1、年 月 大 坝 观 测 与 土 工 测 试 第 卷 第 期非 饱 和 膨 胀 土 变 形 规 律 的 试 验 研 究缪 林 昌 仲 晓 晨河 海 大 学 岩 土 工 程 研 究 所殷 宗 泽南 京摘 要 通 过 室 内 膨 胀 土 土 样 的 膨 胀 试 验 , 研 究 不 同 击 实 膨 胀 土 土 样 在 不 同 压 力 作 用 下 膨 胀 变 形与 土 样 初 始 含 水 量 、 干 密 度 的 关 系 , 总 结 膨 胀 土 的 膨 胀 变 形 规 律 。 同 时 研 究 不 同 土 样 的 膨 胀 力 与 初始 含 水 量 、 干 密 度 之 间 的 相 关 性 。 此 对 研 究
2、膨 胀 土 的 变 形 和 强 度 很 有 必 要 。关 键 词 非 饱 和 膨 胀 土 膨 胀 变 形 膨 胀 力分 类 号前 言 膨 胀 土 的 膨 胀 变 形 实 际 是 膨 胀 土 中 的 膨 胀 矿 物如 蒙 脱 石 、 伊 利 石 等 吸 水 产 生 膨 胀 变 形 。 膨 胀 土 与水 相 互 作 用 时 , 由 于 组 成 膨 胀 土 的 粘 土 矿 物 的 表 面特 征 及 水 分 子 的 结 构 特 性 , 水 分 子 在 粘 土 矿 物 颗 粒周 围 以 及 粘 土 聚 合 体 的 周 围 形 成 具 有 一 定 排 列 方 向的 水 膜 。 水 膜 以 各 种 作 用
3、力 的 方 式 和 矿 物 颗 粒 相 互联 结 。 随 着 作 用 力 的 不 同 , 水 膜 的 厚 度 和 性 质 也 有 很大 差 别 , 从 而 直 接 影 响 了 土 的 膨 胀 特 性 。 膨 胀 土 吸 水产 生 体 积 膨 胀 的 现 象 , 是 膨 胀 土 中 水 膜 形 成 和 变 化的 表 现 , 是 自 由 水 渗 入 矿 物 颗 粒 间 膨 胀 土 一 水 体 系发 生 一 系 列 物 理 化 学 作 用 , 自 由 水 转 化 为 结 合 水 , 并在 土 粒 间 产 生 结 合 力 , 随 着 结 合 水 膜 的 厚 度 加 厚 , 使土 粒 间 的 净 距 离
4、 增 加 , 导 致 土 体 的 膨 胀 。 在 实 际 工 程中 无 法 准 确 地 确 定 膨 胀 土 体 的 水 膜 厚 度 变 化 情 况 ,但 可 进 行 有 关 膨 胀 土 的 膨 胀 变 形 的 测 试 , 进 行 相 关的 定 量 分 析 , 总 结 膨 胀 土 的 膨 胀 变 化 规 律 。 笔 者 基 于这 一 目 的 对 南 阳 膨 胀 土 进 行 相 关 试 验 , 统 计 了 膨 胀变 形 与 含 水 量 、 压 力 和 干 密 度 的 定 量 关 系 , 以 及 膨 胀力 与 初 始 含 水 量 、 干 密 度 、 变 形 的 定 量 关 系 。 利 用 这种 定
5、量 关 系 可 预 测 膨 胀 土 地 区 相 关 工 程 堤 坝 、 地基 由 于 含 水 量 的 变 化 可 能 产 生 的 变 形 , 以 及 含 水 量的 变 化 引 起 土 体 膨 胀 力 的 变 化 对 强 度 的 影 响 。土 样 的 初 始 含 水 量 分 别 为 , , , , 土 样 的 干 密 度 分 别 为 , , 耐 土 样 膨 胀 时 所 受的 垂 向 压 力 分 别 为 , , 一 共 用个 土 样 进 行 膨 胀 变 形 试 验 。 试 验 中 垂 向 压 力 是 在试 验 前 一 次 加 上 的 , 加 压 稳 定 后 土 样 开 始 浸 水 膨 胀 ,膨 胀
6、 变 形 稳 定 后 的 土 样 都 已 达 到 饱 和 。 试 验 结 果 分别 见 表 垂 向 压 力 、 表 垂 向 压 力和 表 垂 向 压 力 。 试 验 中 为 了 防 止 土样 因 浸 水 膨 胀 而 高 出 钢 环 , 因 此 在 钢 环 上 又 加 了 一同 样 内 径 的 钢 圈 , 以 保 证 土 样 是 侧 限 的 。表 垂 向 压 力 作 用 下 膨 胀 土 样 的 膨 胀 率密 度 含 水 量一 表 垂 向 压 力 作 用 下 膨 胀 土 样 的 膨 胀 率密 度 含 水 量 一一一膨 胀 土 的 膨 胀 变 形 规 律试 验 所 用 的 土 样 是 南 阳 膨 胀
