高温多雨对粉质黏土力学性质的影响

高均昭， 唐东旗

(许昌学院 土木工程学院，河南 许昌 461000)

高温多雨对粉质黏土力学性质的影响

高均昭， 唐东旗

(许昌学院 土木工程学院，河南 许昌 461000)

研究温度和含水量对粉质黏土的粘聚力和内摩擦角的影响，分析粉质黏土在高温多雨下力学性质的变化。现场取土样140个，采用人工控制温度和含水量分别分析了温度和含水量对粘聚力和内摩擦角的影响。研究发现，原状土伴随着含水量不断增大，粘聚力和内摩擦角不断下降，粘聚力下降幅度在50%～60%之间，内摩擦角下降幅度在15%～20%。就原状土而言，伴随着温度的增大，粘聚力和内摩擦角总体是下降5%～10%；原状土对于含水率和温度较为敏感。

粉质黏土；内摩擦角；粘聚力；含水率；抗剪强度；直剪试验

1 研究背景

近年来，随着高层建筑的增加，深基坑工程越来越多，对深基坑工程的安全控制研究也随之增加。但全国各地的案例表明，深基坑工程事故似乎大多发生在高温多雨的夏季。温度和含水量对土体的力学性质影响究竟有多大，基于此开展的研究似乎不多。

胡海英等研究了黏土的抗剪强度跟含水量的变化关系，结果显示: 随压实含水量增加粘聚力并非单调变化。压实黏土注水饱和后，压缩变形显著增加，抗剪强度和粘聚力则明显下降。而且压实含水量越小的土体在其他条件相同时，因饱和引起的压缩变形，抗剪强度和粘聚力损失较大，内摩擦角受浸水饱和的影响较小[1]。张存根等研究了粉质黏土的抗剪强度指标,并且探究了含水量变化对粘聚力、内摩擦角的影响,研究粉质黏土抗剪强度参数随含水量变化而变化的规律。粉质黏土的内摩擦角伴随着含水率的增加呈线性降低。其中采用控制含水量的办法制备扰动土样，采取多组数据以减小误差，并且绘制图形观察在不同的垂直压力下随着含水率变化粘聚力的变化。根据实验数据得出内摩擦角与含水量的关系，并且列出函数关系式子[2]。傅蜀燕等研究含水量和应力对土的抗剪强度的影响。试验表明：在最大干密度和最优含水率时候粉质黏土在强度最大，在最优含水率以前随含水率越大抗剪强度越大，在最优含水率以后随含水率越大抗剪强度越小[3]。许四法等通过直剪和基质吸力试验，探索含水率对抗剪强度及内摩擦角和粘聚力的影响。研究表明：随着基质吸力的增长，非饱和土的抗剪强度持续增大，表明基质吸力对抗剪强度有较大影响；伴随着含水率增加，土的内摩擦角减小；在含水率较小时，粘聚力增长，当含水率增加到一定值时，土的粘聚力快速下降[4]。

由上述可知，土体的抗剪强度是和含水率跟温度有关的，而土体的抗剪强度主要是由内摩擦角和粘聚力所体现，含水率跟和温度对于抗剪强度不是简单地此消彼长的关系，测量土体的工程稳定性质显出重要的意义。

土体的抗剪强度的研究对工程有着非常重要的现实意义。本文结合许昌地区的实际地质条件，以许昌市魏都区的三鼎大厦工程为例,采用直剪仪,进行快剪试验，对土体的的抗剪强度进行检测[5]。其次，对土体抗剪强度不同含水率不同温度的条件下各项数据进行横纵向对比。取含水率为16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%的土样各五份，分别在15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃的温度下测得土体的c、(φ)值，相同土样求得平均值，以减少误差[6]。根据许昌市的往年各个季节的最高日均温度分别为春季15 ℃，夏季30 ℃，秋季27 ℃，冬季9 ℃。该基坑主要暴露在春夏秋三季，根据近两年的气温观察，夏季的的最高日均气温在35 ℃左右，因此将温度范围控制在20～35 ℃[7]。

