应变式直剪仪与微型十字板剪切仪测定土壤抗剪强度的对比分析

[目的]分析两种仪器(应变式直剪仪与微型十字板剪切仪)测得的土壤抗剪强度指标(土壤黏聚力值c、内摩擦角φ、土壤剪切力τ)特征,并建立直剪仪测得的c和φ与十字版仪测得的τ之间的函数关系,以期深化对土壤抗剪强度的认识,提高土壤抗剪强度指标测定效率。[方法]选取黄土高原3种典型质地类型土壤(杨凌黏黄土、安塞黄绵土、定边沙黄土),每种土壤设5个含水量梯度(12%,16%,20%,24%,28%),分别用上述两种仪器测定不同处理下土壤抗剪强度指标c,φ和τ,探究了3指标对土壤质地、土壤含水量的响应特征以及3指标间的函数关系。[结果](1)试验条件下,c值在16.88~27.12 kPa范围,φ值在5.03°~21.30°范围,τ值在1.76~7.72 kPa范围变化;(2)不同土壤类型下,c和τ均随含水量的增大呈现先增大后减小趋势,而φ随含水量增大呈现逐渐降低趋势;(3)总体来看,安塞黄绵土的τ,c,φ值略高于定边沙黄土,但它们均显著大于杨凌黏黄土。(4)3种土壤类型下,微型十字板剪切仪所测定的τ值与直剪仪测定的c值均具有较强的线性相关关系(R 2>0.90);而φ值与τ值间并无显著相关关系。如不考虑土壤类型差异,τ与c之间仍有较强的相关性,关系式为c=1.59τ+14.10(R 2=0.51,p<0.01)。[结论]应变式直剪仪测得的黏聚力c值和微型十字版仪测得的土壤剪切力τ值对土壤质地、含水量的响应相似,且二者有显著的相关关系,在一定条件下可以用快速便捷的微型十字版仪测得的τ值估算原本需用直剪仪测的c值。研究结果可为野外极端条件下提高土壤抗剪强度测定效率方面提供参考。

微型十字板在海洋软土中的应用

通过微型十字板在海洋勘察现场对从钻孔中取出的土样立即进行剪切试验,得出大量的海底软土的微型十字板剪切强度,与实验室土工试验数据及原位测试数据进行对比分析,发现微型十字板剪切强度与土的物理力学指标线性拟合较好,有较高的相关性;与十字板剪切指标具有较高的一致性。分析得出微型十字板数据可靠,可作为海洋工程勘察中一种半原位测试仪器使用,为缺少原位测试的海洋工程建设服务。

十字板剪切试验的综合应用

十字板剪切试验已广泛地用于测定饱和软粘性土抗剪强度,是求算地基承载力、围堤稳定、软粘土的灵敏度及固结历史等地基力学参数不可缺少的原位测试手段。本文根据十字板剪切试验的原理,结合临港工业区三期海域岩土工程勘察中对微型十字板、电测式十字板和机械式十字板的综合应用实践,提出了三种十字板剪试验的适用条件、优缺点和该地区十字板剪切试验指标综合应用的相应关系式。

太湖与白马湖疏浚淤泥的触变特性研究

利用研制的微型十字板剪切仪对重塑后静置一定时间的太湖与白马湖两种疏浚淤泥进行了强度测试,对两种疏浚淤泥的触变特性进行了研究与比较。研究结果表明,两种疏浚淤泥重塑后最初始时间内触变强度的增长最快,随时间增长触变强度的增长变慢,448d时触变强度随时间的增长趋于稳定。含水率为液限时白马湖疏浚淤泥的触变强度高于太湖疏浚淤泥。触变强度比率与触变强度的变化趋势类似。含水率越小疏浚淤泥触变性越大。含水率为液限时两种疏浚淤泥的触变强度比率与London和Detroit淤泥接近,小于Beauharnois和Shellhave淤泥,大于Horten淤泥。448d时除Beauharnois淤泥外,其他淤泥的触变强度比率均保持相对稳定。根据定义两种疏浚淤泥均为低灵敏性黏土。

饱和软黏土固结过程中的不排水抗剪强度特性

集成大直径固结仪和微型十字板剪切仪的功能,开发和研制了饱和软黏土固结过程中可以随时开展剪切试验的系统装置,考虑超孔压随时间和空间变化的不均匀性,在微型十字板剪切仪板头处的空心轴杆底端配置微型孔压计,并在大直径固结仪中配置微型土压力计,使其具备自动实时监测在十字板剪切试验测点处有效应力变化的功能。利用该系统装置,开展了饱和软黏土在不同固结压力作用下,固结过程中不同时点的十字板剪切试验,实时监测了固结过程中的变形和孔压变化过程,得到了十字板剪切试验测点处的有效应力和不排水抗剪强度,分析了固结过程中不排水抗剪强度和有效应力之间的相关关系。结果表明,在不同固结压力作用下,固结完成后的不排水抗剪强度与有效应力呈现出传统的线性关系,但是,在某一固结压力作用下,固结过程中的不排水抗剪强度却随有效应力的增长呈非线性增长,而且,在不同固结压力作用下,固结压力越大,固结过程中达到相同的有效应力时所对应的不排水抗剪强度越大。固结过程中的不排水抗剪强度并不仅仅取决于剪前固结有效应力,还与剪前孔隙比相关,孔压消散速率小于变形速率是导致固结初期、剪前固结有效应力较小时,不排水抗剪强度较快增长的主要原因。