7、 土 , 属 于 中 等 强 度的 膨 胀 土 , 其 自 由 膨 胀 率 为 , 比 重 。膨 胀 变 形 试 验 是 在 轻 便 固 结 仪 上 完 成 的 , 膨 胀玲 一 一 收 稿 , 一 一 改 回 。国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 课 题 。 参 阅 姜 朴 宁 夏 膨 胀 土 试 验 报 告 南 京 河 海 大 学 ,表 垂 向 压 力 作 用 下 膨 胀 土 样 的 膨 胀 率密 度 含 水 量 一一 一 一 一 一一 一 一一一膨 胀 变 形 初 始 含 水 量 的 相 关 性浸 水 膨 胀 变 形 是 膨 胀 土 的 主 要 特 点 之 一 , 其 变 室 内 试
8、 验 缪 林 昌 等 非 饱 和 膨 胀 土 变 形 规 律 的 试 验 研 究形 大 小 用 膨 胀 率 占 表 示“ 一 箫 。式 中 是 土 样 膨 胀 后 高 度 变 化 量 , 。 是 膨 胀 土样 浸 水 前 的 高 度 。表 一 表 为 膨 胀 试 验 的 结 果 数 据 , 对 不 同 压力 下 膨 胀 变 形 量 卢 初 始 含 水 量 进 行 回 归 分 析 , 南 阳膨 胀 土 膨 胀 变 形 回 归 分 析 结 果 见 表 , 图 为 干密 度 在 不 同 垂 向 压 力 下 膨 胀 率 与 含 水 量相 关 分 析 图 , 图 为 不 同 干 密 度 土 样 在 垂
9、向 压 力下 膨 胀 率 与 含 水 量 相 关 分 析 图 。表 不 同 垂 向 压 力 及 不 同 干 密 度 土 样 膨 胀 率 与 初 始 含 水 皿 的 回 归 分 析 式 垂 直 压 力 干 密 度 一 “ 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 只一 切 。占 一占 一占 一 一占 一 。一 切 。一 切 。占 一一 切 。占 一占 一 占 一二 。 为 膨 胀 土 初 始 含 水 量 。变 形 回 归 分 析 的 结 果 , 图 为 不 同 初 始 含 水 量 膨 胀土 样 在 压 力 下 膨 胀 率 与 干 密 度 的 相 关 分 析图 。刀 刀 刀 刀 刀初 始
10、 含 水 量右 一 二 卜 毛 卜 一不 同 垂 向 压 力 下 均 一 眺 之 土 样承赞当渔铃当魏讹刀 刀初 始 含 水 量关 气 一 留 凡 一 石 眺茶 几 一 眺 “ 一 毛 卜 几 一 留压 力 下 不 同 干 密 度 土 样图 膨 胀 率 与 初 始 含 水 皿 相 关 分 析 图膨 胀 变 形 与 干 密 度 的 相 关 性在 试 验 结 果 分 析 中 发 现 膨 胀 土 的 浸 水 膨 胀 变 形与 土 样 的 干 密 度 密 切 相 关 , 干 密 度 越 大 膨 胀 变 形 量越 大 。 表 为 不 同 初 始 含 水 量 土 样 的 干 密 度 与 膨 胀弓 令 关
11、二 日 一 叭十 。 理 签图 压 力 下 不 同 初 始 含 水 最 土 样 膨 胀 率 与干 密 度 相 关 分 析 图对 表 、 表 三 元 进 行 回 归 分 析 , 可 总 结 出 南 阳膨 胀 土 膨 胀 变 形 与 初 始 土 样 含 水 量 、 干 密 度 和 垂 向压 力 关 系占 , 八 。其 中 , 一 汤 , 。 一 , ,一 。很 显 然 膨 胀 率 占 随 干 密 度 尸 增 加 而 增 加 , 随初 始 含 水 量 。 的 增 加 而 降 低 , 随 垂 向 压 力 尸 的 增大 而 减 小 。 这 种 关 系 均 近 似 体 现 为 线 性 的 , 因 此 在
