（岩土工程专业论文）攀西地区昔格达土工程力学特性试验研究.pdf

! ! 型叁兰丝! 兰竺丝兰 s t u d y o ne n g i n e e r i n gd y n a m i c p r o p e r t i e so fx i g e d a s o i li np a n x ia r e a m a j o r ：g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：z h a n gw e n j us u p e r v i s o r ：h ec h a n g r o n g x i g e d as o i lw i d e l y e x i s t si n p a n z h i h u a x i c h a n g a r e ao fs i c h u a np r o v i n c e b e c a u s ei to f t e nf o r m sn u m e r o u sl a n d s l i d e sf o ri t s a p tt o i n t e n e r a t ea n db e c o m e m u dw h e n m e e t i n g w a t e ra n dt h e r ei sa b i gr u p t u r e a l o n e a n n i n g r i v e ri n p a n z h i h u a - x i c h a n ga r e a ，w es h o u l di n v e s t i g a t e i t sc h a r a c t e r i s t i ci n e n g i n e e r i n g a n dd y n a m i c t h r o u g he x p e r i m e n t o nt h eb a s eo fp r e - p r o d u c t i o n ，t e s t so fd y n a m i cm o d u l u s ，d a m p i n gr a t i oa n d d y n a m i ci n t e n s i t yo fx i g e d as o i lt h r o u g ht h ec y c l i ct r i a x i a li n s t r u m e n t d y n a m i c i n t e n s i t y a n ds e i s m i c p a r a m e t e r s a r ee n s u r e da n ds o m e a f f e c t i n g f a c t o r sa r e d i s c u s s e d a m o n gm a n yf a c t o r sa f f e c t i n gt h er e s i s t i n gf l u i d i f yc h a r a c t e r i s t i co f t h es o i l ， s o i lc h a r a c t e r ，i n i t i a ls t r e s sa n dd y n a m i cl o a da r et h ep r i m a r y m a i n l ys e e i n ga b o u t t h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h er e s i s t i n gf l u i d i f yc h a r a c t e r i s t i cs u c ha sc o n f i n i n gs t r e s s ， c o n t r o l l i n gd r yd e n s i t y a n ds a t u r a t i o ni nt h i sp a p e r c y c l i cs t r e s s 。td i n c r e a s e s w h i l e c o n f i n i n g s t r e s s 。o3 c ”i n c r e a s i n gc y c l i c s t r e s sr a t i o ”r 。