.z---..--總結(jié)資料構(gòu)造性土構(gòu)度確實定方法及試驗研究學(xué)生：*文**：3050631016指導(dǎo)教師：邵生俊教授**理工大學(xué)土木工程專業(yè)中國**710048摘要近年來，土的構(gòu)造性定量化研究已經(jīng)成為現(xiàn)代土力學(xué)的一個熱點。構(gòu)造性是天然巖土材料的根本屬性，其定量上的多變性和定性上的復(fù)雜性致使土構(gòu)造性的研究處于一個“百花齊放〞的探索階段。本文較詳細(xì)地考察了構(gòu)造性土的研究現(xiàn)狀；在構(gòu)造性土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗的根底上，提出了一個既能反映由于土顆粒間復(fù)雜的膠作用而表現(xiàn)出的宏觀力學(xué)特征，又能反映土內(nèi)部顆粒由于多變的排列方式形成的特殊構(gòu)造性的定量化指標(biāo)，即土的構(gòu)度。在分析大量試驗數(shù)據(jù)的根底上，得出了不同狀態(tài)下土構(gòu)度的變化規(guī)律，并通過各種試驗結(jié)果地比照分析，提醒了mu與壓縮和剪切過程中影響土構(gòu)造性的因素之間的關(guān)系。證明了土構(gòu)度定義的合理性，靈敏性和穩(wěn)定性。這將使我們像認(rèn)識土粒度、密度、濕度等物理性質(zhì)一樣認(rèn)識土的初始構(gòu)造性。并通過了解土的構(gòu)度而更加明確認(rèn)識土的工程性質(zhì)。關(guān)鍵詞：構(gòu)造性土，初始構(gòu)造性定量化指標(biāo)，構(gòu)度AbstractInrecentyears，thequantitativeresearchonthestructureofsoilhasbeethekeytopicofmodernsoilmechanics.Structurecharacteristicistheessentialpropertyofnaturalsoils.Thatitischangefulinquantitativeandplicatedinqualitativemakesthestudyinthe“eachairshisownviews〞gropingmoment.Thispapergivesadetailedobservationoftheresearchstatusonstructuredloess.basedonstructuralclaysunconfinedpressivestrengthtest,Putsforwardaquantitativeinde*,namelythesoilstructure,whichcanreflectnotonlythemacroscopicmechanicalcharacteristicsthatbecauseoftheple*adhesivebetweensoilparticles,butalsoreflectsthespecialsoilstructureduetosoilinternalvariousgranulararrangement.Atthesametime,basedontheanalysisofplentifultestresults,Sortingoutthevariationofsoilstructurewithdifferentstate.andthroughvarioustestresultsandanalysis,revealstherelationshipbetweenmuandfactorswhichinfluencesoilstructuralinpressionandshearingprocess.Provedthatdefinitionofsoilstructureisrationality,sensitivityandstability.Thiswillmakeusknowsoilinitialstructureasunderstandingthephysicalpropertiesofsoilsuchassoilparticlesize,density,humidity.Andthroughtheunderstandingofthesoilstructure,wecangetamoreclearunderstandingofengineeringpropertiesofsoil.Keyword:structuralsoil,initialstructurequantitativeinde*,soilstructure目錄1.