12、实际 工 程 中 仅 需 少 量 的 土 样 进 行 变 形 试 验 便 可 总 结 出其 土 样 的 变 形 规 律 , 以 便 于 工 程 应 用 。,工承铃轰瀚卜 表 不 同 垂 向 压 力 及 不 同 初 始 含 水 且 土 样 膨 胀 率 与 干 密 度 的 相 关 式垂 直 压力含 水 量一 一 一 一一一 一 一 一一 一一 一一一 一 一 叫一 一一 一 一 一 一,占咨一一一 十占 一 占 日 一占 一占 一占 一 占 一 尸占 一占 日 一 户占 一占 日 一 一 占 一 十 尸占 一观 试人 下 只 娜 是 侧 匀 , , 侧 叭一 一 一 一 一, 二 二一 一二 二
13、二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二土 样 的 初 始 含 水 量 与 其 膨 胀 力 的 对 数 存 在 相 关 性 。表 为 土 样 膨 胀 力 与 初 始 含 水 量 相 关 分 析 的 结 果 。图
14、 为 其 相 关 分 析 图 。表 月 彭 胀 土 样 的 膨 胀 力 与 初 始 含 水 量 相 关 分 析 式密 度 一 一 一 一叨 切 一 叨 侧 八曰八气气乙 月州立只当垫卜膨 胀 土 的 膨 胀 力 变 化 规 饰膨 胀 土 浸 水 膨 胀 , 如 果 这 种 膨 胀 变 形 受 到 限 制则 必 然 产 生 膨 胀 力 。 卢 肇 钧 在 研 究 非 饱 和土 膨 胀 力 与 吸 力 的 关 系 中 认 为 膨 胀 力 是 吸 力 的 反 作用 力 。 研 究 膨 胀 土 的 膨 胀 力 对 深 人 研 究 膨 胀 土 的 变形 和 强 度 都 是 很 有 价 值 的 。 然 而
15、 膨 胀 土 的 膨 胀 力 的影 响 因 素 很 多 , 诸 如 膨 胀 土 的 矿 物 成 分 、 结 构 、 孔 隙比 、 含 水 量 、 密 度 、 应 力 历 史 等 都 对 膨 胀 力 产 生 影 响 。笔 者 就 膨 胀 土 土 样 的 含 水 量 、 干 密 度 等 对 膨 胀 力 的影 响 进 行 相 应 的 实 验 研 究 。 膨 胀 力 的 测 定 是 在 固 结仪 上 进 行 的 , 膨 胀 土 压 人 固 结 钢 环 内 , 土 样 上 下 均 用透 水 石 覆 盖 并 浸 水 , 同 时 加 载 保 持 土 样 的 体 积 不 变直 至 稳 定 , 这 样 测 得
16、膨 胀 土 浸 水 后 产 生 的 膨 胀 力 。 不同 初 始 含 水 量 、 干 密 度 的 土 样 的 膨 胀 力 大 小 是 不 一样 的 。 表 表 示 几 种 土 样 的 膨 胀 力 测 定 的 结 果 。表 几 种 膨 胀 土 样 的 膨 胀 力密 度 含 水 量 一初 始 含 水 量关 均 一 长 一, 八 一 州 卜 几 一 图 不 同 干 密 度 土 样 膨 胀 力 与 初 始 含 水 量 相 关 分 析 图膨 胀 力 与 初 始 含 水 量 的 相 关 性对 试 验 结 果 表 进 行 分 析 , 发 现 同 一 干 密 度膨 胀 力 与 干 密 度 的 相 关 性对 表
17、 中 同 一 初 始 含 水 量 土 样 的 不 同 干 密 度 与膨 胀 力 进 行 相 关 分 析 , 分 析 结 果 见 表 和 图 。表 膨 胀 土 样 的 膨 胀 力 与 干 密 度 相 关 分 析 式含 水 量一 尸 一 十 尸 一 一 十 尸 一 阳 一 尸 干 密 度 八 从 式 可 看 出 , 膨 胀 力 随 土 样 的 千 密 度 的 增 加而 增 加 式 右 边 的 第 项 当 八 , 时 ,这 一 项 为 负 值 , 这 说 明 这 时 膨 胀 力 随 初 始 含 水 量 的增 加 而 降 低 。依 据 式 、 式 、 式 可 监 测 计 算 膨 胀 土 渠坝 与 地
