宋昊林 李华 孙立娟

摘要：鉴于黏质土分布的广泛性以及在路基工程中应用的普遍性，利用TSZ-1B全自动三轴试验系统对路基压实黏土进行了不同含水率和不同围压下的三轴压缩试验，分析了路基压实黏土的变形破坏特征。结果表明，三轴压缩条件下路基压实黏土的变形破坏过程可划分为压密、弹性、屈服和软化（硬化）四个阶段，含水率和围压的增加可使其变形破坏形式由脆性破坏转向塑性破坏转变。

关键词：路基压实黏土;变形破坏特征;含水率;围压;三轴压缩

0  引  言

路基压实土作为一种典型的非均质材料，其力学变形特性通常具有非线性、弹塑性和不均匀性等特点，掌握其在荷载作用下的变形破坏演化规律，将能够更好地为路基工程实践服务。随着压实土在工程实践中的广泛应用，许多学者对其进行了大量的三轴压缩试验研究，在其变形特性方面取得了一定的研究成果。如彭丽云等[1]和张琰等[2]在研究中发现，低围压条件下压实土的应力-应变曲线为应变软化型，高圍压时则为应变硬化型;王智超等[3]对某高填方路堤压实土的研究发现，其应力-应变曲线为在低围压条件下为应变软化型，但随着加载速率的降低由软化型过渡为硬化型;而龙万学等[5]研究发现压实土的应力-应变曲线形式与含水率以及压实度密切相关。综上所述，尽管关于压实土的变形破坏特性已开展了相当的研究，并取得了一定的成果，但是，对于压实土的变形破坏过程尚缺乏系统的分析，有鉴于此，本文拟以分布广泛并在路基工程中应用较为普遍的低液限黏土作为研究对象，深入研究和分析了压实黏土在三轴压缩条件下的变形破坏特征，以期为路基压实黏土工程实践提供理论依据与技术参考。

2  B1  试验用土与试验方案

1.1  试验用土

试验土样为取自吉林某高速公路改扩建工程取土场的低液限黏土，液限为35.9%，塑限为20.6%，最佳含水率为15.3%，最大干密度为1.86 g/cm3。

1.2  试验方法

路基压实黏土的三轴压缩试验采用不固结不排水试验（UU）方法，控制应变设置为15%;试验试件为圆柱形试件，试样尺寸为直径3.91cm、高度8cm，采用静力压实法按96%的压实度一次压实成型。

1.3  试验方案

最佳含水率状态下填筑完成的路基，在使用期间其含水率会因所处环境而发生变化，已有研究表明路基含水率的变化范围大致在7.4%～28.5%同时考虑到试验过程中路基的含水率变化范围[7]以及实际应力状态，三轴压缩试验分9.3%、12.3%、15.3%、18.3%和21.3% 5个含水率水平以及100kPa、200kPa和300kPa 3个围压水平进行，以全面地研究含水率与土体应力状态变化对路基压实黏土变形破坏特征的影响，

3  三轴压缩变形破坏分析

3.1  ;三轴压缩下路基压实黏土应变的确定

试样的轴向应变可由三轴试验系统程序根据试验过程中采集的竖向位移和试验开始前输入的试样初始高度自动计算完成，而关于径向应变的计算，考虑到试验过程中试样侧向变形沿轴向不均匀变化的实际情况，则可参照《公路土工试验规程》关于UU试验结果整理时的基本假定，即路基压实黏土变形破坏过程中试验试样始终为标准圆柱体，而且试验过程中试样体积不变，则有：

3.2  三轴压缩下路基压实黏土的变形破坏分析

图1为不同含水率与不同围压条件下路基压实黏土的应力-应变关系曲线。由图可见，三轴压缩条件下路基压实黏土的应力-应变关系曲线可分为应变软化型和应变硬化型两种类型，且每个试验试样的变形破坏过程均可划分为压密、弹性、屈服和软化（硬化）四个阶段。

由图1（a）可见，含水率 对三轴压缩下路基压实黏土变形破坏特征的影响十分显著。在9.3%～21.3%含水率变化范围内，路基压实黏土试样的抗变形能力随含水率增加大幅减小;在最佳含水率之前，随着土样含水率的逐渐增加，应力-应变曲线形式由应变软化型逐渐过渡为应变硬化型，试验试样由脆性破坏向塑性破坏逐渐转变;而含水率大于等于最佳含水率时，路基压实黏土的应力-应变曲线基本上均为应变硬化型。

由图1（b）～（d）可见，三轴压缩状态下围压的增加使路基压实黏土土样的线弹性变形阶段能够维持更高水平，应力-应变曲线的塑性特征也愈加明显，路基压实黏土的抗变形能力显著增强。当含水率为12.3%时，试验土样的应力-应变曲线由100kPa围压时的应变软化型逐渐过渡到200kPa、300kPa围压的弱应变硬化型;而当含水率为15.3%时，围压由100kPa变为200kPa时即使土样的应力-应变曲线由弱应变硬化型转变为应变硬化型，由脆性破坏形式转变为塑性破坏形式。由此可以基本断定，围压的增加有使路基压实黏土的应力-应变曲线形式由应变软化型向应变硬化型转变的趋势。

4 结  论

（1）三轴压缩条件下压实黏土的变形破坏过程可划分为压密、弹性、屈服和软化（硬化）四个阶段。

（2）路基压实黏土的抗变形能力随含水率增加而减小，三轴压缩变形破坏形式由脆性破坏向塑性破坏逐渐转变。

（3）围压对路基压实黏土的变形破坏特性影响显著，其值的增加使应力-应变曲线由应变软化型向应变硬化型转变的趋势，三轴压缩变形破坏形式由脆性破坏转为塑性破坏。

参考文献：

[1]彭丽云，刘建坤，肖军华，等.京九线路基压实粉土力学特性的试验[J].北京交通大学学报（自然科学版），2007，31（4）：56-60.

[2]张琰，张丙印，李广信，等.压实黏土拉压组合三轴试验和扩展邓肯张模型[J].岩土工程学报，2010，32（07）：999-1004.

[3]王智超，金刚，吴晓峰，等.非饱和压实土率相关变形特征与时效模型[J].岩土力学，2016，37（3）：719-727.

[4]龙万学，陈开圣，肖涛，等.非饱和红黏土三轴试验研究[J].岩土力学，2009，30（S2）：28-33.

[5]覃绮平.土基回弹模量影响因素及其相关关系研究[D].西安：长安大学，2005：103-121.

作者简介：宋昊林（2000-），男，吉林公主岭人，本科，主要从事路基土力学性能方面研究。

通讯作者：孙立娟（ 1982— ） ，女，内蒙古通辽人，博士、讲师，主要从事岩土工程方面的教学与科研工作。

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目：基于超声波技术的路基土力学试验试样选择方法研究（202010191120）;吉林省教育厅科学技术研究规划项目：基于滑带土动态劣化的山区滑坡渐进失稳机理研究（JJKH 20210261KJ）