緒論41.1土構(gòu)造性研究的意義與理論成果綜述41.2本文研究的內(nèi)容92.土構(gòu)造性的試驗研究102.1構(gòu)造性土構(gòu)度概念的提出及確定方法102.2試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)改良的根本思路122.3試驗研究的方案與方法132.3.1試驗方案13試驗用土與土樣制備14試驗方法153.土構(gòu)造性試驗研究成果分析173.1無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗17試驗內(nèi)容17試驗結(jié)果分析173.2200克試錐測入土深度試驗25試驗內(nèi)容253.2.2試驗結(jié)果分析253.3側(cè)限壓縮試驗28試驗內(nèi)容28試驗結(jié)果分析293.4三軸固結(jié)排水剪切試驗34試驗內(nèi)容34試驗結(jié)果分析343.5試驗結(jié)果的綜合分析433.5.1構(gòu)度與壓縮模量的比照43構(gòu)度與、值的比照453.6本章小結(jié)464.結(jié)論與展望464.1結(jié)論464.2展望47致謝48參考文獻(xiàn)491.緒論1.1土構(gòu)造性定量化研究的意義與理論成果綜述土的構(gòu)造性是指土中顆?；蛲令w粒集合體以及它們之間的孔隙的大小、形狀、排列組合及聯(lián)結(jié)等綜合特征.因此土的構(gòu)造性除了應(yīng)包括土的骨架和孔隙的幾何特征(即土顆粒和孔隙的大小、多少、形狀和分布等)外,從土力學(xué)的角度考慮還應(yīng)包括顆粒之間的聯(lián)結(jié)特征.如果將孔隙看作是反映顆粒排列的一個方面,則土的構(gòu)造性就應(yīng)該包括土中顆粒的排列特征(幾何特征)和聯(lián)結(jié)特征(力學(xué)特征)[1]。土本身的顆粒性狀、孔隙性狀、含水量和礦物成分等等因素的不同組合,使土具有不同的初始構(gòu)造性,表現(xiàn)為具有不同的力學(xué)性質(zhì)。這種力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為土體保持原構(gòu)造狀態(tài)不被破壞的能力，構(gòu)造的破壞表現(xiàn)為力學(xué)性質(zhì)的突變。土的構(gòu)造性對于工程建立是非常重要的.因此,土構(gòu)造性的研究已被提到“21世紀(jì)土力學(xué)的核心問題〞的高度[2].長期以來,對于土的力學(xué)性質(zhì)僅局限于從粒度、密度和濕度3個方面來描述,無視了一個極其重要的因素,即構(gòu)造性。本文將其稱之為土的構(gòu)度。1925年土力學(xué)奠基人太沙基開啟了對土微觀構(gòu)造的研究，他提出了粘土的“蜂窩狀構(gòu)造〞是在自然沉積過程中很常見的一種構(gòu)造狀態(tài).并強(qiáng)調(diào)指出，在評價粘性土的變形與強(qiáng)度特性時應(yīng)注意其構(gòu)造的重要性[3]。自此，很多學(xué)者也開場注意到了土的微觀構(gòu)造的力學(xué)定義，并試圖探究其對土力學(xué)性質(zhì)的影響。但很長一段時間里人們對復(fù)雜的土構(gòu)造性認(rèn)識只能留在一定的感性階段，后來隨著科學(xué)技術(shù)的開展，光學(xué)顯微鏡，偏光顯微鏡及*射線衍射技術(shù)在土的微觀構(gòu)造研究中得到了廣泛的應(yīng)用，使人們對于土微觀構(gòu)造的認(rèn)識上了一個新臺階，開場注意到構(gòu)造要素的完整性，特別是構(gòu)造單元的定向分布特征。在對土微觀構(gòu)造研究有較大開展的根底上，人們又在進(jìn)一步尋求定量描述微構(gòu)造形態(tài)諸要素的方法。之后對土構(gòu)造性的諸多研究均圍繞著對土構(gòu)造性的定量化描述，尋找一個有效的、能應(yīng)用于實際工作的、帶有綜合性質(zhì)的構(gòu)造性指標(biāo)成了眾多學(xué)者的一致追求,形成了土構(gòu)造性研究的新高潮。國內(nèi)外許多學(xué)者從細(xì)觀力學(xué)途徑、固體力學(xué)途徑和土力學(xué)途徑對其進(jìn)展著不斷深入的研究。其中基于土構(gòu)造性研究的土力學(xué)方法而提出的綜合構(gòu)造勢思想有較好的開展空間，本文是對綜合構(gòu)造勢思想的繼續(xù)研究。