不同荷载条件下膨胀土与袋装膨胀土的强度变化规律

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1、http://www.paper.edu.cn不同荷载条件下膨胀土与袋装膨胀土的1强度变化规律浦敏艳，刘斯宏，朱克生河海大学水利水电工程学院，南京（210098）E-mail：3721903@163.com摘要：对南阳膨胀土进行了不同竖向荷载作用下的强度特性试验，同时进行了将膨胀土装入编织袋而形成的土工袋的平行试验。结果表明：膨胀土的抗剪强度指标c值随竖向荷载的增加逐渐增强，ϕ值变化不大；土工袋有抑制膨胀土胀缩变形的作用，其抗压强度值随竖向荷载的增加而逐渐增强。同时推导了抗压过程中应力与应变之间的关系。关键词：膨胀土；土工袋；强度1.前言我国膨胀土分布很广，在我国中原，华南和部分西

2、南等地区均有发现。膨胀土因其特殊的矿物组成(蒙脱石，伊利石、水云母等亲水性粘土矿物)和特殊的微结构特征(发育微孔隙和裂隙结构等)而呈现出吸水膨胀并形成膨胀压力和失水收缩并形成收缩裂缝的特性。在自然条件下，多呈硬塑或坚硬状态，具黄、红、灰白等色，裂隙较发育，常见光滑面和擦痕；多出露于二级及二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形坡度平缓，无明显自然陡坎；在季节性干湿气候变化条件下，常导致低层砖石结构的建筑物成群开裂损坏。总体来说膨胀土具有三大特性：胀缩性、多裂隙性和超固结性。膨胀土的这些特性使它成为一种“难对付的土”(日本)或“问题多的土”(美国)。膨胀土对建筑事业造成的损失颇为严重

3、，已是我国工程地质学、地质学、土力学基基础工程等学界中所关注的一大问题。因此，总结膨胀土强度规律特性，以及探寻一种合理的解决方案将是十分必要的。本文通过试验验证了不同荷载作用下膨胀土抗剪强度规律，同时考虑用土工袋处理膨胀土，进行了与膨胀土相同条件下袋装膨胀土的强度试验，并将袋装膨胀土的抗压强度试验值与理论计算至进行了比较。2.膨胀土直剪试验2.1试样试验用膨胀土呈灰白色，取自南水北调中线工程河南南阳段，粘土矿物成份以蒙脱石为主，其物理性质指标为：液限60.2%，塑限30.2%，最优含水率24%，自由膨胀率119.5%。[1]根据膨胀土地区建筑技术规范规定，自由膨胀率大于90%时属于

4、强膨胀土。试样为重塑压实膨胀土，首先将膨胀土风干捣碎，加水至击实试验得到的最优含水量24%，然后将其放入3直径61.8mm、高20mm的环刀中，压实至干密度为1.6g/cm。2.2试验方法与步骤膨胀土的吸水膨胀过程与直剪试验均在电动四联直剪仪上进行。用推土器将压实膨胀土样从环刀中推出并放入直剪盒中，由杠杆施加相应荷载，向直剪盒内自下而上加水膨胀，用最小分度值为0.01mm的百分表测定浸水膨胀过程中试样高度的变化。以安置百分表后记录1本课题得到国家十一五科技支撑计划课题（编号：2006BAB04A10）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn的第一个数为试验干湿循

5、环前的初始高度，每隔2h记录一次读数。当前后两次读数之差在0.01mm之内时，认为该循环的吸水膨胀阶段结束。然后在4个试样分别施加100kPa、200kPa、300kPa、400kPa的垂直压力，进行固结快剪试验（剪切速率0.8mm/min），测定干湿循环结[2]束后试样的抗剪强度。2.3试验结果表1列出试样在不同竖向荷载作用下浸水膨胀后的固结快剪强度指标(c、φ)值，图1为其随竖向荷载变化的关系。从图中可以看出，在不同竖向荷载作用下凝聚力c值均随竖向荷载的增加而增强，且在低荷载作用下（0～40kPa）变化幅度较大，以后逐渐减小；内摩擦角φ值随竖向荷载的增加的变化幅度很小。表1不同

6、竖向荷载下膨胀土试样的固结快剪强度Table1TheCUshearstrengthsoftheexpansivesoilsunderdifferentverticalloads浸水膨胀时固结快剪强度指标竖向荷载c/kPaφ/°0kPa29.4011.4910kPa37.8710.2440kPa57.569.96100kPa68.649.988060C/kPa40200020406080100荷载/kPa(a)(b)图1膨胀土试样的固结快剪强度指标与竖向荷载的关系Fig.1VariationoftheCUshearstrengthsoftheexpansivesoilswiththe

7、differentverticalloads3.袋装膨胀土无侧限抗压强度试验3.1袋装膨胀土将膨胀土装入以聚丙烯（pp）为原材料的编织袋中，进行与膨胀土同样的干湿循环试验。图2为使用的聚丙烯编织袋张力T与拉伸应变ε的关系。-2-http://www.paper.edu.cn图2土袋材料张力T与拉伸应变的关系Fig.2TensileforceTvs.strainεofthebag试验用袋装膨胀土（以下简称“土袋”）的大小为20cm×20cm×3cm（长×宽×高），袋内膨