粉質(zhì)粘土工程特性研究（24頁清楚明了）

1、粉質(zhì)粘土工程特性研究 學(xué)習(xí)筆記粉質(zhì)粘土（Silty Clay）塑性指數(shù)p 10，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全部質(zhì)量的50%的土，稱為粘土。其中10 p 17的土稱為粉質(zhì)粘土（亞粘土）。對粉質(zhì)粘土工程特性的探究實(shí)驗(yàn)粉質(zhì)粘土含水量與抗剪強(qiáng)度參數(shù)的關(guān)系粉質(zhì)粘土飽和度的影響因素粉質(zhì)粘土含水量與抗剪強(qiáng)度參數(shù)的關(guān)系研究背景 2010年4月9日，山西東露天礦東北幫發(fā)生了較大規(guī)模的塌方，導(dǎo)致整個(gè)東北幫剝離工程停頓，嚴(yán)重影響了基建工程的順利進(jìn)行。經(jīng)初步分析，東露天邊坡滑塌的根本原因在于：邊坡賦存一層較厚粉質(zhì)粘土，由于持續(xù)的降雨，設(shè)計(jì)沒能對其作特殊的處理，設(shè)定的邊坡土的強(qiáng)度指標(biāo)不能滿足部分土體邊坡穩(wěn)

2、定的要求。因此，亟需對整個(gè)東露天礦的非工作幫邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行深入研究，以期實(shí)現(xiàn)對粉質(zhì)粘土抗剪強(qiáng)度的科學(xué)確定。為此，對粉質(zhì)粘土的抗剪 強(qiáng)度隨著含水量的變化關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出其隨著含水量的變化而變化的規(guī)律，為邊坡穩(wěn)定的分析提供重要的依據(jù)。試驗(yàn)方案本次試驗(yàn)是保持干密度為1709cm3不變，控制含水量變化的直剪試驗(yàn)。試驗(yàn)共在現(xiàn)場取了12種土樣，每種土樣分為6組不同的含水量，即含水量控制在468、646、1137、1448、1934、2178，以模擬土體在極干燥、干燥、小雨、中雨、大雨、特大暴雨天氣情況下的含水量，每一種含水量的土樣做4個(gè)試樣，分別在100kPa、200kPa、300kPa、40

3、0kPa的豎直應(yīng)力下進(jìn)行試驗(yàn)，總計(jì)288個(gè)試樣。試驗(yàn)過程首先從土樣中選取具有代表性的試樣1020g，分別放入兩個(gè)稱量盒(恒質(zhì)量、鋁制)，稱盒加濕土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。采用酒精燃燒法，稱盒加干土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g ，然后根據(jù)式(1)計(jì)算含水率： 其中， 為試樣含水率；m為試樣濕質(zhì)量； 為試樣干質(zhì)量。試驗(yàn)使用的直剪儀為南京土壤儀器有限公司的zJ型應(yīng)變控制式四聯(lián)直剪儀，將制備好的試樣裝入直剪儀的剪力盒中，試樣上下兩面均為透水石。試樣裝好后分別加載，每組試驗(yàn)取4個(gè)試樣，分別在100kPa，200kPa，300kPa和400kPa的垂直壓力下，以0.8mmmin的速率進(jìn)行剪切，使試樣在5min7

4、5min內(nèi)剪損，獲得每級垂直荷載下的最大剪力。試驗(yàn)結(jié)果與分析粘聚力與含水量的關(guān)系 據(jù)表l繪制粘聚力與含水量的關(guān)系曲線，如圖l所示。 由圖看出：含水量的變化對粘聚力C值的影響是很大的，而且粘聚力和含水量的關(guān)系并非線性關(guān)系?？傮w來說，當(dāng)含水量從4.68增加到11.37時(shí)，粘聚力C值隨含水量的增加而急劇增大；當(dāng)含水量從11.37增加到21.78時(shí)粘聚力C值隨含水量的增加而逐漸減小。因此，說明含水量為11.37是其的一個(gè)特征含水量。內(nèi)摩擦角和含水量的關(guān)系對表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制關(guān)系圖線，并加以擬合，得到粉質(zhì)粘土內(nèi)摩擦角與含水量的線性回歸關(guān)系如圖4所樂。 由圖4不難看出：粉質(zhì)粘土內(nèi)摩擦角隨著含水量