i n c r e a s ew h i l e c o n t r o f i i n gd r yd e n s i t yi n c r e a s i n ga n dd e c r e a s e sw h i l es a t u r a t i o ni n c r e a s i n g m o r et h a n10f a c t o r sa f f e c tt h ed y n a m i cm o d u l u sa n dd a m p i n gr a t i od y n a m i c s t r a i nl e v e lc a nm a k ed y n a m i cm o d u l u sa n dd a m p i n gr a t i om u l t i p l e c o n f i n i n g s t r e s sh a sm u c he f f e c to nd y n a m i cm o d u l u sa n dd a m p i n gr a t i o d y n a m i cm o d u l u s i n c r e a s e sw h i l ec o n f i n i n gs t r e s s i n c r e a s i n g a n dd a m p i n gr a t i od e c r e a s e sw h i l e c o n f i n i n g s t r e s s i n c r e a s i n g d y n a m i c m o d u l u si n c r e a s e sw h i l e c o n t r o l l i n gd r y d e n s i t yo rs a t u r a t i o ni n c r e a s i n ga n dd a m p i n g r a t i od e c r e a s e sl i t t l ew h i l ec o n t r o l l i n g d r yd e n s i t yo rs a t u r a t i o ni n c r e a s i n g k e y w o r d s ：x i g e d as o i ld y n a m i ci n t e n s i t ya n dl i q u e f a c t i o nd y n a m i cm o d u l u s d a m p i n g r a t i o l i 型型苎兰竺! ! 兰些堡兰 _ _ - _ - _ - h _ _ q _ _ _ _ _ _ _ 1 绪论 1 1 问题的提出 四川西部攀枝花、西昌地区广泛分布第四纪早期静水湖相物一一 昔格达组地层。昔格达组地层主要是由浅黄色、肉红色、灰黑色粘土 层与浅黄色细砂层呈韵律互层组成，以浅黄色粘土层和细纱层互层为 主。 由于昔格达土遇水易软化、泥化，因此常形成众多的滑坡，成为 国内有名的易滑地层，给工程建设带来严重的危害。并且攀西地区沿 安宁河一带都处于大断裂带，历史上也曾发生过地震，给人民的生活 带来了危害，因此有必要对昔格达士的工程力学性质特别是动力特性 进行试验研究。 在地震作用下，软弱地基易产生液化和震陷，地基液化和震陷的 危害性是目前土动力学和岩土地震工程研究的前沿课题之一。由于地 震动荷载的随机性和复杂性，动力试验研究地震作用时通常将地震波 看作是循环荷载作用于土上【3 1 ，在实验室中以等幅等周期的循环荷载 模拟地震动荷载。土动力问题研究的应变范围很大，需要用不同的测 试方法确定土体动力稳定计算中所用参数。在室内可以做从小应变到 大应变的试验：动强度与液化试验是研究试样大应变时的动力性质， 而动模量阻尼比试验是研究试样小应变时的动力性质。室内动力测试 仪器有动三轴仪、振动剪切仪、共振柱仪、振动台、离心机等。动三 轴仪使用方便，易于控制应力状态。因而得到了广泛的应用【4 】。振动 剪切仪可在试验室内模拟实际地基地震前及地震时的应力条件，大致 可分为振动单剪仪和振动扭剪仪两大类。共振柱试验是据共振原理使 一个圆柱形试样振动，改变其振动频率使其产生共振并测求斌样的动 弹模和阻尼比等参数。振动台试验是2 0 世纪7 0 年代发展起来专用于 土的液化性状研究的室内大型动力试验。土工离心模型试验技术研究 地震动力问题最先由英国剑桥大学在7 0 年代末进行，由于离心机可满 足应力水平相同的关键相似条件，加上近年来激振技术的不断改进和 提高，它已逐步成为岩土工程研究领域的重要手段之一。黄文熙院士 型型苎兰竺! ! 兰些堡兰 _ _ - _ - _ - h _ _ q _ _ _ _ _ _ _ 1 绪论 1 1 问题的提出 四川西部攀枝花、西昌地区广泛分布第四纪早期静水湖相物一一 昔格达组地层。昔格达组地层主要是由浅黄色、肉红色、灰黑色粘土 层与浅黄色细砂层呈韵律互层组成，以浅黄色粘土层和细纱层互层为 主。 由于昔格达土遇水易软化、泥化，因此常形成众多的滑坡，成为 国内有名的易滑地层，给工程建设带来严重的危害。并且攀西地区沿 安宁河一带都处于大断裂带，历史上也曾发生过地震，给人民的生活 带来了危害，因此有必要对昔格达士的工程力学性质特别是动力特性 进行试验研究。 在地震作用下，软弱地基易产生液化和震陷，地基液化和震陷的 危害性是目前土动力学和岩土地震工程研究的前沿课题之一。