謝定義[4]在試論我國黃土力學(xué)研究中的假設(shè)干新趨向一文中提出的綜合構(gòu)造勢思想認(rèn)為土構(gòu)造性的強(qiáng)弱是綜合反映土顆粒的排列和連接作用，只有顆粒間的-.z聯(lián)結(jié)強(qiáng)度較大，且排列能使土顆粒在失去聯(lián)結(jié)時處于較大不穩(wěn)定狀態(tài)的土才具有較強(qiáng)的構(gòu)造性。任何土均有自己的初始構(gòu)造性，而我們所關(guān)心的構(gòu)造性土，從構(gòu)造性的力學(xué)特征角度來講，以聯(lián)結(jié)強(qiáng)度為主，總有較高的連接強(qiáng)度；從構(gòu)造性幾何特征角度而言，有較大的排列孔隙，所以很容易因構(gòu)造擾動而破壞。前者可以稱之為構(gòu)造可穩(wěn)性強(qiáng)的土；后者被認(rèn)為具有較強(qiáng)的構(gòu)造可變性。如果土在一定條件下具有較強(qiáng)的構(gòu)造可穩(wěn)性，而當(dāng)這個條件改變時，又表現(xiàn)為較強(qiáng)的構(gòu)造可變性，這種土才可認(rèn)為是強(qiáng)構(gòu)造性土。在加荷或浸水過程中，土的構(gòu)造性會發(fā)生初始構(gòu)造破壞和次生構(gòu)造形成的耦合變化。因此，土的構(gòu)造性及構(gòu)造性參數(shù)應(yīng)該是動態(tài)變化的。雖然土在其受荷過程中，構(gòu)造可穩(wěn)性的喪失伴隨著構(gòu)造可變性的發(fā)揮，但從主流角度分析，可穩(wěn)性主要在荷載增長的前期起作用，可變性主要在荷載增長的后期起作用。沒有可穩(wěn)性的喪失，就不會有可變性的發(fā)揮?？煞€(wěn)性的喪失是一個損傷過程，其后果是初始構(gòu)造由調(diào)整到破壞?？勺冃缘陌l(fā)揮是一個愈合過程，其后果是次生構(gòu)造的形成和開展。如果土的構(gòu)造可穩(wěn)性較大，而可變性較小，則土在受荷過程中表現(xiàn)為較明顯的變形軟化性質(zhì)；反之，如果土構(gòu)造的可變性較大，而可穩(wěn)性較小，則土在受荷過程中表現(xiàn)出比較明顯的變形硬化性。強(qiáng)弱不同的可穩(wěn)性與可變性組合會使得土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系出現(xiàn)強(qiáng)軟化、弱軟化、強(qiáng)硬化和弱硬化等不同的類型。土的構(gòu)造性是客觀存在的，則研究土構(gòu)造性最好的方法應(yīng)該是讓土的構(gòu)造性徹底破壞，讓它的構(gòu)造勢充分表現(xiàn)出來。從而，既可以測得使構(gòu)造性破壞的難易程度，反映土構(gòu)造的可穩(wěn)性，又可測得破壞后的變形程度，反映構(gòu)造的可變性，并從中尋求構(gòu)造性演變的特性規(guī)律。使土的構(gòu)造性發(fā)生變化或破壞的根本途徑是擾動、加荷和浸水[16]。擾動能夠破壞土的聯(lián)結(jié)作用，使土顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度降低；加荷能使土既改變土顆粒的排列方式，又改變土顆粒的聯(lián)結(jié)特征；浸水既可使土中的化學(xué)物質(zhì)弱化、溶解，吸力聯(lián)結(jié)喪失，水膜的楔入作用，又可使土所固有的脹縮勢釋放出來。這種思想的最大優(yōu)勢在于它能夠描述在外界條件變化時土構(gòu)造性的變化規(guī)律，并以此為平臺來研究土在外界環(huán)境變化后所表現(xiàn)出的真實響應(yīng)。在這種思想的指引下謝定義等首次通過比照構(gòu)造性土、重塑土和飽和土三者的壓縮曲線，得出一個可反映綜合構(gòu)造勢的構(gòu)造性參數(shù)[4]。該構(gòu)造性參數(shù)用同一壓力條件下飽和土與構(gòu)造性土壓縮變形的比值〔表示構(gòu)造可變性〕和用同一壓力條件下構(gòu)造性土壓縮變形與重塑土的比值〔表示構(gòu)造可穩(wěn)性〕之比定義。之后，許多學(xué)者沿用這一思路提出了不同表達(dá)形式的構(gòu)造性參數(shù)，如用應(yīng)力表達(dá)的構(gòu)造性參數(shù)[5-7]，用模量表達(dá)的構(gòu)造性參數(shù)[8·9]，用孔隙比表達(dá)的構(gòu)造性參數(shù)[10·11]，用100g試錐的下沉量表達(dá)的構(gòu)造性參數(shù)[7]和用振次表達(dá)的動力構(gòu)造性參數(shù)[6],〔為了統(tǒng)一起見，構(gòu)造性參數(shù)的下標(biāo)取其表達(dá)式中的變量，這可能與原文中的符號有所差異〕。