侧限条件下膨胀土增湿变形特性及计算模式

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1、2 0 0 8 年1 1 月5 7 日第一届全国岩土本构理论研讨会论文集 北京北航 侧限条件下膨胀土增湿变形特性及计算模式 李振，邪义) j ；2 ( 1 西北农林科技大学水利与建筑l ：程学院，陕l f ! i 畅凌7 1 2 1 0 0 ；2 中国水利水电科学研究院，北京1 0 0 0 4 4 ) 摘要：为了解膨胀土在增湿过程中膨胀变形的变化规律，在压缩仪上对膨胀土进行了增湿变形试验研究。试验结果 表明。不同初始干密度的试样在自由浸水过程中，膨胀率随含水率累积增加量的变化规律符合双曲线规律，浸水变形 稳定詹。对箕进行嬲压压缩，各试样彩簸率变化随着垂置茨力的增大两减奎。其澎胀率与匿力的关系呈

2、双蕊线援律： 同种试样在不同压力作用下分级浸水试验中含水率的累积增加量与膨胀辜的变化规律基本符合二次曲线关系；不同起 始干密度相同初始含水率的试样在压缩稳定后浸水膨胀试验中最大膨胀率与初始干密度呈线性变化规律。分析提出了 侧限条件下膨胀土增湿变形计算模式，并进行了回判分析。其试验数据与计算数值吻合较好，并将计算模式用于宁夏 某一渠道地基变形分析。结果基本符合实际。 关键谒：岩士工程；增湿变形；计算模式：澎胀 作者简介：李振( 1 9 6 7 ) ，男，高级J 二程师，i 9 9 5 年毕业于西安理工大学水利水电施工专业，主要从事岩土力学试验 研究方面的工作。 T h em o i s t e

3、n i n gd e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dc a l c u l a t i o nm e t h o d sf o rt h e e x p a n s i v es o i lu n d e r l a t e r a lr e s t r a i n tc o n d i t i o n L IZ h e n l X f N GY i c h u a n 2 ( 1 C o l l e g eo f H y d r a u l i ca n d A r c h i t e c t u r a l E n g

4、 i n e e r i n g N o r t h w e 轼S c i e n c e & T e c h n o l o g y U n i v c r s i l ) o f A g r i c u R u t a l & F o r e s t r y , S h a a a x i Y a z l g l i n g7 1 2 1 0 0 C h i n a ；2 C h i n a ( t E t i t u t eo f W a t e rg e s o u t c 8a n dH y l t o p o w e rr e s e a r c h ，B e i j i n g1

5、 0 0 0 4 4 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：U s i n gc o m p r e s s o m e t e rf o r t h ee x p a n s i v es o i li nA n K a n gd o e sm o i s t e n i n gd e f o r m a t i o nt e s t T h et e s tr e s u l t si n d i c a t et h a tt h e s w e l l i n gd e f o r m a t i o nr a t ea n dt h ea c c u m u l

6、 a t i o nw a t e rc o n t e n ta c c o r dw i t ht h eh y p e r b o l i cc u r v e ，t h ei n u n d a t e ds a m p l e sa d d e dd i f f e r e n t p r e s s u r ea f t e rd e f o r m a t i o ns t e a d y ，t h ed e f o r m a t i o nr a t ea n dt h ep r e s s u r ea c c o r dw i t ht h eh y p e r b o

7、l i cc u r v e T h ea c c u m u l a t i o nw a t e r c o n t e n ta n dt h es w e l l i n gd e f o r m a t i o nr a t ep o s s i b l ya c c o r dw i t ht h ec o n i cs e c t i o nf o r t h es a m ei n i t i a lc o n d i t i o ns a m p l e si nt h ep r o c e s s e s o fs t a g e si n u n d a t e du n

8、 d e rd i f f e r e n tp r e s s u r e s I nt h ei n u n d a t e ds w e l l i n ga f t e rc o m p r e s s i v ed e f o r m a t i o ns t e a d y ，t h el a r g e s ts w e l l i n g r a t e sa n do r i g i n a ld r yd e n s i t i e sa c c o r dw i t hl i n e a rv a r i e t yr e g u l a rp a R e r nf o

9、rt h es a m p l e si nt h ec o n d i t i o no fd i f f e r e n to r i g i n a ld r y d e n s i t ya n ds a m eo r i g i n a lw a t e rc o n t e n t T h em o i s t e n i n gd e f o r m a t i o nc a l c u l a t i o nm e t h o d sa r ea n a l y z e da n dp r o p o s e d ，t h ec a l c u l a t i o n r e

10、s u l t si n d i c a t et h a tt h ec a l c u l a t i o nn u m e r i cv a l u ea c c o r d w i t ht e s td a t a ，a n du s i n gt h ec a l c u l a t i o nm e t h o d sc a l c u l a t e dg r o u n d d e f o r m a t i o nf o rt h es o m ei r r i g a t i o nd i t c ho f N i n g X i a t h ec a l c u l a