由于地 震动荷载的随机性和复杂性，动力试验研究地震作用时通常将地震波 看作是循环荷载作用于土上【3 1 ，在实验室中以等幅等周期的循环荷载 模拟地震动荷载。土动力问题研究的应变范围很大，需要用不同的测 试方法确定土体动力稳定计算中所用参数。在室内可以做从小应变到 大应变的试验：动强度与液化试验是研究试样大应变时的动力性质， 而动模量阻尼比试验是研究试样小应变时的动力性质。室内动力测试 仪器有动三轴仪、振动剪切仪、共振柱仪、振动台、离心机等。动三 轴仪使用方便，易于控制应力状态。因而得到了广泛的应用【4 】。振动 剪切仪可在试验室内模拟实际地基地震前及地震时的应力条件，大致 可分为振动单剪仪和振动扭剪仪两大类。共振柱试验是据共振原理使 一个圆柱形试样振动，改变其振动频率使其产生共振并测求斌样的动 弹模和阻尼比等参数。振动台试验是2 0 世纪7 0 年代发展起来专用于 土的液化性状研究的室内大型动力试验。土工离心模型试验技术研究 地震动力问题最先由英国剑桥大学在7 0 年代末进行，由于离心机可满 足应力水平相同的关键相似条件，加上近年来激振技术的不断改进和 提高，它已逐步成为岩土工程研究领域的重要手段之一。黄文熙院士 绪论 曾称土工离心机是岩土工程发展的一个罩程碑。 1 2 前人研究成果的回顾 现代土动力学自1 9 6 4 年r 本新渴( n i i g a t a ) 地震和美国阿拉斯 加( a 】a s k a n ) 地震、1 9 7 6 年中国唐山地震后，受到了普遍高度重视 及广泛深入的试验研究。近年来室内动力测试的研究方向与重点可归 纳为以下几点： ( 1 ) 试验研究材料的扩大与延伸 当前，室内动力特性测试所研究的材料，不仅局限于砂性土和细 粒土，还涉及到黄土、膨胀土、冻土等各种具有特殊性质的区域性土， 并伸向尾矿料、粉煤灰、海洋土及垃圾土等。例如：巫志辉等( 1 9 9 4 ) f 5 j 系统研究了陕北洛川标准剖面原状黄土的动变形和强度特性；王兰 民等( 2 0 0 0 ) 6 1 研究了饱和黄土的液化机理，建立了饱和黄土孑l 隙水 压力和应变的增长模型，定量研究了黄土液化的主要影响因素。雷胜 友等( 1 9 9 5 ) 【7 】研究了非饱和膨胀土在长期重复荷载下的动应力一应 变关系、动强度特性及它们的主要影响因素。徐学燕等( 1 9 9 8 ) 坤j 据 大量的低温动三轴应力一应变试验资料给出了冻土的动弹模、动泊桑 比、动剪模、动阻尼比的数值及它们与冻土温度和振动频率的关系。 王余庆等( 1 9 9 5 ) 1 9 1 使用动单剪仪对大石河三种尾矿砂样的动特性进 行了研究，成果已用于大石河尾矿坝的震害分析。周健等( 2 0 0 0 ) i o l 对某电厂灰坝采用粉煤灰作为筑坝排水垫层的可行性进行了研究，并 对某灰渣坝在8 度地震作用下的稳定性进行了三维有效应力动力分析 【i 。简连贵等( 1 9 9 9 ) 【1 2 1 采用共振柱试验，研究了初始剪应力对海外 回填土壤动态特性的影响。周健等( 1 9 9 9 ) 13 l 利用循环三轴试验，分 别模拟交通荷载和地震荷载，对城市垃圾士的动模量和振动残余应变 试验结果进行了分析并给出了计算公式。 ( 2 ) 复杂应力状态下土的动力特性研究 般的动三轴仪以试件4 5 。斜面上应力模拟现场土的应力状态( 有 关动三轴试验原理第3 章将有详细论述) ，不能真实反映地震时土的应 2 绪论 曾称土工离心机是岩土工程发展的一个罩程碑。 1 2 前人研究成果的回顾 现代土动力学自1 9 6 4 年r 本新渴( n i i g a t a ) 地震和美国阿拉斯 加( a 】a s k a n ) 地震、1 9 7 6 年中国唐山地震后，受到了普遍高度重视 及广泛深入的试验研究。近年来室内动力测试的研究方向与重点可归 纳为以下几点： ( 1 ) 试验研究材料的扩大与延伸 当前，室内动力特性测试所研究的材料，不仅局限于砂性土和细 粒土，还涉及到黄土、膨胀土、冻土等各种具有特殊性质的区域性土， 并伸向尾矿料、粉煤灰、海洋土及垃圾土等。例如：巫志辉等( 1 9 9 4 ) f 5 j 系统研究了陕北洛川标准剖面原状黄土的动变形和强度特性；王兰 民等( 2 0 0 0 ) 6 1 研究了饱和黄土的液化机理，建立了饱和黄土孑l 隙水 压力和应变的增长模型，定量研究了黄土液化的主要影响因素。雷胜 友等( 1 9 9 5 ) 【7 】研究了非饱和膨胀土在长期重复荷载下的动应力一应 变关系、动强度特性及它们的主要影响因素。徐学燕等( 1 9 9 8 ) 坤j 据 大量的低温动三轴应力一应变试验资料给出了冻土的动弹模、动泊桑 比、动剪模、动阻尼比的数值及它们与冻土温度和振动频率的关系。 王余庆等( 1 9 9 5 ) 1 9 1 使用动单剪仪对大石河三种尾矿砂样的动特性进 行了研究，成果已用于大石河尾矿坝的震害分析。