其中最具代表性的當(dāng)屬應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)和應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)。基于釋放構(gòu)造勢的思想，通過壓縮試驗得到構(gòu)造性土〔原狀土和人工制備構(gòu)造性土〕、重塑土和飽和土的壓縮曲線，然后比較反映其構(gòu)造可變性和構(gòu)造可穩(wěn)性的和，得到構(gòu)造性參數(shù)[4]：(1-1)式中、和分別為構(gòu)造性土、飽和土和重塑土在*一壓力p下的變形量(或應(yīng)變量)。應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)以壓縮試驗為根底，在壓縮變形量根本穩(wěn)定時其壓力可以無限增大，不存在工程意義上的強(qiáng)度破壞，且試樣所受軸向壓力與壓縮變形量之間的關(guān)系表現(xiàn)為應(yīng)變硬化型曲線，這與土的剪切破壞形態(tài)有較大的差異。為此，邵生俊、駱亞生等先后以常規(guī)三軸剪切試驗為根底提出了應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)：(1-2)、和分別代表同一應(yīng)變條件下原狀土、重塑土和飽和土的主應(yīng)力差。上述應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)有效地反映了剪切應(yīng)力作用下土構(gòu)造性的變化規(guī)律，但不能反映剪切過程中球應(yīng)力的變化。因此，鄧國華[12]建議提出應(yīng)力比表達(dá)的構(gòu)造性參數(shù)。此外，為了更準(zhǔn)確的反映固結(jié)作用，馮志炎[7]也建議了同一體積應(yīng)變條件下用等向應(yīng)力表述的構(gòu)造性參數(shù)。與上述兩類構(gòu)造性參數(shù)的建立思想一致，改變其表達(dá)式中的變量就可以得到新的構(gòu)造性參數(shù)，它們依托的試驗有所不同，反映的條件也有所不同，如表1-1所述。表1-1構(gòu)造性參數(shù)優(yōu)缺點比照表Table.1-1Thecontrastofmeritsanddemeritsforstructuralparameters指標(biāo)類型表達(dá)式試驗與方法靈敏度優(yōu)點缺點應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)[4]壓縮/三線法靈敏：1～20試驗簡單，機(jī)理明確。能夠全面反映壓縮作用對土構(gòu)造性的影響。不能反映剪切作用對土構(gòu)造的破壞。僅適應(yīng)于靜力條件。應(yīng)力結(jié)構(gòu)性參數(shù)[5-7]三軸/三線法靈敏：0.5～160能夠較全面的分別考慮固結(jié)應(yīng)力和剪切應(yīng)力對土構(gòu)造性的影響?？蛇m應(yīng)于靜、動力條件。初始剪切階段構(gòu)造性變化規(guī)律受試驗條件影響很大。三軸試驗中三種土的初始狀態(tài)不一致。應(yīng)力比構(gòu)造性參數(shù)[12]三軸/三線法靈敏：0.5～160不僅考慮了剪應(yīng)力對土構(gòu)造性的作用，而且反映了球應(yīng)力對土構(gòu)造性的影響。模量結(jié)構(gòu)性參數(shù)[8，9]壓縮、三軸/兩線法靈敏：1～20簡單。不能反映土構(gòu)造的可變性和可穩(wěn)性，其理論根底并非是綜合構(gòu)造勢?？紫侗葮?gòu)造性參數(shù)[10。11]壓縮/三線法一般：1.0～1.4與應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)一致。靈敏度較差，受試驗條件限制，不能反映剪切作用，不能適應(yīng)于動力條件試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)[11]錐形稠度/三點法靈敏：1～20可作為土的物理屬性指標(biāo)，簡單實用?？芍苯咏o出*種狀態(tài)土的構(gòu)造性參數(shù)。