粉土的触变性室内试验研究

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1、粉土的触变性室内试验研究-->第1章绪论1.1引言触变性指在外力的作用下，土的结构强度剧烈降低，甚至发生流动，停止施加外力后随时间的增长，结构和强度逐渐恢复的现象。一般情况下，人们认为天然结构土的各组构如颗粒的相对位置、孔隙大小、吸附阳离子和水分子的排列处于一种相对平衡状态。当土遭受强烈扰动后，颗粒间产生滑动位移，破坏了吸附阳离子和水分子的定向排列以及胶结物和孔隙状态等，土体原来的相对平衡被打破，土的结构在某种程度上成为分散结构，颗粒之间的结构连接被削弱，导致土体结构强度降低。当经过一段时间的静置之

2、后，土颗粒和水分子以及上述其他结构重新进行了调整排列，强度也随着土体结构的恢复逐渐恢复。粉土是介于砂土和黏性土之间的土类，其颗粒级配中的极细砂粒(0.1~0.075mm)和粉粒(0.075~0.005mm)两粒组含量占绝大多数，土粒和土中水之间相互作用，易于液化接近砂土的性质；又易于湿陷、冻胀接近黏土的性质。从触变定义看出，触变包含以下内容：①触变的主体最初是gel（凝胶）、sol（溶胶），即主体材料是细颗粒，分子间由键联结；②触变的诱因通常是机械作用，如搅拌、振荡、冲击、夯压、波浪等，所以触变又称

3、“摇变”；③触变的结果是在机械作用下，材料发生软化或液化，静置后材料强度逐渐增加、恢复。饱和软弱土（包括黏土和粉土）颗粒间通过氢键、范德华力等作用联结，类似于胶体和溶胶，具有触变性[1-2]。在强夯、打桩等施工过程中，地基土体受到冲击荷载的作用而产生振动，高灵敏性土体的触变性可能导致土体的强度大幅度降低甚至丧失，地基土体失稳滑坡，甚至工后沉降，这些工程灾害都是不容忽视的。众所周知，砂土具有液化性，黏土具有触变性，而粉土性质介于二者之间，D.B.Prior等[3]和N.Z.Lu，J.N.Suhayda

4、[4]在对黄河水下斜坡复活现象的研究过程中，不仅使粉土的液化行为得到肯定，同时更强调了粉土触变行为的作用，但到目前为止，现行的学术研究成果中，对于粉土的触变性研究相对较少。随着社会发展，人们已经越来越深刻的认识到粉土触变性可能会导致的工程事故和地质灾害的发生，因此有必要对粉土的触变性进行研究。………..1.2国内外研究现状当今社会，科学技术与经济建设发展迅速，人们对工程实践中出现的问题的探索越来越深入和具体。土力学作为土木工程的一个分支，主要研究土的工程性质，解决工程问题，其发展越来越迅速，研究方向

5、越来越多样化，研究的问题也更多地贴近于工程实际。在工程中，土体的触变性会对结构物特别是结构物的地基、基础产生很大的影响，这个问题现在已经越来越受到广大学者、工程师的关注。国内外学者很早就开始关注土体的触变性，对土体的触变机理进行了比较充分的研究。在此基础上，前人也对触变性的影响因素进行了多方面的研究，并且证明了大多数黏土-水体系均存在触变性。研究表明，土体触变性可能导致地基失稳、软土地基滑坡、桩基下沉、地面沉降等工程地质灾害，此外也可能影响压实土的强度增加达到100%或者更多。目前，对于土体触变性的

6、研究方向主要可以分为触变机理和触变性影响因素两个方向，主要的研究方法为试验研究，有少数土体可以运用数值分析方法进行模拟。对于触变机理，国内外学者已经从粒间力、内聚力、微观结构等方面详细地进行了试验研究并取得了比较完整的成果。而对于扰动土体以及压实土体的触变性影响因素的研究还不完善。………第2章粉土的触变性试验2.1试验设计前文指出，打桩、强夯过程中，土体振动会导致其强度降低，而已有试验表明，受扰动后的粉土静置后，强度会增强，甚至超过初始强度，但粉土强度增强的具体影响因素并未受到太大关注。在关于击实土

7、的研究中，多数研究方向都集中在击实土的最优含水率和最大干密度的室内试验研究以及击实后土体的压实度和强度，击实土体静置后强度变化的影响因素并没有被深入研究过，为了更好的了解粉土的触变特性，提高工程安全性，帮助在工程实际中掌握粉土触变强度的变化特点，有必要针对粉土触变强度恢复程度的影响因素进行研究。本文通过室内振动试验模拟场地机械振动对土体的影响，并根据规范制作击实试样，用无侧限抗压强度反映其强度变化，测试不同静置龄期下粉土的触变强度，对比不同影响因素下粉土触变强度的变化规律，绘制各种影响因素下应力-变

8、形、强度-静置龄期、强度恢复程度-影响因素变化曲线，对粉土触变强度恢复程度进行深入的研究，分析触变机理，得出粉土触变强度恢复程度的相关公式，从而对粉土的强度预测提供一定的参考和帮助。粉土的触变性，受各种因素的影响，包括扰动程度、含水率、干密度、击实功、粉黏粒含量等等。要研究这些因子对粉土触变强度恢复的影响，必须在试验中控制只有一个变量因子。本次试验设计思路为：全部采用原状土进行室内振动试验，用以模拟现场土体振动，研究不同扰动程度下土体的强度恢复程度变化规律；结合规范中