周健等( 2 0 0 0 ) i o l 对某电厂灰坝采用粉煤灰作为筑坝排水垫层的可行性进行了研究，并 对某灰渣坝在8 度地震作用下的稳定性进行了三维有效应力动力分析 【i 。简连贵等( 1 9 9 9 ) 【1 2 1 采用共振柱试验，研究了初始剪应力对海外 回填土壤动态特性的影响。周健等( 1 9 9 9 ) 13 l 利用循环三轴试验，分 别模拟交通荷载和地震荷载，对城市垃圾士的动模量和振动残余应变 试验结果进行了分析并给出了计算公式。 ( 2 ) 复杂应力状态下土的动力特性研究 般的动三轴仪以试件4 5 。斜面上应力模拟现场土的应力状态( 有 关动三轴试验原理第3 章将有详细论述) ，不能真实反映地震时土的应 2 ! ! 型堂塑! ：兰丝堕兰 力状态的复杂性。因此一些学者使用循环扭剪仪模拟现场地震时的应 力状态，研究土料的动力特性。例如：牛建新等( 1 9 9 4 ) 【1 4 】使用国内 研制的首台循环扭剪三轴仪研究了饱和砂的动强度和液化特性，系统 地进行了等压无预剪固结、等压有预剪固结和偏压无预剪固结的不排 水试验。王洪瑾等( 1 9 9 6 ) 1 5j 利用空心圆柱扭剪仪，对瀑布沟心墙土 料系统地进行了复杂应力状态下初始主应力偏转角口，中主应力参数 b 对土动力特性影响的试验研究。 ( 3 ) 试验仪器的改进和仪器测量精度的提高 为了测试粗颗粒材料的动力特性，中国水利水电科学研究院研制 了大型动、静三轴试验机，安装了大三轴试件的波速测试装置，并改 进了硬件、软件系统和标定方法，完善了测试技术，提高了示波仪精 度，从而可在小应变到破坏应变范围内测定粗粒土的动力特性【l 6 1 。 无论是动力特性，还是静力模型( 例如d u n c a n c h a n g 模型) ，都定 义初始动模量e d 。或动剪模g d 。是8d 一0 的模量。土体此时处于弹性状 态，因此是弹性模量或最大模量，即e d 。= e d 。，g d 。= g d 。e d 。和 g d 。是反映土动力特性的重要参数。但由于测量仪器的限制，常规动 静三轴试验只能量测到ed = l o 一l o ，应变趋于零时的最大弹模则由试 验曲线外延至应变为零处推求，因此求取的e d 。或g d 。；也是该应变 水平的模量。但对大多数土体而言，该应变水平对应的已不是土体的 弹性状态，求取的模量也就不是符合原本物理意义的初始模纛。对于 大多数土体而言，该应变水平对应的模量较ed = 1 0 为的模量低s 1 0 倍。 杨桂芳就静力本构模型及其参数对计算结果的影响作了详细研究，表 明静力参数的变化对计算结果有显著影响 ；7 】，商动力参数的变化更将 成倍影响计算结果。这就是国内近2 0 年来提供的g d 。数值相差较大、 计算的变形等结果明显或成倍高于实测值的原因。因此，任何方法都 必须在足够小的应变条件下求取的e d 才能作为ed o ，这样才符合原本 物理学定义的8d o 的e d 作为e d 。( e d 。) 。 土工试验规程s l2 3 7 1 9 9 9 推荐使用共振柱试验量测土体小应 变范围的动模量和阻尼比。事实上，h a r d i n 早在1 9 7 2 年就提出可由 _ ，_ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - _ _ - _ _ - 一 芪振柱和现场波速法测求g 。其后也有一些学者使用共振柱仪和动 三轴联合测定全应变范围的动模量曲线，却无法克服试验点离散且衔 接不好的缺点。因此，许多学者致力于小应变测量仪器的装置和改进。 例如，大连理工大学引入日本学者g o t o 和t a t u o k a 等人( 1 9 9 1 ) 1 1 8 1 丌发的局部位移计( l t d ) 原理，在一台中型动三轴仪上配置了一种局 部位移传感器，可测试从ed = 1 0 j 的小应变到破坏应变范围内土的动 力特性。何昌荣1 1 9 】( 19 9 4 ) 使用自制的电阻式应变仪，对l o 多项工 程较准确地量测到8d = 1 06 l o ，从而求得微应变下的动模量。 ( 4 ) 动强度和液化及动力参数影响因素的探讨 影响饱和土抗液化特性的主要因素有：土性条件，主要指土的密 实程度和颗粒特征；起始应力条件，指动荷载施加前土体所承受的静 应力状态，若为偏压固结，主要指固结应力比或初始剪应力的影响： 动荷条件，指动荷波形、振幅、频率、持续时间及作用方向等2 0 j 【2 。 动模量阻尼比的影响因素有1 3 1 5 22 j 个，其中四个主要影响因素 是动应变幅、圃结围压力、囿结主应力比或初始剪应力、孔隙比或相 对密度，另外不同土类、粒径大小和级配、加荷频率和周次及饱和度 等因素也有一定程度的影响【2 3 】。 对动强度和液化及动模量阻尼比的影响因素及各因素的影响程 度，众多学者对不同土类展开了大量研究，这里不再一一列举。但需 指出的是，某些因素对土的影响并来形成一致结论，而且对于不同的 土类，某些因素的影响也不尽相同，例如振动频率对粘性土的动力特 性及动孔压发展变化的影响。