绍兴典型非饱和粉质黏土抗剪强度特性的试验研究

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大量基坑工程中,季节更替、雨水蒸发等将会引起基坑地下水位以上的土体处于非饱和状态。但是,在实际项目工程中,基坑的稳定性分析却仍以饱和土体抗剪强度指标进行设计和计算,这与实际工程有一定偏差。因此,很有必要研究考虑非饱和状态下土体的抗剪强度特性。绍兴地区土体整体上受河流相和海相沉积的影响,地质条件非常复杂,其中粉质黏土作为浅表层土体,大部分经常处于非饱和状态。为了进一步探究饱和状态与非饱和状态下土体稳定性差异,以及不同基质吸力条件下初始干密度和初始含水率的变化对土体抗剪强度特性的影响。本文利用非饱和土固结仪、非饱和土三轴仪和非饱和土直剪仪针对绍兴地区典型非饱和粉质黏土进行了相关的试验研究。主要的研究内容和成果如下:(1)通过含水率试验、干密度试验、界限含水率试验、颗粒分析试验、比重试验和土的击实试验,对土体的基本物理力学性质进行了分析,得出了试验土体为级配良好的低液限粉质黏土。(2)通过非饱和土固结仪,分别对不同初始含水率和不同初始干密度的土体进行了非饱和土固结试验,并用VG模型对试验结果进行了拟合分析。研究结果表明,初始干密度越大,土体的进气值越大,土-水特征曲线斜率越陡,持水能力越弱;初始含水率越大,土体的进气值越大,土-水特征曲线斜率越缓,持水能力越强。(3)通过非饱和土三轴仪,进行了不同初始干密度下的三轴试验。试验结果表明,随着初始干密度的增大,土体的抗剪强度、总黏聚力、有效内摩擦角和吸附内摩擦角均增大,应力-应变关系曲线逐渐由应变硬化型过渡到应变软化型,并且基质吸力和净围压越大,区别越明显;随着基质吸力的增大,土体的抗剪强度和总黏聚力增大,有效内摩擦角基本无明显变化,吸附内摩擦角逐渐减小。(4)通过非饱和土直剪仪,分别对不同初始含水率和基质吸力的土样进行了等吸力直剪试验。试验结果表明:随着基质吸力的增大,剪应力与剪切位移关系曲线逐渐由应变硬化型向应变软化型过渡。在进气值之前,土体的抗剪强度特性无明显变化;超过进气值后,总黏聚力增速先快速增大,随后逐渐减缓,有效内摩擦角变化较小,吸附内摩擦角呈快速减小直至趋于稳定。土体的抗剪强度表现出较强的水敏感性,随着初始含水率的增大,剪应力与剪切位移关系曲线逐渐由应变软化型向应变硬化型过渡,总黏聚力、有效内摩擦角均先增大后减小,并在最优含水率时达到峰值。(5)基于三种典型非饱和土抗剪强度模型,对绍兴非饱和粉质黏土的抗剪强度进行预测,并通过与等吸力直剪试验中所测得的抗剪强度值进行比较分析,建立了一种能够预测在不同基质吸力作用下绍兴非饱和粉质黏土抗剪强度值的改进模型。
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