D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.02.038 第27卷第2期 北京科技大学学报 VoL.27 No.2 2005年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2005 夯实高饱和度地基土的强度特性 李占强”杨为民)赵常州” 1I)中国地质大学工程技术学院，北京1000832)安徽理工大学资环系，准南232001 摘要运用改进的非饱和土三轴仪，对某地税大楼强夯后高饱和度地基土进行了控制吸 力条件下的固结排水剪切实验.实验结果表明，基质吸力对非饱和土的强度特性有重要影响， 抗剪强度参数有效内聚力和有效内摩擦角都与吸力呈良好的线性关系，随吸力增加，有效内 聚力呈线性增加，而有效内摩擦角则相应地减小.在实验吸力的范围内，有效内聚力受吸力 的影响比有效内摩擦角更明显.而实验土的破坏包线并不是平面，它随净平均应力和吸力的 增高而呈收敛状，说明对这种高饱和度击实粉土，当围压加至300kP以上时，吸力对强度的 增长不再明显，此时围压将起主导作用， 关键词非饱和土：吸力：夯实粉土：应力应变关系：强度 分类号P642.116 在近几十年里，已经有数位学者研究了吸力 独分开考虑，抗剪强度π可按下式计算： 和饱和度对非饱和土工程特性的作用.但早先 =c'+(o-u,)tano'+(u.-u)tano (1) 的研究大都集中在K,或等压固结条件下分析室 式中，σ为总应力，山为孔隙气压力，w为孔隙水压 内重塑粘土体的体变特性.己有的研究表明，按 力，c为有效内聚力，中为有效内摩擦角，中°为考 饱和土的参数进行设计并不总能反映工程安全 虑基质吸力(u,一山)的内摩擦角.目前，这种方法 的情形，例如用太沙基的有效应力原理不能预测 在非饱和土研究中广泛使用， 湿化引起的湿陷变形.近年来，基于净应力、基质 12实验设备 吸力的双变量理论，更多地研究了吸力对非饱和 实验采用的非饱和土三轴仪由河海大学岩 土强度特性的影响，依据实验得出了非饱和土 土工程研究所实验室提供，它是在SY60-1型多 的体变、应力一应变关系、抗剪强度特性，人们逐 功能三轴仪的基础上加以改进而成，包括三轴压 渐认识到吸力对非饱和土的重要影响s”,把吸 力室，调节应变速率的控制台、压力表和体变管 力作为一个独立的应力变量而广泛接受.本文的 组成的管路阀门系统，以及数据自动采集系统等 目的就是在室内非饱和土三轴实验的基础上，讨 三部分.该三轴仪在实验过程中能控制基质吸 论夯实粉土的应力一应变关系和强度变化规律， 力，即能够控制孔隙气压力和孔隙水压力，且可 1实验方法和材料 以独立测量体变和水量变化， 与常规三轴仪相比，改进后的三轴仪压力室 1.1实验方法 (图)可以直接测出试样在固结和剪切过程的体 测定非饱和土抗剪强度的方法有两种：独立 变（体变特征将另撰文论述），三轴室底座安置了 双应力状态变量方法和有效应力方法3，四.在有 高进气值陶土板，以防止土样中的气体流向排水 效应力方法中，测定抗剪强度是基于有效内聚力 管路，同时也可避免土样饱和度在实验期间降 和有效内摩擦角.在双应力变量方法中，净应力 低.为减少土样排水的时间，应依据实验过程中 (总应力中超过气压力的部分)和基质吸力被单 的最大吸力值尽可能选择渗透性好的陶土板，本 收稿日期：2004-08-31修回日期：2004-11-10 次实验采用的陶土板的进气值为500kPa.其他与 基金项目：河北省建设科技研究资助项目No.2003-249) 常规三轴仪基本相同，其剪切实验样品391 作者简介：李占强(1966一)，男，高级工程师，博士研究生 mm,高80mm.该仪器不仅能测量和控制轴压、第 ， 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 几 夯实高饱和度地基土 的强度特性 李 占强 ” 杨 为 民 ， 赵常 州 ” 中 国地 质 大学 工 程 技术 学 院 ， 北 京 安徽理 工 大 学 资环 系 ， 淮 南 摘 要 运用 改进 的 非饱 和 土 三 轴 仪 ， 对 某地税 大楼强 夯 后 高饱 和 度 地 基 土 进 行 了控 制 吸 力条件 下 的 固结排 水 剪切 实验 ， 实验 结 果表 明 ， 基 质吸 力对 非饱 和 土 的强 度特 性有 重 要 影 响 ， 抗 剪 强度 参数 有 效 内聚 力 和 有效 内摩 擦 角都 与 吸 力 呈 良好 的线 性 关系 随 吸 力增 加 ， 有 效 内 聚力 呈 线 性增 加 ， 而 有 效 内摩 擦 角 则 相 应地 减 小 在 实验 吸 力 的 范 围 内 ， 有 效 内聚 力 受 吸 力 的影 响 比 有 效 内摩 擦 角 更 明显 而 实验 土 的破 坏 包 线 并不 是 平 面 ， 它 随 净平 均应 力 和 吸 力 的 增 高 而 呈 收 敛状 ， 说 明对 这 种 高饱 和 度 击 实粉 土 ， 当 围压 加 至 沙 以上 时 ， 吸 力 对 强度 的 增 长 不 再 明显 ， 此 时 围压 将 起 主 导 作用 关键 词 非饱和 土 吸 力 夯实 粉 土 应 力应 变 关系 强 度 分 类号 在 近 几 十 年 里 ， 已 经 有 数 位 学者研 究 了 吸 力 和 饱 和 度对 非饱 和 土 工 程特 性 的作用 「卜 ， 但 早 先 的研 究 大 都 集 中在 或 等 压 固结 条 件 下 分 析 室 内重 塑 粘 土 体 的体 变 特 性 已 有 的研 究表 明 ， 按 饱 和 土 的参 数 进 行 设 计 并 不 总 能 反 映 工 程 安全 的情 形 ， 例 如用 太 沙基 的有 效应 力 原理 不 能预 测 湿 化 引起 的湿 陷变 形 近 年来 ， 基 于 净应 力 、 基质 吸 力 的双 变 量 理 论 ， 更 多地 研 究 了吸 力对 非饱 和 土 强度 特 性 的影 响 ‘侧 ， 依 据 实验 得 出 了非饱 和 土 的体变 、 应力一应 变 关系 、 抗 剪 强度特 性 ， 人 们 逐 渐 认 识 到 吸 力对 非 饱 和 土 的重 要 影 响 『， 一 ， 把 吸 力作 为一 个独 立 的应 力 变量 而广 泛 接 受 本 文 的 目的就 是 在 室 内非饱 和 土 三轴 实验 的基础 上 ， 讨 论 夯 实粉 土 的应 力一应 变 关 系 和 强度 变 化规 律 独 分 开 考 虑 ， 抗 剪 强度 可 按 下 式 计 算 。 件 一 帅 件 。 一 、 扭帅 式 中 ， ， 为总 应 力 ， 为孔 隙气 压 力 ， 。 为孔 隙水 压 力 ， ’ 为 有 效 内聚 力 ，训为 有 效 内摩 擦 角 ， 犷为 考 虑 基 质 吸 力 。 一 的 内摩 擦 角 目前 ， 这 种 方 法 在 非 饱 和 土 研 究 中广 泛 使 用 实验 方 法 和 材 料 实验 方 法 测 定 非饱 和 土 抗 剪 强度 的方法 有 两种 独 立 双应 力状 态 变 量 方法 ‘ 和 有 效应 力 方法 ‘卜， ， 在 有 效应 力方 法 中 ， 测 定抗 剪 强度 是基 于 有 效 内聚 力 和 有 效 内摩 擦 角 在 双 应 力 变 量 方法 中 ， 净 应 力 总应 力 中超 过 气 压 力 的部 分 和 基 质 吸 力 被 单 收 稿 日期 一 修 回 日期 一 基金 项 目 河 北 省建 设科技研 究 资助项 目 众 一 作者 简介 李 占强 “ 一 ， 男 ， 高级 工 程师 ， 博 士 研 究 生 实验 设 备 实 验 采 用 的 非 饱 和 土 三 轴 仪 由河 海 大 学 岩 土 工 程研 究 所 实 验 室提供 ， 它 是 在 一 型 多 功 能三轴 仪 的基础 上 加 以改进 而 成 ， 包 括 三轴 压 力 室 ， 调 节 应 变速 率 的控 制 台 、 压 力表 和 体 变 管 组 成 的管 路 阀 门系统 ， 以及 数据 自动 采集 系 统 等 三 部 分 该三 轴 仪 在 实 验 过 程 中能控 制 基 质 吸 力 ， 即 能够 控 制 孔 隙气 压 力和 孔 隙 水 压 力 ， 且 可 以独 立 测 量 体 变 和 水 量 变 化 与 常规 三 轴 仪相 比 ， 改进 后 的三 轴 仪 压 力 室 图 可 以直 接 测 出试 样 在 固结和 剪 切 过 程 的体 变 体 变特 征 将 另 撰 文 论 述 ， 三 轴 室底 座 安 置 了 高进 气 值 陶土板 ， 以防止 土样 中 的气 体 流 向排水 管 路 ， 同 时 也 可 避 免 土 样 饱 和 度 在 实 验 期 间 降 低 为减 少 土 样 排 水 的 时 间 ， 应 依 据 实验 过 程 中 的最 大 吸 力值 尽 可 能选 择 渗透 性好 的陶土 板 ， 本 次 实验采 用 的陶土 板 的进 气 值 为 妙 其 他 与 常 规 三 轴 仪 基 本 相 同 ， 其 剪 切 实 验 样 品中 ， 高 该 仪 器 不 仅 能 测 量 和 控 制 轴 压 、 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．02．038