因此为获得准确可靠的动力参数，并为 今后的试验研究工作奠定基础，有必要对各影噙躅素作进一步探讨。 1 3 本文的研究目的和内容 由1 1 可知，由于攀西地区昔格达土的特殊性及攀西地区地处断 裂带，有地震发生的可能性。因此本文对攀西地区营格达土的工程力 学性质做了大量的常规以及动力方面的试验，确定了营格达土的力学 参数，用于工程和判断其抗震性能和计算分析时使用。 _ ，_ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - _ _ - _ _ - 一 芪振柱和现场波速法测求g 。其后也有一些学者使用共振柱仪和动 三轴联合测定全应变范围的动模量曲线，却无法克服试验点离散且衔 接不好的缺点。因此，许多学者致力于小应变测量仪器的装置和改进。 例如，大连理工大学引入日本学者g o t o 和t a t u o k a 等人( 1 9 9 1 ) 1 1 8 1 丌发的局部位移计( l t d ) 原理，在一台中型动三轴仪上配置了一种局 部位移传感器，可测试从ed = 1 0 j 的小应变到破坏应变范围内土的动 力特性。何昌荣1 1 9 】( 19 9 4 ) 使用自制的电阻式应变仪，对l o 多项工 程较准确地量测到8d = 1 06 l o ，从而求得微应变下的动模量。 ( 4 ) 动强度和液化及动力参数影响因素的探讨 影响饱和土抗液化特性的主要因素有：土性条件，主要指土的密 实程度和颗粒特征；起始应力条件，指动荷载施加前土体所承受的静 应力状态，若为偏压固结，主要指固结应力比或初始剪应力的影响： 动荷条件，指动荷波形、振幅、频率、持续时间及作用方向等2 0 j 【2 。 动模量阻尼比的影响因素有1 3 1 5 22 j 个，其中四个主要影响因素 是动应变幅、圃结围压力、囿结主应力比或初始剪应力、孔隙比或相 对密度，另外不同土类、粒径大小和级配、加荷频率和周次及饱和度 等因素也有一定程度的影响【2 3 】。 对动强度和液化及动模量阻尼比的影响因素及各因素的影响程 度，众多学者对不同土类展开了大量研究，这里不再一一列举。但需 指出的是，某些因素对土的影响并来形成一致结论，而且对于不同的 土类，某些因素的影响也不尽相同，例如振动频率对粘性土的动力特 性及动孔压发展变化的影响。因此为获得准确可靠的动力参数，并为 今后的试验研究工作奠定基础，有必要对各影噙躅素作进一步探讨。 1 3 本文的研究目的和内容 由1 1 可知，由于攀西地区昔格达土的特殊性及攀西地区地处断 裂带，有地震发生的可能性。因此本文对攀西地区营格达土的工程力 学性质做了大量的常规以及动力方面的试验，确定了营格达土的力学 参数，用于工程和判断其抗震性能和计算分析时使用。 本文所做的具体工作如下： ( 1 ) 总结和归纳了近年来室内动力测试的研究方向与重点。 ( 2 ) 通过测定，分析了昔格达土的物理和化学成分，从微观上 把握住了昔格达土的一些特性。 ( 3 ) 通过常规试验，得出了昔格达土的一些常规的参数，并进行 了分析。 ( 4 ) 在动强度试验中，研究了昔格达土的动变形特性并提供了强 度参数，考察了固结围压力、饱和度、控制干密度等对昔格达土动强 度的影响。 ( 5 ) 在回顾前人对动孔隙水压力研究成果的基础上，利用顾淦 臣孔压模型进行分析，并对试样的孔压发展规律做了一定的研究。 ( 6 )比较了动荷载下土的几种应力应变关系模型，并以等效线 性模型( h a r d in d r n e v i c h ) 模型为基础，结合动三轴试验得出了昔 格达二匕的动力变形计算参数。 ( 7 ) 举出了在动模量阻尼试验中几个熏要参数的求取方法。并 考察了应变水平、固结围压力、饱和度、控制干密度等因素对动模量 阻尼比的影响。 2 沾觇试验 2 常规试验 2 1 昔格达土的物质成分与物理性质【2 4 2 5 、2 6 、2 7 】 2 1 1 昔格达土的矿物组成与化学成份 从已有研究成果可知昔格达组粘土矿物成份均以伊利石为主( 含 量达6 6 8 2 ) ，高岭石、绿泥石次之。此外，还含有石英和铁的氧化 物等。昔格达组细砂层主要矿物是石英、长石、方解石，其次含有绿 帘石、角闪石和磁铁矿等。各粘土层和细砂层的化学成份分析成果见 表2 1 1 2 4 1 。各层中可溶盐含量微，除扶黑色粘土中含少量有机质外， 其余均无。p h 值一般为6 7 8 8 。 表2 1昔格达组粘土层和细砂层化学分析成果综合表( ) 肉红色粘土浅黄色粘土灰黑色粘土浅黄色细砂 化学h s i o z5 5 2 8 5 4 7 15 3 6 36 4 0 6 a 12 0 32 0 2 31 7 9 91 9 0 31 1 1 0 f e 2 0 36 5 6 70 56 1 24 5 2 c a o1 5 24 3 63 8 28 0 8 m g o 2 3 62 1 l2 8 51 2 0 k 2 03 8 83 6 5 3 5 92 ，8 2 n a 2 0o 7 l0 6 9 1 2 10 5 8 2 1 2 物理性质 对营格达组各土层已有的大量物理性质试验资料统计分析。