毕大君，孙辉

（1.安徽省建筑工程质量第二监督检测站，安徽 合肥 230001；2.大连市勘察测绘研究院有限公司，辽宁 大连 116000）

0 前 言

膨胀土是以蒙脱石或蒙脱石一伊利石为主要矿物成分的高塑性黏土，黏粒含量高，自由膨胀率大于等于40%；主要由蒙脱石、伊利石类强亲水矿物组成；同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的粘性土[1-2],土体含水量增加，其体积发生膨胀并产生膨胀力，土体失水时，其体积收缩并形成收缩裂缝；土体胀缩变形可随环境湿热变化往复发生，导致其强度衰减；属于液限高于40%的高液限黏土。由于其显著的胀缩性，常常给膨胀土地区的工程建设造成严重的破坏，给人民的财产造成巨大损失。因此,全面认识膨胀土与含水量的关系对于保证路基的填筑质量具有重要意义。为此，国内外许多科研工作者基于Mohr-Coulomb准则对膨胀土的强度特性进行研究，取得了许多重要成果[3-4]。本文也正是在前人的基础上，通过选取合肥地区典型膨胀土进行抗剪强度实验，定量研究不同的土样制备方法在以含水量为过度量，对膨胀土的抗剪强度的影响。确定膨胀土抗剪强度较好的实验时土样制备方法。

本次试验我们对土的基本性质做了试验，了解到土的基本物理性质，如表1是合肥市某地区膨胀土的基本物理性质指标。

合肥市某地区膨胀土的基本物理性质指标 表1

试验中，我们测定两种制样方法（风干法和静压法）制得的土样在不同含水率下抗剪强度的对比关系。为了在缩限和饱和含水率之间，含水率控制在ω1=16%，ω2=18%，ω3=20%，ω4=22%和ω5=24%。

风干法就是对原状土先饱和再自然风干。首先将取回的原状土(制成环刀样)分为五组，一组5个土样,各土样之间的密度差保证在0.03g/cm3之内。将其中1组土样进行饱和后，将其放在避光的位置自然风干，根据计算在预定的一段时间内监测含水率的变化，如达到我们所需的含水率就将其进行直剪试验。以同样的方法，分别对后面的四组土样进行试验。同时，我们测定了抗剪土样后的含水率，与预期要得到的含水率误差在1%内。

静压法：将取来的重塑土进行烘干后使其含水率ω0=0.0%，将其碾碎过2mm筛，经公式

式中：ω—天然含水率；ρ—天然密度。

已知每个环刀的体积V0=60.0 cm3，由公式

得到每个环刀样干土的质量为87.6g。再由公式

得到该含水率下一个土样所需的水。经过以上的公式得出制备一个土样所需的各种参量后，根据以上的参数及所需的土样数进行调土，为了让水分更均匀，用保鲜袋将其密封好，放到密封箱中进行密封24h。24h小时后，用固结仪来静压土样。以此方法来做其他各组含水率的试验。

1 直接剪切试验

由莫尔库仑定律可知，土的抗剪强度主要表现在黏聚力和内摩擦角上的，即

快剪试验，试验时在试样上施加垂直压力后，拔去固定销钉，立即以0.8mm的剪切速度进行剪切，使试样3min至5min内剪破。试样每产生剪切位移0.2mm～0.4mm时，测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，或继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值，当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机，该试验所得的强度称为快剪试验强度，相应的指标称为快剪强度指标，以cQ,φQ 表示[5]。

2 试验与成果分析

2.1 风干法抗剪实验

当进行抗剪试验时，土样面积不断减小引起的剪应力与正应力不均匀现象,对试验参数会有一定的影响，但对于圆样，只要位移不超过试样直径的7.725%，近似计算的剪切应力误差不会超过10%；位移超过半径7.725%后，在不考虑正应力偏转条件下，直剪试验剪应力误差远大于获得的强度参数(凝聚力分量与摩擦分量)误差,近似计算时，应考虑试样面积对剪应力-位移变化规律的影响,但基本可忽略对强度参数的影响[6]。因此，以上得到的参数可以不用处理。

从以上图形中和表2可知，当含水率变小时，峰值强度指标都在不断的变大，并且峰值强度随着含水率的变小出现有峰值骤降的过程，说明含水率对峰值强度影响很大，而且是线性影响的，这与基质吸力与含量水成反比的规律一致。

2.2 静压法直剪试验

从表3中可知，静压法抗剪强度也是随含水率的变小而增大的。在黏聚力上体现很明显。

风干法峰值强度指标 表2

静压法抗剪峰值强度指标 表3

3 结 论

综合上述可得：不同的制备土样方法对土的抗剪强度是有影响的。从表2、表3可知从含水率上考虑，当含水率比较大时，风干法土的抗剪强度比静压法土的抗剪强度要小，主要是静压法制备的土样颗粒很细，而我们知道土中存在着毛细管水，土颗粒愈细，毛细管水上升愈高，即毛细现象愈强。土中的孔隙水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续的。这时，由于孔隙中的气与大气联通存在毛细现象，因此，孔隙水的压力将小于大气压力。于是，将引起迫使相邻土粒相互挤紧的压力，这个压力称为毛管水压力。毛管水压力的存在，增加了粒间错动的摩擦阻力。当含水率比较小时，风干法土的抗剪强度比静压法土的抗剪强度要大很多，特别是表现在土的黏聚力上，而内摩擦角没有太大影响。这可以这样解释:起始含水率较低的非饱和膨胀土抽气饱和时膨胀性强，所产生的膨胀力大，由于环刀的限制，试样不能自由膨胀，这相当于给试样施加了一个与膨胀力大小相等的约束力,而外力约束能明显提高膨胀土的抗剪强度[7]；对于静压法，主要是已经破坏了土的结构性。

[1]贾东亮，丁述理，杜海金，等.膨胀土工程性质的研究现状与展望[J].河北建筑科技学院学报,2003(1).

[2]孙长龙.膨胀土性质研究综述[J].水利水电科技进展,1995(6).

[3]Bishop A W，Alpan I，Blight G E eta1.Factors Controlling the shear strength of partly saturated cohesive soils[A].In：ASCE Research Conference on the Shear Strength of Cohesive Soils[C].Univ.of Colorado，1960.

[4]Fredlund D G，Morgenstem N R，Widger R A.The shearstrength of unsaturated soils[J].Canadian Geotechnical Journal，l978(15).

[5]卢廷浩.土力学[M].南京：河海大学出版社，2002.

[6]徐志伟，周国庆，刘志强，等.直剪试验的面积校正方法及误差分析[J].中国矿业大学学报,2007(5).

[7]韩华强，陈生水.膨胀土的强度和变形特性研究[J].岩土工程学报,2004(3).