黏性土的抗剪强度特性试验研究

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1、黏性土的抗剪强度特性试验研究水许成顺1，2，尹占巧1，杜修力1，2，刘海强1（1.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京2.首都世界城市顺畅交通北京市协同创新中心，北京100124；100124）摘要：利用环剪仪针对塑性指数不同的3种黏性土，在不同的固结状态下进行了较系统的试验研究，探讨了大变形黏土的抗剪强度变化规律，分析了残余强度的影响因素。试验结果表明：本试验所采用的环剪仪无论对于粉质黏土还是黏土均具有良好的稳定性，测试精度高，因此能够保证试验结果的准确性；对于塑性指数不大的粉质黏土，应力历史对其抗剪强度的影响并不显著；对于塑性指

2、数较大的黏土，应力历史对残余强度没有影响，而峰值强度随着超固结比的增大而增大，最终接近粉质黏土的峰值强度；塑性指数是影响残余强度非常重要的因素，随着塑性指数的增大，残余强度显著降低；黏性土剪切沉降曲线的类型与塑性指数和超固结比有关。关键词：环剪试验；峰值强度；残余强度；应力历史；塑性指数中图分类号：TU411.7文献标识码：A1研究背景我国是一个地质灾害发生频繁的国家，每年由地质灾害所带来的经济损失平均在20亿~50亿元———————————————————————————————————————————————［1-4］之间。尤其近年来滑坡灾害及

3、边坡失稳等的频发造成了巨大的人员和财产损失，与之相关的岩土体的工程问题也引起了众多学者的广泛关注和重视。滑坡在滑动前一般先发展形成滑动面，此滑动面上的抗剪强度已由峰值强度降低到残余强度。因此，在进行滑坡体的稳定计算时采用的是残余强度而不是峰值强度。残余强度是指以缓慢剪切速率经历相当大的剪切位移后所达到的最小稳定抗剪强度。它反映的是土体发生剪切破坏后剪切面上的剪应力值，即大变形条件下土的抗剪强度。然而由于常规直剪仪或常规三轴仪在剪切过程中的变形是不连续的且试样受力面积发生变化，导致计算结果失真。因此，目前在大变形阶段对土的力学性质的研究尚不充分。环剪

4、试验是空心扭剪试验的一种，其优点是在剪切过程中剪切面积保持不变，并且可以在连续的位移条件下进行剪切，克服了常规试验在大变形阶段应力应变不均匀的现象，保证了试验结果的准确性，是研究大变形条件下土体强度特性的理想设备。Hvorslev曾指出只有环剪试验才能准确的测定土的残余强度。Kaya等认为正确确定抗剪强度参数对于滑坡的稳定性分析非常重要。戴福初，孙涛，吴迪［10］［7］［8］［9］［6］［5］等利用环剪仪对土的残余强度特性进行了环剪试验研究，但以往研究主要集中在同一种黏性土在不同固结条件下的强度特性，不同类型的黏性土在不同固结条件下的抗剪强度特性方

5、面的规律尚缺乏系统深入的研究。因此，本文将采用环剪仪对塑性指数不同的3———————————————————————————————————————————————种黏性土进行较系统的试验研究，探讨大变形土体的抗剪强度变化规律，尤其是残余强度的影响因素，这对于边坡的稳定性分析及滑坡的综合防治具有重要的学术及工程意义。收稿日期：2013-04-26基金项目：国家自然科学基金项目（51278015），北京市教委重点项目（KZ201210005010），国家973计划项目课题（2011CB013600）作者简介：许成顺（1977-），女，黑龙江海林人，副

6、教授，主要从事岩土力学基础理论与试验研究。E-mail：xuchengshun@bjut.edu.cn—1433—22.1试验概况试验设备及试样本次试验所用的仪器是北京工业大学从日本诚研社引进的DTA-138型环剪仪，该仪器具有多种试验功能，环剪速度的可控制范围为0.0005°/min~100°/min，能够满足试验中对剪切速率的调节要求。环剪试样的尺寸为内径10cm，外径15cm，高2cm。该类环剪仪采用了高精度的传感器和自动机械传动控制装置，测试精度高且具有良好的稳定性，试验条件和成果能够更加真实地反映实际情况。2.2试验内容—————————

7、——————————————————————————————————————本文针对3种不同的黏性土在不同的固结状态下进行了较系统的试验研究，探讨了大变形土体的抗剪强度变化规律，试验共分21组，见表1—3。首先将各土样烘干过2mm筛，然后加水配成大于液限的稀泥浆土，充分搅拌静置24h之后将泥浆倒入固结筒中进行前期固结，待24h内固结变形不超过0.01mm时，认为固结完成［11-13］，然后按规定的步骤制成环状试样，在环剪仪中进行剪切前固结，固结完成后便可进行大位移环剪试验直至达到稳定的残余强度。通过控制前期固结压力值Pc和剪切时正应力σ的大小可以获

8、得不同超固结比的试样。表1正应力σ/kPa2010010050Ip=12的粉质黏土试验条件超固结比OCR1/2/4/621