各 粘土层属高塑性粘土，仅少量属粉质粘土；细砂层属粉质土砂。粘土 的粘粒含量般为4 5 8 0 ，粉粒为2 0 4 0 ，砂粒为2 8 ；细砂层的 粘粒含量为6 1 0 ，粉粒为12 1 8 ，砂粒( 主要是细砂粒) 含量为 7 2 8 0 。 2 1 3 昔格达组粘土的分散性讨论 ( 1 ) 粘土矿物组成对分散性的影响 2 沾觇试验 2 常规试验 2 1 昔格达土的物质成分与物理性质【2 4 2 5 、2 6 、2 7 】 2 1 1 昔格达土的矿物组成与化学成份 从已有研究成果可知昔格达组粘土矿物成份均以伊利石为主( 含 量达6 6 8 2 ) ，高岭石、绿泥石次之。此外，还含有石英和铁的氧化 物等。昔格达组细砂层主要矿物是石英、长石、方解石，其次含有绿 帘石、角闪石和磁铁矿等。各粘土层和细砂层的化学成份分析成果见 表2 1 1 2 4 1 。各层中可溶盐含量微，除扶黑色粘土中含少量有机质外， 其余均无。p h 值一般为6 7 8 8 。 表2 1昔格达组粘土层和细砂层化学分析成果综合表( ) 肉红色粘土浅黄色粘土灰黑色粘土浅黄色细砂 化学h s i o z5 5 2 8 5 4 7 15 3 6 36 4 0 6 a 12 0 32 0 2 31 7 9 91 9 0 31 1 1 0 f e 2 0 36 5 6 70 56 1 24 5 2 c a o1 5 24 3 63 8 28 0 8 m g o 2 3 62 1 l2 8 51 2 0 k 2 03 8 83 6 5 3 5 92 ，8 2 n a 2 0o 7 l0 6 9 1 2 10 5 8 2 1 2 物理性质 对营格达组各土层已有的大量物理性质试验资料统计分析。各 粘土层属高塑性粘土，仅少量属粉质粘土；细砂层属粉质土砂。粘土 的粘粒含量般为4 5 8 0 ，粉粒为2 0 4 0 ，砂粒为2 8 ；细砂层的 粘粒含量为6 1 0 ，粉粒为12 1 8 ，砂粒( 主要是细砂粒) 含量为 7 2 8 0 。 2 1 3 昔格达组粘土的分散性讨论 ( 1 ) 粘土矿物组成对分散性的影响 婴型叁竺堡! ! ：堂竺堡墨 旨格达组粘土的粘土矿物组份以伊利石为主，高岭石和绿泥石 次之。伊利石虽有一定的亲水性，但其比表面积仅9 6 18 5 m 2 g ，因而 不会出现明显的分散性。 ( 2 ) 交换n a + 离子对分散性的影响 交换性n a + 离子的高含量是分散性土的重要物理化学特征。昔 格达组粘土交换性n a + 离子( e s p ) 含量见表2 2 。通常用e s p 为7 1 0 时属中等分散性土，达到或超过15 时为分散性土的标准判断。昔格 达组粘土大部分具有中等分散性，灰黑色粘土具中等偏高的分散性。 表2 2交换性n a + 离子含量表 | 士名阳离子交换量交换性n a +p h 值 毫克当量1 0 0 9 士毫克当量1 0 0 9 土百分含量( ) e s p 肉红色粘士3 4 7 8 24 26 9 68 4 5 浅黄色粘士 3 1 8 l2 2 37 o o8 8 0 灰黑色粘土3 4 9 94 3 21 2 3 58 7 5 ( 3 ) 孔隙溶液中n a + 离子对分散性的影响 一般把孔隙溶液中n a + 含量百分数( s p ) 大于5 0 定为分散性土。 采用钠吸附比( s a r ：。：鼍! ! !：一) 来度量溶液中n a + 离子的相 4 ( c a + 2 - m g + 2 ) 2 对数量和吸附能力。从表2 3 可知，溶液中s p 低于5 0 。且s a r 值 表2 3 孔隙溶液成份分析表 c a 2 m g 2 k n a 盐份总n 8 的百钠吸附c a 2 的 量( t d s )分含量比( s a r )百分含 毫克当量升( s p )量 l6 50 4 1o 0 5 0 6 92 8 02 4 6 00 6 85 8 9 3 2 6 00 1 60 0 2 60 6 13 4 01 7 9 4o 5 2 7 6 4 7 3 5 53 3 60 3 11 5 78 7 6 1 7 8 6 0 8 44 0 5 3 2 常规试验 小，故不属于分散性土。孔隙溶液中电解质浓度的高低决定着土粒表 面双电层的发育程度。较高的c a ”离子含量( 4 0 5 3 7 64 7 ) ，呈弱 碱一性的p h 值( 8 4 5 8 7 5 ) ，将抑制土粒表面的双层发育和分散性，这 就使e s p 属中等分散性的昔格达土具有较低的s p 和s a r 而呈非分散 性土。 ( 3 ) 土的团粒结构对分散性的影响 土的分散性可由土粒的絮凝状态，即微团粒成份分析来测定。表 2 4 是对昔格达土采用未加分散剂分散测定微团粒成份和加分散剂测 定粒度成份，而两者比值即称分散度。