含水量对非饱和土抗剪强度和压缩模量影响研究

王　琼　邓　艺　韩坤立　刘　军　詹　俊

(成都市勘察测绘研究院，四川成都　610000)



含水量对非饱和土抗剪强度和压缩模量影响研究

王琼邓艺韩坤立刘军詹俊

(成都市勘察测绘研究院，四川成都610000)

摘要:采用直剪试验和固结试验，对试验土样的内摩擦角、粘聚力值以及压缩模量进行了研究，分析了土的含水量对非饱和粉质黏土的抗剪强度和压缩模量的影响，以供参考借鉴。

关键词:含水量，抗剪强度，压缩模量

1　概述

土的抗剪强度是指土在受到外力荷载和自重压力下，具有抵抗外力不受破坏的极限强度，其强度指标主要有C值和ψ值。而土的抗剪强度大小主要取决于土粒之间的连结力和压实度，而含水量是影响其压实度的重要因素，因基质吸力是影响非饱和土的一个重要性能指标，且压缩模量是检测其压实度的重要指标。

截至目前，已有大量的研究人士用不同的方法对土的抗剪强度特性进行了研究，如蔡建［1］利用现场原位试验和室内试验对原状土的抗剪强度指标关系进行了研究，并得出了计算原状土抗剪强度指标的方法;郭庆国［2］利用三轴剪切试验分析研究了应力、应变、体应变等的变化规律，并较为全面、合理地得出了粗粒土的抗剪强度特性及参数关系;高战锁［3］利用固结快剪、直接快剪、三轴剪试验研究了不同土体的粘聚力和内摩擦角与含水量的相关关系，并根据回归方程得出了土的C值和φ值;黄琨等人［4］利用直剪试验研究了含水量与抗剪强度的关系，并得出了抗剪强度的变化是含水率和压实度共同影响的结果。同时，邓友生等人［6］利用多元线性回归方法研究了含水量对非饱和重塑膨胀土抗剪强度和压实度的影响，试验研究结果表明:非饱和重塑膨胀土的压实度与其含水量成反比例关系，与法向应力成正比例关系，即压实度随着含水量增加而降低，随着法向应力的增加而增大。

2　试验研究

试验用土取自成都某地的非饱和粉质黏土，采用密度计法(分度值为0．05°)对试验用土进行颗粒分析试验，试验结果见表1。通过对原始试验用土进行基本物理性质的检测试验，得出其含水量为22．5%，密度为1．95 g/cm3，饱和度为90%，孔隙比0．762，液限35．6%，塑限22．4%，塑性指数13．2，液性指数0．30。对于不同含水量的控制，利用黄琨等人［4］的研究方法，将试验用土装入真空缸内，利用抽气饱和法直接进行饱和，当真空压力表读数接近一个大气压力值时，抽气2 h后，用环刀取样，共取6组30个环刀样，然后将所有环刀样置于烘箱中，于105℃下烘干不同时间来控制土的含水量，进而研究含水量对非饱和土抗剪强度和压缩模量的影响。

表1　土的颗粒分析试验结果

对原始试验用土进行含水量控制，共制备了37．8%，26．5%，18．5%，15．1%，10．2%，7．8%六种含水量试验用土，每种含水量制备5个环刀样，4个用于快剪试验，1个用于固结试验。本文利用应变控制式直剪仪进行直剪试验，通过控制砝码重量使法向应力分别达到50 kPa，100 kPa，200 kPa，400 kPa，试验速率为0．8 mm/min，通过人工控制试验过程和数据记录;利用全自动中压气压固结仪进行固结试验，加压过程和数据采集均由人工完成。通过直剪试验和固结试验得出的不同含水量下的抗剪强度和压缩模量见表2。从图1中可以看出，随着含水量的增加，压缩模量逐渐减小，当含水量达到18．5%时，土的压缩模量为7．81 MPa;从图2中可以看出，随着含水量的增加，土的抗剪强度逐渐减小，表现为其C值和φ值逐渐减小;从图3和图4中可以看出，随着压缩模量的增大，土的抗剪强度逐渐增加，即土的内摩擦角φ和粘聚力C逐渐增大，当含水量为18．5%时，土的内摩擦角为22°，粘聚力为49 kPa，压缩模量达到7．81 MPa。

表2　试验用土含水量与抗剪强度和压缩模量的关系表

图1　土的含水量与压缩模量关系曲线

图2　土的含水量与抗剪强度关系曲线

图3　土的压缩模量与内摩擦角φ关系曲线

图4　土的压缩模量与粘聚力C关系曲线

3　结语

通过研究含水量对非饱和粉质黏土抗剪强度和压缩模量的影响，得出了以下结论:1)随着含水量的增加，压缩模量逐渐减小，当含水量达到18．5%时，土的压缩模量为7．81 MPa;2)随着含水量的增加，土的抗剪强度逐渐减小，表现为其C值和φ值逐渐减小;3)随着压缩模量的增大，土的抗剪强度逐渐增加，即土的内摩擦角φ和粘聚力C逐渐增大，当含水量为18．5%时，土的内摩擦角为22°，粘聚力为49 kPa，压缩模量达到7．81 MPa。

参考文献:

［1］蔡建．原状土的抗剪强度研究［J］．岩土力学，2012，33 (7):1965-1971．

［2］郭庆国．粗粒土的抗剪强度特性及其参数［J］．陕西水力发电，1990(3):29-36．

［3］高战锁．土的抗剪强度的再认识［J］．山西建筑，2014，40 (33):49-50．

［4］黄琨，万军伟，陈刚，等．非饱和土的抗剪强度与含水率关系的试验研究［J］．岩土力学，2012，33(9):2600-2604．

［5］殷志建，张诚大，关文光．土力学与地基基础［M］．北京:中国建筑工业出版社，1980．

［6］邓友生，吴鹏，陈秋南，等．含水量对非饱和重塑膨胀土抗剪强度和压实度的影响［J］．公路，2015(9):224-227．

·施工技术·

On effect of water content on shear strength and compression modulus of unsaturated soil

Wang QiongDeng YiHan KunliLiu JunZhan Jun
(Chengdu Surveying and Mapping Research Institute，Chengdu 610000，China)

Abstract:The paper undertakes the direct shearing test and consolidation test，researches the inner friction angle，cohesive force value and compression modulus of the trial soil，analyzes the effect of water content on shear strength and compression modulus of unsaturated soil，so as to provide some reference．

Key words:water content，shearing strength，compression modulus

作者简介:王琼(1987-)，女

收稿日期:2015-10-28

文章编号:1009-6825(2016)01-0096-02

中图分类号:TU432

文献标识码:A