不同含水率下重塑红黏土抗剪强度特性的研究

不同含水率下重塑红黏土抗剪强度特性的研究

收稿日期:2009210209

作者简介:梁　斌(19572),男,高级实验师,长沙理工大学土木与建筑学院岩土与隧道工程实验中心,湖南长沙　410114

莫　凯(19872),女,长沙理工大学土木与建筑学院隧道与地下工程专业本科生,湖南长沙　410114

梁斌　莫凯

摘　要:指出红黏土在南方地区广泛存在,有必要对其强度特性进行试验研究,用某工程场地所取红黏土在实验室制备

具有不同含水率的重塑土样,采用常规直剪仪测定其抗剪强度指标,据此分析了含水率条件对红黏土粘聚力、内摩擦角及各级法向压力作用下抗剪强度的影响。关键词:红黏土,抗剪强度,含水率,直剪试验中图分类号:TU446文献标识码:A

　　红黏土在我国南方地区分布广泛,其具有高液限、上硬下软

等特点,我国《岩土工程勘察规范》等将红黏土划分为特殊土[1]。引起红黏土上硬下软的主要因素是土体含水率沿深度变化大,而土体强度特性与含水率密切相关[2]。研究表明:随土中含水率增大,土体抗剪强度减小。研究不同含水率条件下红黏土的强度特性具有重要意义。

目前,国内外许多学者对不同含水率条件下土体的强度特性进行了研究,如国内党进谦、李靖等曾采用直剪仪对不同含水率条件下黄土的强度特性进行了试验研究[3],试验结果表明,含水率条件对土体粘聚力影响显著,对内摩擦角影响不大。但关于红黏土在不同含水率条件下的强度特性规律研究较少,为此,本文拟对其进行试验研究,以期获取有益的结论。

1　试验方案1.1　取样与制样

1)在长沙市南部某工程场地中取红黏土50kg ;2)用标准筛

筛选5mm 以下土样,等分十份,1号土样保持天然含水率,其余土样按25mL 的水逐级增加注入;3)试验土样加水调匀后,密封静置24h 后采用烘干法测量土样含水率;4)采用环刀制样,环刀高为20mm ,直径为61.8mm 。

1.2　试验过程

1)含水率测试试验[4,5]:首先从土样中选取具有代表性的试样10g ～20g ,分别放入两个称量盒(恒质量、铝制),立即盖上盒

盖,称盒加湿土质量,准确至0.01g 。打开盒盖,将试样和盒一起放入烘箱内,在温度105℃～110℃下烘10h 。将烘干后试样和盒从烘箱中取出,盖上盒盖,放入干燥器内冷却到室温,称盒加干土质量,准确至0.01g ,然后根据式(1)计算含水率:

w =(

m

m d

-1)×100%(1)

其中,w 为试样含水率,%;m 为试样湿质量,g ;m d 为试样

干质量,g 。

2)直剪试验[6,7]:将制备好的试样装入应变控制式直接剪切仪的剪力盒中,试样上下两面均依次为不透水的薄塑料垫和透水石。由于土样处于非饱和状态,剪切盒上的活塞周围用与试样含水率相近的湿棉布围住,以防止试样水分发生较大变化。试样装

　　主要采取两种相应措施:1)针对钻机及其他施工机械在行走路线随意时造成对桩位控制点的破坏,通过桩基平面图和现场勘查提出多种施工路线(如图1所示),综合比较,采取最合理的施工顺序,并将其编入技术交底。这样既提高施工效率、减少不必要的弯路,又保证施工质量;2)加强对施工队作业的监督,以保证其严格按照方案、计划线路进行施工。

3.3　放线前进行场地平整清理

定位放线前,将基坑内的较大松散土块及高低不平的基底进行平整处理,减小场地对测量放线工作的影响。此外,还对场地进行预检,要求其平整度小于200mm 。

4　结语

本工程根据对CFG 桩施工过程影响其成桩质量的主要影响

因素分析,通过采取相应技术措施后,桩基施工结束后对CFG 桩施工质量进行检测,合格率100%,理论计算节约补桩费用3万元,施工技术也较简便,可为CFG 桩施工质量如何保证提供借鉴。参考文献:[1]　刘　骏,王　斐,郭忠贤.宁波联丰住宅小区CFG 桩复合地

基施工[J ].石家庄铁道学院学报,1997,10(3):95298.[2]　张大兴.CFG 桩复合地基在宁波保国寺旅游公路改建工程

中的应用[J ].浙江交通科技,2007(1):23225.[3]　吴志刚,刘景生.CFG 桩地基处理及最优化设计[J ].山西建

筑,2008,34(1):1242125.

Construction technology for ensure the quality of CFG pile

ZHENG Jian 2hu a

Abstract :Based the statistic survey for major quality defect of CFG pile on several projects ,and combined with demands of practical project ,potential influencing factors for quality during CFGpile formed were analyzed from the points of person ,implement ,method and environment.Otherwise ,assurance measures for construction technology corresponding to major influencing factors were provided ,results confirmed that the measures were effective and feasible.