11、 t i o nn u m e r i cv a l u ea c c o r dw i t ht h ea c t u a lv a l u e K e yw o r d s ：g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g ；m o i s t e n i n gd e f o r m a t i o n ；c a l c u l a t i o nm e t h o d s ；t h ee x p a n s i v es o i l 0 引言 膨胀土的胀缩特性是膨胀七最基本的工程性质， 也是工程界十分关注的科研问题。到目前为止，对膨 胀土基本工

12、程力学性质的研究大多都是围绕着膨胀 土的胀缩机理、微观结构、胀缩变形特性、强度特性 等方面展开的【l 曲l 。在实际情况下，膨胀土的破坏大多 数是因为含水率的逐渐增加引起膨胀土产生膨胀变 形及强度变化而发生的：在工程建设中，膨胀土的膨 胀变形破坏大多数是由于降雨作用或水分浸入作用 弓l 起的，当水分渗入膨胀土裂隙中後馒地浸湿土体， 3 4 7 土体含水率逐渐增大，使本来处于稳定状态的边坡发 生膨胀两趋于失稳状态，最后发生滑坡或崩塌。这种 造成膨胀土边坡失稳的最直接原因是水分的浸湿作 用使膨胀土结构软化，体积膨胀所造成的；膨胀土在 这一增湿过程中膨胀变形如何变化，膨胀变形如何计 算，这方面的研究

13、成果目前还不多见，虽然膨胀土在 上覆荷载作用下膨胀量的计算模式较多l _ 9 1 但这些计 算模式都是针对不同初始含水率或不同初始干密度 的膨胀土而言的：为了揭示膨胀土在增湿过程中膨胀 变形的变化规律，在压缩仪上对膨胀土进行了增湿变 形试验研究，以揭示膨J j 长士在浸水增湿过程中的变形 第一届全国岩土本掏理论研讨会论文集 规律，并对其变形规律进行分析，提出增湿变形规律 的计算模式，为工程应用提供参考。 1 试验土料的物理性质 试验所用膨胀上取自安康工业开发区某工程地 基膨胀土。取土深度在地面以下1 O 2 O m ，其物理 性质试验成果见表l 。 表1膨胀土的物理性质试验成果表 ! ! !

14、! ! ! ! ! i ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 堡! ! ! ! 堡! 竺! ! 12 11 ：呈翌! ! ：! 1 2 11 比重液限，塑限，塑性指数自I i | 膨胀率 从表l 可以看出，该土以粘粒含量为主，占全 的6 0 ，液限为5 1 0 ，塑性指数为2 4 5 ，按塑性图 分类为高液限粘土。该土自由膨胀率为9 1 5 ，可判 定该土为具有强膨胀潜势的膨胀土。 2 膨胀土侧限条件下增湿变形试验 2 1 膨胀土无荷分级浸水试验 对初始含水率为1 5 1 ，初始干密度分别为1 4 0 、 1 4 5 、1 5 0 、1 5 5 、1 6 0 9 e r a 的试样，在无

15、荷作用下， 根据试样饱和含水率与初始含水率差值的大小分1 0 级通过加压盖上的排气孔自上而下给试样浸水至饱 和，每级浸水情况下测定其变形量，在试样某级浸水 膨胀变形稳定后再进行下一级浸水直到试样饱和为 止；在试样饱和变形稳定后分级对试样加压进行压 缩，压力从2 0 k P a 加起，视试样膨胀率的大小分别按 5 k P a 到5 0 k P a 不等的压力作为每级荷载的增加量加荷 进行压缩试验，每级压力下压缩稳定后，再施加下一 级压力直至试样高度小于未加水增湿前的高度，测定 其变形量。试验结果见图1 和图2 。 从图l 可以看到，对于不同初始干密度的试样在 分级浸水过程中，随着时间的推移，试样

16、的膨胀率逐 渐增大，当各级浸水完成后试样达到饱和状态时，各 试样的膨胀率便趋于稳定：在浸水初期密度越小膨胀 率增加的越快，密度较大的试样在浸水后期膨胀率增 加的较快。 1 8 15 芝1 2 萎9 鼙6 3 0 2 0 0 04 0 0 06 0 0 0 时阿m i n 8 0 0 0 图1 不同密度试样分级浸水过程自由膨胀率历时曲线 F i gIC u r v eo fs w e l lr a t i oa n dt i m ei ns t a g ei m m e r s i o nc o u r s e w i t h o u tI o a d 1 4 0 1 4 5 I 5 0 + 1 5 5 x I 6 0 韧始含水1 5 I - 口+ + + - 。 + + x 1 0 0 2 0 0 3 0 0 压力k P a 图2 不同初始千密度分级浸水饱和后压缩试验的压力 与膨胀率的关系曲线 F i g2C u r v eo fs w e l