黏土失水开裂演化过程的影响试验

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1、第40卷第2期2016年6月地质学刊JournalofGeologyV01．40No．2Jun．，2016doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2016．02．346黏土失水开裂演化过程的影响试验谢建宝1⋯，姚亚辉3，龚绪龙2，-，张卫强2(1．江苏省地质工程有限公司，江苏南京210018；2．国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏南京210018；3．中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051；4．江苏省地质调查研究院，江苏南京210018)摘要：裂隙性为黏土的主要特性之一。探讨黏土的开裂规律，对于分析地裂缝成

2、因机理，开展预测研究具有重要的理论意义和工程价值。通过室内试验，研究了黏土干燥收缩过程中含水率的变化规律。分别制备不同厚度、宽度、含砂量的试样，获得不同条件下黏土失水过程含水率的变化规律。在试验所设定的条件下，土体开裂时的含水率很接近，平均约为33．48％；当样品宽度不变时，土层越厚，含水率变化速率越小；当样品厚度相同时，宽度不同，含水率变化速率几乎相同；当厚度、宽度都相同时，含水率变化速率随含砂量的增大而减小。对于同一样品，土体厚度越大，样品裂隙率越小；土体厚度相同时，样品的裂隙率随着样品宽度的增大先减小后增大，且样品的开裂周期与样品的裂隙率同步变化

3、。关键词：黏土；含水率；失水；开裂；江苏常州中图分类号：P694；TU411．2文献标识码：A文章编号：1674—3636(2016)02—0346—060引言裂隙性黏土是在自然地质的形成过程中产生的一种多裂隙且具有显著胀缩性的地质体，其主要成分是强亲水性的矿物蒙脱石、伊利石及其混层黏土矿物。在干旱的气候条件下，土体干缩失水，到达一定程度后，土体表面和内部就会发育大量纵横交错的干缩裂隙，在黏粒含量较高的膨胀土中，这种现象尤其普遍和典型。黏土干缩裂缝是自然界中常见的现象，它不仅破坏土体的整体性，而且也为降雨入渗提供了良好的通道，从而降低土体强度，是影响黏

4、土工程性质的重要因素。工程中干缩裂缝的发育直接影响土体的强度和稳定性，进而会缩短工程的服务年限，甚至直接威胁人的生命安全，造成不可估量的后果(姚海林等，2001；孔令伟等，2007；殷宗泽等，2012)；裂隙还会增加土体的风化深度，加重坡面水土流失，破坏生态环境(唐朝生等，2012)。由此可见，土体干缩裂隙在边坡稳定性(殷宗泽等，2010，2011，2012)、地基承载力(孔德坊，1994；刘特洪，1997；Morriseta1．，1992)、堤坝稳定性(王延贵，2003)、地裂缝形成(汪丽，2006)、土壤肥力(黄树辉等，2004a，2004b；裴银

5、鸽等，2012；Bandyopadbyayeta1．，2003)等许多领域内都有极其重要的影响。沈珠江等(2004)和邓刚等(2006)采用非饱和简化固结理论，在对饱和土的有限元程序进行相应修改的基础上，对黏土体干湿过程中表面裂缝的形成过程进行了数值模拟。地裂缝作为苏锡常地区的一种地质灾害，对该地区的发展造成了严重危害。研究黏土开裂的基本规律和裂隙分布状况，并提出相应的防治对策，对解决工程中土体开裂问题具有重要意义。针对土体失水作用过程中表面裂缝的发育规律，通过室内土工试验等分析手段，从土体的外形尺寸和含砂量两方面进行研究，探讨土体失水作用过程中土体含

6、水率的变化规律，对苏锡常地区地裂缝的形成机制进行研究。1土体失水开裂试验试验采用的土样为江苏常州地区的地表黏土，收稿15t期：2015一叭一12；修回日期：2015-11-02；编辑：蒋艳基金项目：国土资源部行业科研专项“苏南平原区地裂缝成因机制及预警研究”(201411096)作者简介：谢建宝(1968一)，男，高级工程师，主要从事工程地质勘察与研究工作，E-mail：xiejianbao@163．com第40卷第2期谢建宝等：黏土失水开裂演化过程的影响试验347呈土黄色，取样深度约1m。样品制备：土样取回室内后，进行机械粉碎，将粒径>1cm的土块粉

7、碎；在105oC条件下，在烘箱内干燥24h，使土样的初始含水量为O。通过筛分筛选出粒径<2mm的土样，留作试验样品。由于主要研究裂缝表面形态的演化特征，所以采用材质较硬的钢化玻璃作为黏土干缩试验容器的基底，玻璃模型几何外形分5种类型，长均为30em，高均为10em，宽分别为3、5、10、15、20cm5种。称量仪器采用精密电子称，精度0．01g。表1为土样的基本物理性质指标。表1土样的基本物理性质指标Table1Basicphysicalpropertyindicesofsoilsamples黏土的矿物组成与黏土物理力学性质密切相关。x射线衍射(图1)

8、和x射线荧光(表2)分析结果表明，黏土样中黏土矿物质量分数较高是黏土与水作用明显的原因，随着含