按美国水土保持局( s c s ) 提出 的分散性界限按分散度划分的标准：低塑限无机粘土( m l ) 和粉粘土 ( s c ) 2 5 ；中塑限无机粘土( c l ) 3 5 ；高塑限无机粘土( c h ) 4 0 。 昔格达粘土属高塑限粘土，分散度低于4 0 属非分散性土。 表2 4 粒度成份与微团粒成份分析表 l 士名未加分散剂加分散剂分散度( ) 2 5 ；中塑限无机粘土( c l ) 3 5 ；高塑限无机粘土( c h ) 4 0 。 昔格达粘土属高塑限粘土，分散度低于4 0 属非分散性土。 表2 4 粒度成份与微团粒成份分析表 l 士名未加分散剂加分散剂分散度( ) 55 22 ll o50 5 0 2 50 2 5 o 1( o 1 卣分量( ) 0 61 1 77 51 879 22 0 83 1 5 x ：丝d 一 ( 2 3 ) m 8 对于小于0 1 m m 的土采用甲种密度计法来测定按式( 2 4 ) 计算 小于某粒径的试样质量占试样总质量百分数。 ：l o o c a r + 历，+ 疗一c o ) ( 2 4 ) | h d ， - 试验成果整理为颗粒分析曲线，见图2 - - 1 。c 。= 孕= 1 1 3 ， d 1 0 ! ! 型查兰塑l 。兰垡堡兰一一 23 比重试验 土样的颗粒比重是土在1 0 5 l l o 。c 下烘至恒值时的质量与土粒同 体积4 0 c 纯水质量的比值。本试验采用比重瓶法测定土样的比重a 本 试验称量准确至o 0 0 1 9 。按下式计算土粒比重。 g 。：l g 。 朋1 + 肌d 一 i2 试验结果g = 2 7 5 。较 为其中粉粘粒含量相对较高。 ( 2 2 ) 般的砂土比重略微偏大。究其原因，是因 24 颗粒分析试验 颗粒分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数的 方法，借以明了颗粒大小分布情况，供土的分类及概略判断土的工程 性质及选料之用。本试验采用筛析法和密度计法联合测定。筛分结果 如表2 5 。 由于粒径小于0 1 m m 的试样质量大于总质量的1 0 ，所以应按密 度计法测定粒径小于0 1 m m 的颗粒组成。 按式( 2 3 ) 计算小于某粒径的试样质量占总质量的百分数 表2 5试验用土粒组含量 粒径( f i l m ) 55 22 ll o50 5 0 2 50 2 5 o 1( o 1 卣分量( ) 0 61 1 77 51 879 22 0 83 1 5 x ：丝d 一 ( 2 3 ) m 8 对于小于0 1 m m 的土采用甲种密度计法来测定按式( 2 4 ) 计算 小于某粒径的试样质量占试样总质量百分数。 ：l o o c a r + 历，+ 疗一c o ) ( 2 4 ) | h d ， - 试验成果整理为颗粒分析曲线，见图2 - - 1 。c 。= 孕= 1 1 3 ， d 1 0 ! 堂型堕鉴 _ 一一 1 0 10 10 0 l0 0 0 1 士粒直径( r a m ) 1 0 22 o5o5 0 1o i o0 5( 00 5 粒h 1232 623 0l4 317 2f ) 幽2 一l -2 。= 善= o 5 从颗分曲线可以看出粒径大于2 r a m 的颗粒含量为 “6 0 x “1 0 1 2 3 ，粒径大于o 0 7 5 m m 的颗粒含量为7 5 2 ，因此可以判定该土 为砂类土中的粉砂。但其中小于o 0 7 5 r a m 的粉粘粒含量为2 4 8 ，相 对来说还是较高的。c 。 5 称为不均匀土，表示昔格达土不均匀，即粗 颗粒和细颗粒的大小相差悬殊，粒组的变化范围宽。这种土经压实后， 细颗粒充填于粗颗粒所形成的孔隙中，容易得出较好的力学特性。 以 l ，说明昔格达土级配曲线不连续，士的级配不良好。对于昔格达 砂土，由于其级配不连续且细料含量 5 称为不均匀土，表示昔格达土不均匀，即粗 颗粒和细颗粒的大小相差悬殊，粒组的变化范围宽。这种土经压实后， 细颗粒充填于粗颗粒所形成的孔隙中，容易得出较好的力学特性。 以 c o 。时曲 线陡一点，但总的说来昔格达土击实曲线是非常平缓的，说明了配置 在最优含水量c o 。附近含水量的土样经过击实所达到的千密度就非常 接近最大干密度了。对于具备这种性质的土，在进行现场碾压施工时， 没有必要为了达到最大干密度而把土样的含水量控制在。另外通过 击实得出p 。，= 1 8 4 9 c m 3 ，试验结果相对较低，究其原因，是因为压 实功能的影响。一般来说，p 。随着压实功能的增加而增加，本试验 采用的是轻型击实仪，压实功能较小，所以樗出的p 。也偏小。 2 6 渗透试验 渗透是水在多孔介质中的运动现象。若土中渗透水流呈层流状态， 则渗透速度v 与水力坡降i 成正比；当水力坡降i = 1 时的渗透速度称为 土的渗透系数k 。以达西定理表示为v = k i 。