谌文武等：渗透剪切作用下黄土的力学特征 .645. 15 (a) -ST100-2-5T200-0◆一ST200-2 一3一ST100-0女-ST100-23-ST200-0--ST200-2 =s3G0 一ST300-2D一sT400-0一ST400-2 12 -D一ST300-0女-ST300-2D-ST400-0☆-ST400-2 -0 只 10 6 18 681012141618 应变/% 应变/% ⊙ 0一ST100-0女一ST100-2-DST200-0-ST200-2 0-5T300-0★-ST300-20-ST400-0☆-ST400-2 0 2 4 81012141618 应变/% 图8渗透剪切中试样孔隙水压力变化.(a)0.5 mm.min1:(b)0.1 mm.min1:(c)0.05 mmmin1 Fig.8 Changes of pore water pressure in seepage shear:(a)0.5 mm.min-1;(b)0.I mm.min-1;(c)0.05 mm.min- 黄土试样中的土颗粒之间承受的水压力在剪切中也 土体内部的孔隙数量开始减少，孔隙直径开始减小， 处于波动状态.不施加渗透作用时，黄土在剪切中 渗流的水穿过黄土试样时遇到的阻力增加，此时试 需要克服内摩擦角和颗粒之间的黏聚力.从图5和 样内部的孔隙水压力会略有升高，降低有效应力 图7中可见，若以峰值剪应力连线绘制包络线，渗透 同时，渗透作用中，水对黄土内部的润滑作用使 剪切对于内摩擦角的降低幅度相对较小，而渗透作 黄土中不连续面上的摩阻力减小和作用在不连续面 用对于剪切强度中的黏聚力降低幅度较大 上的剪应力效应增强.此外，渗流的水对黄土内部 渗透剪切中，波动的孔隙水压力以及流动的水 化学作用也产生影响.渗流水通过改变黄土中黏土 会对黄土中黏土团粒之间的盐分胶结产生持续破坏 颗粒的离子交换作用使得黏土的孔隙结构和渗透性 作用，盐分逐渐被水迁移出去会导致黏土团粒发生 发生改变，进而弱化了黄土体的强度.水化作用过 结构溃散，这些黏土团粒结构溃散后会引起由其胶 程中的渗流水渗透到黄土内部的矿物结晶格架中， 结的粉土颗粒之间的胶结方式破坏，最终导致土体 或水分子附着到可溶性胶结物的离子上，使胶结物 强度降低：此外，流动水会在粉土颗粒表面形成一层 的结构发生结构方面的改变，减小了黄土的黏聚力. 较薄的水膜，大大降低了颗粒之间的摩擦力和咬合 综上所述，渗透剪切中，黄土强度的降低是在渗 力，使得颗粒之间更加容易产生相对滑动和跃移，最 流场与应力场耦合作用下导致黄土中物理化学性质 终降低黄土强度 发生改变后，而引起的黄土强度劣化效应.土体中 饱和黄土渗透剪切过程中，试样中水的流动会 渗流的水将黄土中黏土团粒之间的盐分带走，导致 对颗粒之间结构力产生影响.颗粒之间的摩擦力和 胶结结构破坏而引起黄土强度降低：而且水化膜的 咬合力降低后，随着荷载的增加，土体颗粒内部会产 厚度会不断增加，导致颗粒之间的摩擦力也不断降 生定向排列.土体中的原始结构逐步趋向定向排列 低.渗透剪切试验中，通过测试渗滤液的易溶盐总 的过程，会引起土体中孔隙结构发生显著变化，孔隙 量发现，从开始试验至一个小时，渗滤液中的易溶盐 的闭合与开通会对试样中流动的水产生影响，这也 总量降幅高达50%，随着时间的推移，易溶盐总量 是渗透剪切中孔隙水压力波动的重要原因之一·剪 一直在降低，只是后期降幅逐渐趋缓，笔者在进行持 应力增加后期，黄土试样内部结构不断被压密，导致 续渗透试验时发现，经历一定周期后，黄土中的易溶谌文武等: 渗透剪切作用下黄土的力学特征 图 8 渗透剪切中试样孔隙水压力变化 郾 (a) 0郾 5 mm·min - 1 ; (b) 0郾 1 mm·min - 1 ; (c) 0郾 05 mm·min - 1 Fig. 8 Changes of pore water pressure in seepage shear: (a) 0郾 5 mm·min - 1 ; (b) 0郾 1 mm·min - 1 ; (c) 0郾 05 mm·min - 1 黄土试样中的土颗粒之间承受的水压力在剪切中也 处于波动状态. 不施加渗透作用时,黄土在剪切中 需要克服内摩擦角和颗粒之间的黏聚力. 从图 5 和 图 7 中可见,若以峰值剪应力连线绘制包络线,渗透 剪切对于内摩擦角的降低幅度相对较小,而渗透作 用对于剪切强度中的黏聚力降低幅度较大. 渗透剪切中,波动的孔隙水压力以及流动的水 会对黄土中黏土团粒之间的盐分胶结产生持续破坏 作用,盐分逐渐被水迁移出去会导致黏土团粒发生 结构溃散,这些黏土团粒结构溃散后会引起由其胶 结的粉土颗粒之间的胶结方式破坏,最终导致土体 强度降低;此外,流动水会在粉土颗粒表面形成一层 较薄的水膜,大大降低了颗粒之间的摩擦力和咬合 力,使得颗粒之间更加容易产生相对滑动和跃移,最 终降低黄土强度. 饱和黄土渗透剪切过程中,试样中水的流动会 对颗粒之间结构力产生影响. 颗粒之间的摩擦力和 咬合力降低后,随着荷载的增加,土体颗粒内部会产 生定向排列. 土体中的原始结构逐步趋向定向排列 的过程,会引起土体中孔隙结构发生显著变化,孔隙 的闭合与开通会对试样中流动的水产生影响,这也 是渗透剪切中孔隙水压力波动的重要原因之一. 剪 应力增加后期,黄土试样内部结构不断被压密,导致 土体内部的孔隙数量开始减少,孔隙直径开始减小, 渗流的水穿过黄土试样时遇到的阻力增加,此时试 样内部的孔隙水压力会略有升高,降低有效应力. 同时,渗透作用中,水对黄土内部的润滑作用使 黄土中不连续面上的摩阻力减小和作用在不连续面 上的剪应力效应增强. 此外,渗流的水对黄土内部 化学作用也产生影响. 渗流水通过改变黄土中黏土 颗粒的离子交换作用使得黏土的孔隙结构和渗透性 发生改变,进而弱化了黄土体的强度. 水化作用过 程中的渗流水渗透到黄土内部的矿物结晶格架中, 或水分子附着到可溶性胶结物的离子上,使胶结物 的结构发生结构方面的改变,减小了黄土的黏聚力. 综上所述,渗透剪切中,黄土强度的降低是在渗 流场与应力场耦合作用下导致黄土中物理化学性质 发生改变后,而引起的黄土强度劣化效应. 土体中 渗流的水将黄土中黏土团粒之间的盐分带走,导致 胶结结构破坏而引起黄土强度降低;而且水化膜的 厚度会不断增加,导致颗粒之间的摩擦力也不断降 低. 渗透剪切试验中,通过测试渗滤液的易溶盐总 量发现,从开始试验至一个小时,渗滤液中的易溶盐 总量降幅高达 50% ,随着时间的推移,易溶盐总量 一直在降低,只是后期降幅逐渐趋缓,笔者在进行持 续渗透试验时发现,经历一定周期后,黄土中的易溶 ·645·