·148· 工程科学学报，第39卷，第1期 土一水特征曲线是了解非饱和土的持水特征与其 状态对非饱和土土一水特征曲线的影响机制 他性能指标的重要途径，利用它可以间接估计非饱和 1试验概况 土的强度2]和渗透系数[3-).一般认为，士-水特征 曲线的影响因素有土的矿物成分、孔隙结构、密度、粒 试验用设备为自主研发的吸力控制的三轴试验装 径、温度、土所受过的应力历史、目前所处的应力状态 置]，如图1所示.该装置的底座由高进气值陶土板 等.对于给定土样，可不考虑矿物成分的影响，且环境 制成.当水分提取达到平衡状态时，气压与土的基质 温度一般不会剧烈变化，所以需要明确的只是应力历 吸力相等.该装置的优点在于能对孔隙气压和孔隙水 史、应力状态和应变（孔隙）是否与土-水特征曲线有 压进行单独控制.其轴向载荷由安装在试验装置上的 关.若有关，影响程度如何，这些问题均迫切需要 压力传感器测定，轴向位移可采用试件两边的局部位 解决 移测量传感器(LDT)和压力室外部的百分表测定.但 在本文的试验过程中，轴向位移较小，且局部位移测量 传统的土-水特征曲线的测试是在压力板仪上完 传感器的精度更高，更适合测量小变形，所以轴向应变 成的，但其无法施加外部应力和量测试件的变形.为 此，Ng和Pangts]研发出一套可以施加围压和轴压的应 采用局部位移测量传感器测得的试验数据计算.径向 应变由夹式传感器测得.排水量由滴定管测得. 力式体积压力板仪，试件的尺寸为d70mm×20mm. 以某自然边坡上的粉质砂土为研究对象，其基本 谈云志等[]开发了一套能考虑应力作用的土-水特征 物性指标及土粒粒径累计曲线见表1和图2.采用控 曲线试验仪（试件尺寸105mm×20mm),研究不同应 制干密度的压实成型法制备试样，在最优含水率条件 力水平下土体孔隙结构的演化特征，揭示孔隙结构对 下将试样压实至压实度90%.试样为中75mm×150 其土-水特征曲线的影响机制.Tavakoli Dastjerdi等s) mm的圆柱体土样.由于试件的尺寸较大，故特对试件 研究围压对不同净应力条件下的土-水特征曲线，试 的均匀性进行验证，利用英国Geotek公司生产的 件的尺寸为38mm×10mm. MSCL-S岩芯综合测试系统可在无损的条件下测量完 在实际岩土工程中，土体必然处于一定的应力状 整试件的密度分布.通过伽马射线的衰减程度得到试 态下，所以研究应力状态对土-水特征曲线的影响有 件沿轴向的密度分布，见图3.虽然下部的密度大于上 着至关重要的现实意义.为此，笔者借助自主研发的 部的密度，但差异很小.密度范围为1.803~1.824g 吸力控制的三轴试验仪]，进行不同应力状态下的土- cm3,说明制样过程的精确性和试样的均一性，同时 水特征曲线试验，并从孔隙结构的演变角度揭示应力 也避免密度对试验结果的影响.孔隙结构特征的变化 ○孔隙水压 作动器 ○围压 百分表 孔隙 加压 ○气压 活塞杆 压力 传感器 ○负压 压头 滴定管 夹式 局部移 引伸计 测量传惑器 底座 ○压力计 ☒稳压器 于空气过滤器 压差计 命阀门 孔隙水压传感器 孔隙气压传感器 庄传感器 进水口 图1吸力控制式三轴试验装置 Fig.I Suction controlled triaxial apparatus工程科学学报,第 39 卷,第 1 期 土鄄鄄水特征曲线是了解非饱和土的持水特征与其 他性能指标的重要途径,利用它可以间接估计非饱和 土的强度[1鄄鄄2] 和渗透系数[3鄄鄄5] . 一般认为,土鄄鄄 水特征 曲线的影响因素有土的矿物成分、孔隙结构、密度、粒 径、温度、土所受过的应力历史、目前所处的应力状态 等. 对于给定土样,可不考虑矿物成分的影响,且环境 温度一般不会剧烈变化,所以需要明确的只是应力历 史、应力状态和应变(孔隙)是否与土鄄鄄 水特征曲线有 关. 若有关,影响程度如何,这 些 问 题 均 迫 切 需 要 解决. 传统的土鄄鄄水特征曲线的测试是在压力板仪上完 成的,但其无法施加外部应力和量测试件的变形. 为 此,Ng 和 Pang [6]研发出一套可以施加围压和轴压的应 力式体积压力板仪,试件的尺寸为 准70 mm 伊 20 mm. 谈云志等[7]开发了一套能考虑应力作用的土鄄鄄水特征 曲线试验仪(试件尺寸 准105 mm 伊 20 mm),研究不同应 力水平下土体孔隙结构的演化特征,揭示孔隙结构对 其土鄄鄄水特征曲线的影响机制. Tavakoli Dastjerdi 等[8] 研究围压对不同净应力条件下的土鄄鄄 水特征曲线,试 件的尺寸为 准38 mm 伊 10 mm. 图 1 吸力控制式三轴试验装置 Fig. 1 Suction controlled triaxial apparatus 在实际岩土工程中,土体必然处于一定的应力状 态下,所以研究应力状态对土鄄鄄 水特征曲线的影响有 着至关重要的现实意义. 为此,笔者借助自主研发的 吸力控制的三轴试验仪[9] ,进行不同应力状态下的土鄄鄄 水特征曲线试验,并从孔隙结构的演变角度揭示应力 状态对非饱和土土鄄鄄水特征曲线的影响机制. 1 试验概况 试验用设备为自主研发的吸力控制的三轴试验装 置[9] ,如图 1 所示. 该装置的底座由高进气值陶土板 制成. 当水分提取达到平衡状态时,气压与土的基质 吸力相等. 该装置的优点在于能对孔隙气压和孔隙水 压进行单独控制. 其轴向载荷由安装在试验装置上的 压力传感器测定,轴向位移可采用试件两边的局部位 移测量传感器(LDT)和压力室外部的百分表测定. 但 在本文的试验过程中,轴向位移较小,且局部位移测量 传感器的精度更高,更适合测量小变形,所以轴向应变 采用局部位移测量传感器测得的试验数据计算. 径向 应变由夹式传感器测得. 排水量由滴定管测得. 以某自然边坡上的粉质砂土为研究对象,其基本 物性指标及土粒粒径累计曲线见表 1 和图 2. 采用控 制干密度的压实成型法制备试样,在最优含水率条件 下将试样压实至压实度 90% . 试样为 准75 mm 伊 150 mm 的圆柱体土样. 由于试件的尺寸较大,故特对试件 的均 匀 性 进 行 验 证, 利 用 英 国 Geotek 公 司 生 产 的 MSCL鄄鄄 S 岩芯综合测试系统可在无损的条件下测量完 整试件的密度分布. 通过伽马射线的衰减程度得到试 件沿轴向的密度分布,见图 3. 虽然下部的密度大于上 部的密度,但差异很小. 密度范围为 1郾 803 ~ 1郾 824 g· cm - 3 ,说明制样过程的精确性和试样的均一性,同时 也避免密度对试验结果的影响. 孔隙结构特征的变化 ·148·