含水量較小時〔＜10%〕試錐很難插入，誤差較大。能否全面反映土的構(gòu)造性有待考證。振次構(gòu)造性參數(shù)[12]三軸/三線法沒有試驗資料，但可以預(yù)測，它與動力條件下的應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)一致。一般認(rèn)為應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)的提出奠定了土構(gòu)造性參數(shù)研究的根底，但受試驗條件〔壓縮試驗〕的限制，它只能反映壓縮條件下土構(gòu)造性受靜力作用時的變化特征，因此，也就不難想象將其與強(qiáng)度變形關(guān)系以及本構(gòu)模型結(jié)合起來的缺陷。從這一點看，基于三軸試驗的應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)具有較大的優(yōu)勢，它不僅可以考慮靜、動力荷載，而且可以反映剪應(yīng)力和球應(yīng)力對構(gòu)造性的影響，參數(shù)也非常靈敏。用一樣形式的割線模量表述的構(gòu)造性參數(shù)或振次表述的構(gòu)造性參數(shù)與應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)具有一樣的意義?？紫侗葮?gòu)造性參數(shù)其實質(zhì)與應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)也完全一致，只是表述形式不同而已，但它可取的一點是用土的根本物性指標(biāo)—孔隙比表述。用100克試錐的下沉量來表達(dá)土的構(gòu)造性非常有新意，可以將它直接看作土的物性指標(biāo)，而它的重要意義在于它廣泛的應(yīng)用前景，但其能否全面反映土的構(gòu)造性還有待進(jìn)一步研究。綜上所述，目前已建立的構(gòu)造性參數(shù)實際上有三個：應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)、應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)〔包括由此延伸的應(yīng)力比構(gòu)造性參數(shù)〕以及試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)，前兩個參數(shù)比較有理論價值，而后一個參數(shù)更具有實用價值。一個真正有潛力的構(gòu)造性參數(shù)應(yīng)滿足下面的三個條件：〔a〕能夠全面地〔壓縮、剪切；靜力，動力〕、動態(tài)地〔壓縮過程、剪切過程〕反映構(gòu)造的可穩(wěn)性和可變性；〔b〕確定方法和表述形式簡單明了；〔c〕靈敏性好。而歸根結(jié)底構(gòu)造性參數(shù)是研究土構(gòu)造性的一個重要工具，從土力學(xué)的角度出發(fā)，土構(gòu)造性研究的根本目的不在于看到土構(gòu)造性及其變化的現(xiàn)象，而在于發(fā)現(xiàn)土構(gòu)造性及其變化的力學(xué)效應(yīng)。土的綜合構(gòu)造勢反映了土保持其原有的構(gòu)造不被破壞的能力(構(gòu)造可穩(wěn)性)和土原有的構(gòu)造一旦開場破壞時土發(fā)生迅速強(qiáng)度降低和大量突然變形的能力(構(gòu)造可變性)。因此，在認(rèn)識了土構(gòu)造性的變化規(guī)律之后，土的強(qiáng)度和變形特性與土構(gòu)造性的關(guān)系理應(yīng)成為研究的焦點。謝定義等[45]在建立應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)后，借助直剪試驗，首先探討了土的構(gòu)造性參數(shù)與土壓縮性和抗剪強(qiáng)度的關(guān)系，認(rèn)為土的變形和強(qiáng)度受構(gòu)造性控制的規(guī)律是一樣的，土構(gòu)造性參數(shù)與其變形和強(qiáng)度呈反比關(guān)系。這一結(jié)論在特定的試驗條件下得出，即壓縮試驗〔不存在工程意義上的破壞，無應(yīng)變軟化〕和直剪試驗〔無應(yīng)變軟化〕。顯然土的構(gòu)造性參數(shù)與強(qiáng)度的反比關(guān)系不能令人信服。