赣南红砂岩风化土路基边坡力学特性研究

王 超 王仕红

0 引言

赣南地区广泛分布红砂岩风化土，且近年来基础设施大规模建设，因而工程实际中常常涉及到赣南红砂岩风化土，红砂岩风化土含水率呈周期性变化，土体受到干湿循环的作用，导致其强度变化。

程佳明等[1]通过对固化黄土的研究，得出固化黄土经过干湿循环作用后土体质量几乎不变；刘纪峰等[2]对不同含水率的残积土进行剪切试验，发现内摩擦角与含水率呈反比例，黏聚力随着含水率的增加先增大后减小；李建华[3]发现红土的密实度越大，土体黏聚力越大。

本文以赣南红砂岩风化土为研究对象控制不同的密实度，通过模拟干湿循环作用的室内试验，然后进行剪切试验得到土体的剪切强度，在经过计算得到黏聚力的大小，分析其在不同循环次数和不同密实度与不同初始含水率条件下的变化规律。

1 赣南红砂岩风化土的黏聚力机理

土体的黏聚力是衡量土体强度的重要指标，主要有静电引力、范德华力、颗粒间的胶结、颗粒间接触点的化合价键和表观黏聚力。

赣南红砂岩风化土的母岩属于沉积岩，在经过水流和风的剥蚀和搬运形成了赣南红砂岩风化土，固结历史短，工程分类为粉质粘土[4]，所以影响赣南红砂岩风化土黏聚力的主要引力有静电引力、范德华力和颗粒间的胶结。

2 试验内容和步骤

2.1 干湿循环的室内模拟

自然界中的气候往往发生周期性的变化，赣南红砂岩风化土的含水率在10%-16%的范围内之间波动。为了模拟自然界中土体的干湿循环，试验步骤如下：

表1不同条件下的试验土样的黏聚力大小（kPa）

（1）以赣南红砂岩风化土为实验对象，去赣南某工地现场距离地面1.5米处取土，取回后测试基本物理指标。

（2）将试验土样烘干、碾碎，过2mm筛子，控制密实度分别为0.95、0.90、0.85和0.80与初始含水率分别为10%和16%的试验土样。

（3）对于初始含水率为10%的试验土样用喷雾器均匀喷洒一定量的水，使含水率达到16%，再用薄膜覆盖放在阴凉处24h，使水分均匀分布，以此模拟自然界中土体的增湿过程。

（4）对于初始含水率为16%的试验土样，将其放入烘箱内恒温加热4h，温度设置为30℃，如与初始含水率为10%的试验土样质量相差0.1g，则重新制备试样；

（5）重复试验步骤（3）和（4）1-7次，即为模拟土体受到1-7次干湿循环的作用。

2.2 剪切试验

将经过不同循环次数的试验土样进行剪切试验，常用于剪切试验的仪器一般有直接剪切仪、无侧限压力仪、三轴压缩仪等，直接剪切仪是工程上进行剪切试验的常用仪器，因此本试验采用直接剪切仪。试验步骤如下：

（1）将直接剪切仪各个部位进行调零，用销钉固定剪切盒，平衡杠保持水平；

（2）按顺序把试验土样、不透水薄膜盒透水石放入到剪切盒内；

（3）放置砝码，拔去销钉，按4转/min的速度设置转动转轮的速度；

（4）当试验土样达到破坏要求，记录不同竖向应力作用下量力环百分表的读数。

3 结果与分析

3.1 试验结果

每组试验设置3个平行试样，其数据结果求平均值，试验结果如表1所示。

3.2 规律分析

根据表1中的数据绘制不同含水率和不同密实度的试验土样的黏聚力和循环次数的关系图，如图1和图2所示。

图1不同初始含水率的试验土样的黏聚力与循环次数关系图

从图1和图2中可以看出：

（1）随着干湿循环作用次数的增加，试验土样的黏聚力逐渐减小；曲线的斜率逐渐增大，走势趋于平坦，说明干湿循环的作用在前期影响明显，后期越来越小，到了第7次黏聚力变化很小。

（2）初始含水率、循环次数相同时，密实度较大的曲线的纵坐标均在密实度较小的曲线的纵坐标的上面，这说明密实度越大，试验土体的黏聚力越大，而且初始含水率为10%密实度分别为0.95、0.90、085和0.80的试验土体在没有经过干湿循环作用时黏聚力大小分别为25.79、21.27、19.37和15.73kPa，在第7次循环作用黏聚力变化较小时黏聚力大小分别为19.94、15.47、13.22、9.89kPa，分别为原来的77.32%、72.73%、68.25%和62.87，初始含水率为16%的密实度分别为0.95、0.90、0.85和0.80的试验土体在第7次黏聚力变化较小时黏聚力分别为没有经过干湿循环作用的黏聚力的75.41%、69.03%、63.00%和54.48%，这说明试验土体的密实度越大，受干湿循环作用的影响越小；

（3）密实度相同时，初始含水率为10%的试验土样的黏聚力均比初始含水率16%的试验土样的黏聚力更大，这说明含水率越低的土体黏聚力越大，密实度分别为0.95、0.90、0.85和0.80初始含水率为10%的试验土体黏聚力在第7次黏聚力变化很小时分别为没有经过干湿循环作用时黏聚力大小的差值分别为5.85、5.8、6.15和5.84kPa，初始含水率为16%的试验土体其差值则为5.86、5.82、6.19、5.86kPa，均相差不大，在5.9kPa上下波动，说明在干湿循环作用下黏聚力下降的幅度不受含水率的影响，也不受密实度的影响，只与干湿循环作用次数有关。

4 结论

（1）黏聚力随着循环次数的增加逐渐减小，前期降低快，后期降低慢。

（2）密实度越小，干湿循环作用越大，试验土样黏聚力降低越大，要经过更多次循环次数黏聚力才能变化很小。

（3）试验土体的黏聚力与干湿循环作用降低的幅度与初始含水率的大小和密实度大小无关。