上海地区饱和软黏土触变特性试验研究

采用室内微型十字板剪切试验对上海两种含水量(w=45.45%,w=34.93%)的饱和软黏土的触变特性进行了研究。结果表明,两种含水量的软黏土重塑扰动后,在触变恢复初期强度增长速度较快,7天后强度恢复速率明显变缓。上海饱和软黏土不是完全触变材料,触变性是其具有高灵敏性的原因之一,其中低水量土样触变性对其灵敏性的贡献明显大于高含水量土样。

不排水强度随固结度增长特性试验研究

土体的固结程度对土的强度影响很大,采用等应变速率的直剪仪研究了饱和高岭土在各级固结压力作用下的直剪强度随固结度的变化规律,研究表明:各级固结压力下的直剪强度均随固结度的增长呈近似线性增长。利用微型十字板剪切仪研究了各级固结压力作用下的微型十字板强度随固结度的变化规律,同时考虑到尺寸效应的影响,研制了配合微型十字板剪切仪使用的小直径固结仪,研究表明:微型十字板强度同样随固结度的增长而呈线性增长;将以上两种试验结果进行比较分析,发现具有很好的一致性,验证了用微型十字板剪切仪来研究饱和软粘土抗剪强度变化规律是可行的。

不同试验条件下吹填软土不排水抗剪强度对比分析

饱和软粘土不排水强度在实际工程中应用很多,不同试验方法测得的不排水强度不同。本文基于无侧限抗压强度试验和微型十字板剪切试验,对天津滨海吹填软土从取样深度变化、初始各向异性、不同加荷速率三方面进行了对比试验。试验结果表明:两种不同试验强度随取样深度的增加而增大且呈不同程度线性关联性,吹填软土受荷后应变模式、剪破面的方向、破坏标准的不同是导致试验强度差异的主要原因;初始各向异性对两种不同试验条件下的强度值有不同的规律影响,无侧限抗压强度试验强度在竖直制样方向最大,水平方向次之,斜方向最小,微型十字板剪切试验强度在水平制样方向最大,斜方向次之,竖直方向最小;加荷速率对两种不同试验条件下的强度值有相同的规律影响,两种试验强度都随着加荷速率的增大而增加。利用统计回归原理,拟合得到了原状吹填软土在两种室内试验条件下强度之间的关联表达式,便于实际工程参考。

含水率对重塑淤泥不排水强度性质的影响

通过室内调配不同含水率的重塑淤泥,利用研制的室内微型高精度十字板剪切仪,研究了含水率对重塑淤泥重塑不排水强度的影响。该仪器的剪切强度分辨率为1 Pa,经试验验证,仪器测量结果的稳定性较好,但对强度越低的重塑淤泥试样其测量值的相对平均偏差越大。淤泥含水率对淤泥的不排水强度有显著影响,不排水强度均随含水率/液限的增大而减小,含水率/液限越大,不排水强度下降趋势越小。相同的含水率/液限时,不同种类的重塑淤泥的不排水强度比较接近。在双对数坐标中,不排水强度均随含水率/液限的增大而线性减小。由试验数据得出了不同种类重塑淤泥的不排水强度与含水率/液限之间的关系式,利用该关系式可以求得每一种重塑淤泥任意含水率下的不排水强度。文中的试验值大于洪振舜提出的关系式的计算值。当IL>2时,试验值与Locat和Leroueil提出的关系式的计算值基本吻合,当IL<2时,试验值大于Locat和Leroueil提出的关系式的计算值。

使用改进的分层抽取法研究淤泥沉积过程中的强度变化

现有的分层抽取法不能测试沉积过程中淤泥强度的变化,并且需要使用较多的孔隙水应力传感器导致试验成本很高。因此对此方法进行了改进,主要有研制了可测试强度极低淤泥的室内微型高精度十字板剪切仪和一个孔隙水应力传感器切换测试沉积柱不同高度处孔隙水应力的装置。由试验结果可知实测的数据完全满足需要,证明此方法是可行的。利用改进的分层抽取法可得到淤泥沉积过程中的泥水分界面高度、含水率(密度)、超静孔隙水应力、有效应力、颗粒分布、强度、压缩性、渗透性等参数的变化规律,可研究时间尺度较大的沉积淤泥的大变形自重固结和强度问题,并为进一步进行大变形自重固结的数值模拟提供了基础。