重塑非饱和粘性土的强度习性研究

目前非饱和土力学的理论框架、实验技术的选择还处于基础研究阶段,离成熟的实际应用还有很长一段距离。本文旨在通过不同含水量、不同干密度的重塑粘性土的三轴实验、吸力的测试计算以及土样细微观结构的观察分析,来认识不同水分状态和密度状态的重塑非饱和粘性土的强度习性,探讨基质吸力随土的水分状态和密度状态变化的规律,以及土的微细观结构对基质吸力和强度的影响。为非饱和土力学的研究积累资料、提供观点。 试验用土为粘性土。采用分层击实的方法重塑制备三轴试验土样。设计按6个含水量系列4个干密度等级,打制出24组不同水分状态和密度状态的三轴试验土样。实际成型23组共计138个圆柱状样,其中115个试样用于三轴实验,另23个试样作为平行试样以备进行显微结构观察。 先后按5级围压（100kPa,200kPa,300kPa,450kPa,600kPa）完成了该23组UU三轴压缩试验,试验前测试了土样的温湿度,计算了相应的基质吸力。试验结束后,选取12个代表性试样进行扫描电镜观察,拍摄了4种比例尺的SEM照片。 重塑非饱和粘性土的破坏形式归结为两种,即剪切破坏和侧向膨胀破坏。破坏机制主要有水因素主导的软化机制和结构因素主导的解构机制。破坏形态的选择性因素是围压,破坏机制的选择性因素是水分状态。 实验表明,尽管在高、低围压条件下重塑非饱和粘性土的变形形态有所不同,但其破坏摩尔圆大体上可以用一条近似直线的包络线联系起来。在这里库仑强度理论仍然适用。 非饱和土的抗剪强度可表达为物理状态变量的函数,强度曲面在水分密度状态空间具有明显的规律,但不易用简单函数表达,c=c（w,ρd）为一倾伏的不规则背斜面,φ=φ（w,ρd）为一变形的W型折曲面;就单因素的影响而言,抗剪强度存在随水分状态变化的复杂性。极限强度和变形模量的变化规律也表现了随水分状态变化的复杂性。 重塑非饱和粘性土的基质吸力在水分密度状态空间的分布具有明显的规律,基质吸力曲面s=s（w,ρd）为一变形的W型折曲面,曲面形态变化主要受水分状态变量控制。 对照粘聚力、内摩擦角、极限强度、变形模量,特别是基质吸力随含水量的非线性变化规律,沿含水量变化轴可确定该重塑粘性土的三个特征含水量:w1=16.34%,w2=18.16%,w3=20.13%。