K ey w ords :CFG pile ,quality ,influencing factor ,construction technology

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101・　　　

第36卷第4期2010年2月　　　　　　　　　　　　　　山西建

筑SHANXI 　ARCHITECTURE

　　　　　　　　　　　　　Vol.

36No.4Feb.　2010

好后分别加载,

每组试验取4个试样,分别在100kPa ,200kPa ,

300kPa 和400kPa 的垂直压力下,以0.8mm/min ～1.2mm/min 的速率进行剪切(4r/min ～6r/min 的均匀速度旋转手轮),使试样在3min ～5min 内剪损,获得每级垂直荷载下的最大剪力。

1.3　试验结果与分析

室内试验的测试数据如表1～表3所示。因含水率对土体内摩擦角影响不大,故表3中仅列出土体粘聚力值的测试结果。由表3中可见,随着红黏土含水率的增大,其抗剪强度减小。根据非饱和土理论可知,这是由于含水率增大导致土体基质吸力减小引起的。

表1　含水率测试结果

土样

编号盒号盒质量g 盒加湿土质量g 盒加干土质量g 含水率

%平均含水率

%1F047 6.2219.0016.7721.14F176 6.1418.8616.6521.0321.08

2F013 5.9818.7816.4821.90F194 6.1020.3217.7621.9621.933F086 5.9219.0716.5423.82F044 6.2220.4717.7623.4823.654F171 5.9419.0516.4924.27F028 6.1118.5516.1424.0324.155F055 6.1520.6917.6926.00F117 6.0020.5217.6025.1725.586F054 6.0524.7520.5928.61F069 6.1024.5920.4329.0328.827F135 6.2023.4619.4130.66F167 6.4824.5120.2730.7530.708F096 6.1733.1826.8130.86F198 5.8229.1023.30.30.759F041 5.9325.9421.0032.78F168 5.9925.2220.5232.3532.5610

F002 6.0825.1920.3933.54F006

4.91

23.23

18.63

33.53

33.54

表2　试验用土物理性质指标

土样

编号密度g/cm 3孔隙比饱和密度g/cm 3饱和度%干密度g/cm 3孔隙率%有效密度g/cm 31 1.950.68820.1983.34 1.6140.7610.192 2.030.63121.3594.50 1.6738.6911.353 1.980.69620.1492.41 1.6041.0410.144 1.960.72619.9690.43 1.5842.069.965 1.920.77919.67.35 1.5343.7.676 1.850.919.0687.22 1.4347.339.067 1.780.99718.6183.79 1.39.918.618 1.800.97518.7185.75 1.3849.378.719 1.840.95618.7992.62 1.3948.888.7910

1.88

0.937

18.88

97.36

1.40

48.36

8.88

　　相应于不同法向压力条件,各土样抗剪强度随含水率的变化关系如图1所示。由图1可知,各级法向压力条件下,土样抗剪强度与含水率间线性关系较好,用直线拟合后相关系数均达到0.96以上,可以近似的认为在某一法向应力下,抗剪强度与含水率成正比。这一规律符合非饱和土抗剪强度基本公式。

表3　剪切试验结果

土样编号含水率%试样编号

粘聚力kPa 剪切强度kPa

土样编号含水率%试样编号

粘聚力kPa 剪切强度kPa

121.08123459.70120.27180.84235.43272.11221.93123466.54

121.13175.72220.07242.253

23.65

123477.6290.42133.92162.07196.19424.15123433.26

88.71116.86158.66184.25525.58123442.6576.77110.148.42167.19628.82123417.92

51.1870.8097.24120.27730.70123434.1451.1868.2476.7797.24830.75123451.18

45.2161.4275.0681.932.56

1

234

28.1529.80.0946.0652.

1033.541234

21.32

26.4431.5636.6843.50

2　结语

1)进行了不同含水率条件下红黏土抗剪强度试验。试验结果表明,非饱和土的抗剪强度随含水率的增大而减小。2)随着红

黏土含水率的增大,其粘聚力呈减小的趋势。3)各级法向应力作用下,土体的抗剪强度与含水率之间可近似用直线关系描述。参考文献:

[1]　G B 5002122001,岩土工程勘察规范[S].[2]　《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册[M ].第4版.

北京:中国建筑工业出版社,2008.[3]　党进谦,李　靖.非饱和黄土的强度特征[J ].岩土工程学

报,1997,19(2):56261.[4]　高大钊,袁聚云.土质学与土力学[M ].北京:人民交通出版

社,2007.

[5]　TG E4022007,公路土工试验规程[S].[6]　J SL12321999,土工试验规程[S].[7]　刘福臣,成自勇,崔自治.土力学[M ].北京:中国水利水电

出版社,2005.

R esearch on remodelling red clay ’s shear strength with different moisture ratio

L IANG Bin 　MO K ai

Abstract :The paper points out the extensive existence of red clay in south area of China ,and it is necessary to have the experimental research on its intensity.It also selects the red clay with different moisture contents to remodel the soil samples ,and adopts the conventional direct shear apparatus to test its shearing intensity index ,and analyzes the influence of the moisture ratio on the cohesion of the red clay ,internal friction angle and its shearing intensity.

K ey w ords :red clay ,shearing intensity ,moisture ratio ,direct shearing test

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201・第36卷第4期2010年2月

山西建筑