2 原状土数据定性分析

2.1 原状土计算

原状土c值，φ计算结果，如表1所列。

表1 原状土C值，Φ计算结果

2.2 原状土分析表格

(1) 原状土在相同温度下的内摩擦力和粘聚力关于含水率的变化曲线。

原状土在温度为15 ℃时候，伴随着含水率的增加，粘聚力呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.605(图1(a))。原状土在温度为15 ℃时候，伴随着含水率的增加，内摩擦角呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.232 32(图1(b))。

原状土在温度为20 ℃时候，伴随着含水率的增加，粘聚力呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.906 96(图1(c))。原状土在温度为20 ℃时候，伴随着含水率的增加，内摩擦角呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.192 32(图1(d))。

原状土在温度为30 ℃时候，伴随着含水率的增加，粘聚力呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.532 5(图1(e))。原状土在温度为15 ℃时候，伴随着含水率的增加，内摩擦角呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.144 64(图1(f))。

图1 含水率趋势图

(2) 原状土在相同含水量的内摩擦力和粘聚力关于温度的变化曲线。

原状土在含水率为16%时候，伴随着温度的增加，粘聚力呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.041 52(图2(a))。原状土在含水率为16%时候，伴随着温度的增加，内摩擦角呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.122 8(图2(b))。

原状土在含水率为22%时候，伴随着温度的增加，粘聚力呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.065 6(图2(c))。原状土在含水率为22%时候，伴随着温度的增加，内摩擦角呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.110 4(图2(d))。

原状土在含水率为28%时候，伴随着温度的增加，粘聚力呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.052 2(图2(e))。原状土在含水率为22%时候，伴随着温度的增加，粘聚力呈现下降趋势，趋势线斜率为-0.077 2(图2(f))。

图2 温度趋势图

根据多个图表的趋势图可以看出，在含水率一定的情况下，随着温度的增加，粉质黏土的粘聚力下降是在5%～10%以内，内摩擦角也是下降在5%～10%，下降趋势比较缓和[8]。

3 结束语

粉质黏土的工程性质取决于粉质黏土的强度，抗剪强度是土体的主要力学性质。综上试验结果发现[9]：

(1) 伴随着含水量不断增大，原状土的粘聚力不断下降，且下降幅度在50%～60%之间。

(2) 对于原状土而言，影响其强度的主要是粘聚力的变化，而内摩擦角总体下降，但是变化影响较小，内摩擦角下降幅度在15%～20%。

(3) 对于原状土而言，伴随着温度的增大，粘聚力和内摩擦角总体是呈现下降趋势的，但是下降不明显，下降幅度在5%～10%。

因此，含水率对于粉质黏土的影响是最大的，温度因素影响较小。

[1] 胡海英,王 钊. 含水量对压实黏土的变形及强度性能的影响[J].公路,2007(2):1～6.

[2] 张存根,张怀静.粉质黏土含水量与抗剪强度参数关系的试验研究[J].华北科技学院学报,2011(2):27～29.

[3] 傅蜀燕,袁 坤,彭胜利,等.含水率对高液限细粒土砾与粉质黏土抗剪强度影响比较研究[J].水利科技与经济,2014(2):10～12.

[4] 许四法,王志健,胡 琦,等.重塑非饱和粉质黏土抗剪强度特性试验研究[J].浙江工业大学学报,2015(2):227～231.

[5] 任永强,何昌荣,孙 磊.非饱和粘性土-水特性试验研究[J].高速铁路技术，2013(4)：12～14.

[6] 刘 亮,张国良,刘 琳.高含水量黏土土基压实预控方法简述[J].科技信息，2010(23)：47～48.

[7] 刘佳龙.非饱和土渗透性函数确定方法探讨[D].宜昌：三峡大学，2015.

[8] 张献民，庄旭瑞，张宇辉.含水量对土石混合介质剪切波传播速度的影响分析[J].公路交通科技，2010(12)：16～20.

[9] 史文兵，廖义玲，唐晓玲.贵阳红黏土抗剪强度与含水量关系的探讨[J].路基工程，2011(4)：80～86.

2016-06-24；修改日期：2016-07-14

高均昭(1974-)，男，河南临颍人，硕士，许昌学院教授．

P642.22

A

1673-5781(2016)05-0673-03