5、的增加呈線性遞減趨勢，再進(jìn)一步分和加以擬合，可以得到其線性回歸關(guān)系式為(4)： 試驗(yàn)結(jié)論 1)當(dāng)含水量小于11.37時(shí)，隨著含水量的增加，土中的越來越多弱結(jié)水逐漸吸附在強(qiáng)結(jié)合水外圍增加了土粒外圍結(jié)合水的分子數(shù)量，增大了土粒間的吸引力，在宏觀上表現(xiàn)為粘聚力隨含水量的增加而增大，且呈冪函數(shù)關(guān)系： 2)當(dāng)含水量大于11.37時(shí)，隨著含水量的增加，土中的弱結(jié)合水進(jìn)一步增加，形成一層較厚的結(jié)合水膜，增大了土粒間的距離吸引力減弱，從而導(dǎo)致粘聚力隨含水量的增加逐漸減小，且呈線性關(guān)系： 3)內(nèi)摩擦角與土的顆粒結(jié)構(gòu)、大小、形狀及密實(shí)度相關(guān)。相同密實(shí)度的重塑粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)越小，內(nèi)摩擦角越大。隨著土體含水量的減小

6、，土體的可塑性逐漸減弱，從而內(nèi)摩擦角逐漸增大，且呈線性關(guān)系： 4)本文所建立的經(jīng)驗(yàn)公式是粉質(zhì)粘土粘聚力、內(nèi)摩擦角和含水量之間關(guān)系的表達(dá)式，在邊坡的變形分析與安全性評價(jià)以及降雨時(shí)邊坡安全穩(wěn)定性影響的分析中，具有實(shí)用價(jià)值。粉質(zhì)粘土飽和度的影響因素 長期以來，人們在做粘土尤其是粉質(zhì)粘土實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過密度 、含水量 、士粒比重 求得的飽和度 很大，有時(shí)會接近1，甚至有大于1的情況。這在自然土樣是不可能出現(xiàn)的。下面分別從三個(gè)基本量密度 、含水量 、土粒比重 來探討它們各自對飽和度 的影響。試驗(yàn)方法 下面以“黃廣大堤土工試驗(yàn)成果表”(見表1)中部分飽和度大于1的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別討論密度 、含水量 、土粒

7、比重 的影響。黃廣大堤土工試驗(yàn)共58組，其中有23組飽和度大于1。含水量 的影響 在現(xiàn)場取粉質(zhì)粘土土樣時(shí)，圓筒與土體發(fā)生剪切，土體發(fā)生剪脹，體積增大，因而會從周圍土體中吸收部分水分，故土樣含水量會略微增加。令 是由于含水量變化引起的飽和度的變化量。 是土體含水量的變化量，它以0.01，0.03，0.05，0.08，0.1增加。密度 的影響 對于密度實(shí)驗(yàn)，剪脹吸水現(xiàn)象不但在現(xiàn)場取土樣時(shí)發(fā)生，而且還在室內(nèi)做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生。這些水分或被土樣吸入或以微小的水分顆粒吸附在土樣的表面。因此土樣密度也會略微增加。設(shè) 是由于土樣密度變化所引起的飽和度增量， 表示土體密度的增量，它以0.01、0.03、0.05、0.08、01增加。土粒比重 的影響 土粒比重主要取決于土的礦物成分，不同土類的比重變化幅度不大。因此在一般的土工試驗(yàn)中，常認(rèn)為土粒比重是個(gè)已知數(shù)，即認(rèn)為土粒比重 =268272。 表示由于土粒比重增加而引起的含水量的改變量， 表示土粒比重的變化量，每次的增量同上。由表4可知，隨著土粒比重增量 的增加，飽和度增量 先減小后增加，最后增量越來越小，即土粒比重對飽和度的影響是有限制的。并且對比表1，發(fā)現(xiàn)含水量越小，飽和度增量隨土粒比重的增量越大。常見的土粒比重如下：砂土約為