本试验的目的是测定土的 渗透系数。按式( 2 7 ) 计算渗透系数： k ，：2 3 竺l o g h a ( 2 - - 7 ) 。 a t h 2 试验结果，k ，= 6 2 5 1 0 c d s 。试验结果较一般的粉砂土的渗透 系数k 。略小，一般的粉砂土k ，为a 1 0 。究其原因，是因为营格达粉 砂土中的粉粘粒含量相对较高。 2 7 三轴剪切试验 27 1 不固结不排水剪( u u ) 这种方法使用的条件是土体受力而孔隙压力不消散的情况。当建 筑物施工速度快，土体渗透系数较低( 如小于一1 0 。c m s ) ，丽排水 条件又差时，为考虑施工期的稳定，可采用u u 试验。用总应力方法 分析时，应按规定的压力范围内选取c 一九。如非饱和地层预计旆工 期可能有雨水入渗或地下水位上升会使土体饱和，则试样在剪切前予 以饱和。 2 7 2 固结不排水剪( c o ) 试验主要目的有二：一是借测量孔隙压力求得土的有效强度参数 c 、，以便进行土体稳定的有效应力分析。其次求得总应力强度指 标c 。、妒。 2 7 3 囤结排水剪 主要是为了求得士的有效强度指标、九，采用应变控制式三轴 剪切仪的固结排水剪比较费事，故仅应用于较透水的土料。在有限元 计算土工课题中，为了模拟实际工程的排水条件，也需用应变控制的 固结排水剪试验成果来确定变形模量、泊松比和剪切模量等变形指标。 用应力控制式三轴剪切仪作固结排水剪切试验比用应变控制式三轴剪 渗透是水在多孔介质中的运动现象。若土中渗透水流呈层流状态， 则渗透速度v 与水力坡降i 成正比；当水力坡降i = 1 时的渗透速度称为 土的渗透系数k 。以达西定理表示为v = k i 。本试验的目的是测定土的 渗透系数。按式( 2 7 ) 计算渗透系数： k ，：2 3 竺l o g h a ( 2 - - 7 ) 。 a t h 2 试验结果，k ，= 6 2 5 1 0 c d s 。试验结果较一般的粉砂土的渗透 系数k 。略小，一般的粉砂土k ，为a 1 0 。究其原因，是因为营格达粉 砂土中的粉粘粒含量相对较高。 2 7 三轴剪切试验 27 1 不固结不排水剪( u u ) 这种方法使用的条件是土体受力而孔隙压力不消散的情况。当建 筑物施工速度快，土体渗透系数较低( 如小于一1 0 。c m s ) ，丽排水 条件又差时，为考虑施工期的稳定，可采用u u 试验。用总应力方法 分析时，应按规定的压力范围内选取c 一九。如非饱和地层预计旆工 期可能有雨水入渗或地下水位上升会使土体饱和，则试样在剪切前予 以饱和。 2 7 2 固结不排水剪( c o ) 试验主要目的有二：一是借测量孔隙压力求得土的有效强度参数 c 、，以便进行土体稳定的有效应力分析。其次求得总应力强度指 标c 。、妒。 2 7 3 囤结排水剪 主要是为了求得士的有效强度指标、九，采用应变控制式三轴 剪切仪的固结排水剪比较费事，故仅应用于较透水的土料。在有限元 计算土工课题中，为了模拟实际工程的排水条件，也需用应变控制的 固结排水剪试验成果来确定变形模量、泊松比和剪切模量等变形指标。 用应力控制式三轴剪切仪作固结排水剪切试验比用应变控制式三轴剪 渗透是水在多孔介质中的运动现象。若土中渗透水流呈层流状态， 则渗透速度v 与水力坡降i 成正比；当水力坡降i = 1 时的渗透速度称为 土的渗透系数k 。以达西定理表示为v = k i 。本试验的目的是测定土的 渗透系数。按式( 2 7 ) 计算渗透系数： k ，：2 3 竺l o g h a ( 2 - - 7 ) 。 a t h 2 试验结果，k ，= 6 2 5 1 0 c d s 。试验结果较一般的粉砂土的渗透 系数k 。略小，一般的粉砂土k ，为a 1 0 。究其原因，是因为营格达粉 砂土中的粉粘粒含量相对较高。 2 7 三轴剪切试验 27 1 不固结不排水剪( u u ) 这种方法使用的条件是土体受力而孔隙压力不消散的情况。当建 筑物施工速度快，土体渗透系数较低( 如小于一1 0 。c m s ) ，丽排水 条件又差时，为考虑施工期的稳定，可采用u u 试验。用总应力方法 分析时，应按规定的压力范围内选取c 一九。如非饱和地层预计旆工 期可能有雨水入渗或地下水位上升会使土体饱和，则试样在剪切前予 以饱和。 2 7 2 固结不排水剪( c o ) 试验主要目的有二：一是借测量孔隙压力求得土的有效强度参数 c 、，以便进行土体稳定的有效应力分析。其次求得总应力强度指 标c 。、妒。 2 7 3 囤结排水剪 主要是为了求得士的有效强度指标、九，采用应变控制式三轴 剪切仪的固结排水剪比较费事，故仅应用于较透水的土料。在有限元 计算土工课题中，为了模拟实际工程的排水条件，也需用应变控制的 固结排水剪试验成果来确定变形模量、泊松比和剪切模量等变形指标。 用应力控制式三轴剪切仪作固结排水剪切试验比用应变控制式三轴剪 些生叁兰塑兰丝丝墨 _ _ _ _ _ - _