其他三种状态的抗剪指标。

3)本次试验仪器采用应变式直剪仪，该设备操作过程中影响因素较多，误差较大，不能控制压缩过程中的排水，因此可以下一步采用其他精度较高仪器试验。

4)本次试验用土取自吕梁离石大武，结论适用于吕梁地区，对于其他地区类似工程是否适用，有待研究对比。因此，在下一步工作中有必要对其他地区黄土进行对比试验，找到其中的共性。

[1] 刘东生.黄土的物质成份和结构[M].北京:科学出版社，1985.

[2] 刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版社，1996.

[3] GB/T 50123-1999，土工试验方法标准[S].

[4] 骆以道.考虑饱和度的压实填土抗剪强度研究[J].岩土力学，2011，32(10):3143-3148.

XU Da-wei1，2

Analysis on remolded loose shearing strength index under various compaction degrees

(1.Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024, China； 2.Shanxi Academy of Survey & Design, Taiyuan 030013, China)

Taking Malan loose and Lishi loose in Lvliang region as the research targets, the paper carries out direct quick shear test of moisture level under natural, optimal, plastic limit and saturated conditions with various compaction degrees, analyzes remolded loose cohesion and internal friction angle altering law under various compaction degrees and various moisture content, and finally draws some valuable conclusions.

remolded loess, compaction degree, moisture, cohesion, internal friction angle

1009-6825(2014)31-0075-03

2014-08-24

徐大伟(1983- )，男，在读工程硕士，工程师

TU432

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