18、基 含 水 量 变 化 引 起 的 土 体 变 形 和 由 于 膨 胀 力的 变 化 即 吸 力 的 变 化 户 , 引 起 的 土 体 强 度 的 变 化 。但 需 注 意 到 不 同 地 区 的 土 其 统 计 参 数 不 一 样 。飞 ,气卜们门气气,乙 ,出立只当渔图今 令 。 一 长 。 一 , 巴 犷 晰 一斗 一 。 一 王 于 一不 同 初 始 含 水 率 土 样 膨 胀 力 与 千 密 度 相 关 分 析 图对 表 、 表 中 的 线 性 回 归 方 程 的 截 距 和 斜 率再 分 别 进 行 回 归 分 析 得 到 膨 胀 力 与 土 样 的 初 始 含 水量 、 干 密
19、 度 的 关 系、 一 十 夕一 , 侧 结 论在 试 验 的 基 础 上 建 立 了 膨 胀 变 形 与 土 样 初 始 含量 、 干 密 度 和 垂 向 压 力 的 定 量 关 系 用 常 体 积 法 进 行了 膨 胀 土 的 膨 胀 力 的 变 化 规 律 的 研 究 , 建 立 了 膨 胀力 与 土 样 初 始 含 量 、 干 密 度 之 间 的 非 线 性 的 定 量 关系 , 这 对 深 人 研 究 与 认 识 膨 胀 土 的 变 形 规 律 是 必 不可 少 的 。 从 上 面 的 分 析 , 可 得 到 以 下 几 点 结 论 。膨 胀 土 的 膨 胀 变 形 率 与 初 始
20、含 水 量 、 垂 向 压 力 室 内 试 验 缪 林 昌 等 非 饱 和 膨 胀 土 变 形 规 律 的 试 验 研 究成 反 比 , 与 干 密 度 成 正 比 。膨 胀 土 的 膨 胀 力 与 初 始 含 水 量 成 反 比 , 而 与 干密 度 成 正 比 。随 着 垂 直 压 力 的 增 大 土 样 膨 胀 变 形 而 减 小 , 垂直 压 力 对 土 样 的 膨 胀 变 形 具 有 明 显 的 抑 制 作 用 。在 实 际 玉 程 中 可 依 据 这 些 定 量 关 系 监 测 膨 胀 土体 的 含 水 量 的 变 化 , 以 预 测 膨 胀 土 体 可 能 产 生 的 变形 或
21、对 工 程 可 能 产 生 的 危 害 。李 生 林 , 秦 素 娟 , 薄 遵 昭 中 国 膨 胀 土 工 程 地 质 研 究 南京 江 苏 科 学 技 术 出 版 社 ,卢 肇 钧 , 张 惠 明 , 陈 建 华 , 等 非 饱 和 土 的 抗 剪 强 度 与 膨 胀力 岩 土 工 程 学 报 , , 一卢 肇 钧 , 吴 肖 茗 , 孙 玉 珍 , 等 膨 胀 力 在 非 饱 和 土 强 度 理 论中 的 应 用 岩 土 工 程 学 报 , ,缪 林 昌 , 男 , 年 生 , 博 士 , 高 级 工 程 师 , 主 要 从 事 软土 、 非 饱 和 土 的 处 理 与 研 究 工 作
22、。参 考 文 献廖 世 文 膨 胀 土 与 铁 路 工 程 北 京 中 国 铁 路 出 版 社 ,从动 , 洲 “ 加 , 别, ,一,上 接 第 页一 一, , 一一 ,一丁 一 , 十 十 十 十 ” 十 ” 冲 十 , 十 一 卜 “ 十 二 十 一 卜 “ 十 十 刊 卜 一 十 二 十 斗 十 一 十 一 卜 二 十 一 十 十 ” 刁 一 二 十 “ 斗 “ 丰 , 十 ” 十 ” 一 卜 ” 一 十 斗 冲 二 十 叫 卜 ” 斗 “ 十 十 斗 , 十 月 一 ” 一 卜 “ 十 十 ” 十 ” 叫 卜 “ 斗 十上 接 第 页并 口 一 标 准 的 基 桩 动 态 测试 系
23、统 的 研 制 背 景 。简 单 介 绍 了 一 五 型 基 桩 动 测 仪 软 、 硬 件情 况 , 给 出 了 运 行 屏 幕 的 部 分 拷 贝 。初 步 介 绍 了 一 型 基 桩 动 测 仪 在 工 程 中的 应 用 情 况 , 可 看 出 仪 器 测 试 效 果 优 良 , 仪 器 结 构 先进 、 重 量 体 积 都 很 小 。参 考 文 献王 奎 华 基 桩 纵 向 振 动 理 论 与 外 插 并 口 式 检 测 系 统 博 士学 位 论 文 杭 州 浙 江 大 学 ,王 奎 华 , 男 , 年 生 , 博 士 , 主 要 从 事 桩 的 振 动 理 论 研究 及 测 试 仪 器 开 发 以 及 其 它 土 木 工 程 测 试 技 术 研 究 开 发 工作 。入 、一, , , , 一, 一一