邵生俊等[13，14]基于應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)，進(jìn)一步討論了土強(qiáng)度和變形與構(gòu)造性之間的關(guān)系，在摩爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則中引入了構(gòu)造性參數(shù)，認(rèn)為土的強(qiáng)度與構(gòu)造性呈正比關(guān)系，強(qiáng)度分量中粘聚力隨構(gòu)造性參數(shù)呈雙曲線變化，而摩擦角根本不變?？梢杂秒p曲線描述構(gòu)造性參數(shù)歸一化后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。駱亞生[15]亦得出了相似的結(jié)論，并擬合了構(gòu)造性參數(shù)和土強(qiáng)度分量之間的關(guān)系。陳存禮[11]基于孔隙比構(gòu)造性參數(shù)探討了黃土的濕陷變形與構(gòu)造性參數(shù)之間的關(guān)系。從總體上看，土的構(gòu)造性參數(shù)和強(qiáng)度和變形之間的關(guān)系受試驗成果的限制還不夠明確，尤其是變形特性。一方面，研究者通常將構(gòu)造性土的變形關(guān)系用構(gòu)造性參數(shù)歸一后，描述成雙曲線型，這種做法有待進(jìn)一步考證。因為一般認(rèn)為飽和正常固結(jié)土沒有構(gòu)造性，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合雙曲線，則，通過比照原狀土、重塑土和飽和土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系而得到的構(gòu)造性參數(shù)能否將原狀土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系歸一化成雙曲線的關(guān)鍵在于重塑土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，而試驗已經(jīng)證明，重塑土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不僅呈雙曲線，而且還表現(xiàn)出軟化或硬化特性。因此，歸一化后原狀土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也會呈現(xiàn)出上述三種狀態(tài)。另一方面，構(gòu)造性土不僅具有壓硬性，而且還有強(qiáng)烈的壓損性，甚至表現(xiàn)出剪硬性和剪損性[16]，它們與構(gòu)造可穩(wěn)性的散失和可變性的發(fā)揮密切相關(guān)，認(rèn)識這些特性是建立構(gòu)造性本構(gòu)模型的根底。綜上所述，綜合構(gòu)造勢理論為土構(gòu)造性的研究提供了一種嶄新的方法，目前已經(jīng)形成了一個比較完整的體系，它首先從認(rèn)識和描述土的構(gòu)造性出發(fā)，進(jìn)而評價構(gòu)造性與土力學(xué)特性之間的內(nèi)在聯(lián)系?？梢哉f它是一種比較有開展前景的方法。構(gòu)造性是天然巖土材料的根本屬性，則可以將構(gòu)造性參數(shù)直接看作土的物性指標(biāo)，來定量的指導(dǎo)工程實踐，這可以稱為構(gòu)造性參數(shù)的直接應(yīng)用方法。與此同時，不難發(fā)現(xiàn)，由于受試驗條件的限制，在土構(gòu)造性定量描述的準(zhǔn)確性方面還存在著明顯的缺陷，這也必然導(dǎo)致將其引入強(qiáng)度變形本構(gòu)關(guān)系中的存在較大的誤差。1.2本文研究的內(nèi)容土的構(gòu)造性是土骨架的空間排列和聯(lián)結(jié)表現(xiàn)出的抵抗外力的效應(yīng)。不同環(huán)境和歷史條件下沉積形成的由不同顆粒級配、不同礦物成分和不同膠結(jié)物構(gòu)成的土具有不同的構(gòu)造性。為了對天然沉積土的構(gòu)造性有一個定量的分析，巖土力學(xué)研究者一直在尋找一個合理的定量化指標(biāo)。就像人們通過物理性質(zhì)指標(biāo)確定的粒度、密度、濕度等指標(biāo)對工程涉及的土有一個定量化的明確認(rèn)識一樣，如果對天然沉積土的構(gòu)造也有一個定量化的認(rèn)識，無疑會更加明確認(rèn)識天然沉積土的工程性質(zhì)。本文立足于土構(gòu)造性研究的土力學(xué)方法，在前人對構(gòu)造性定量化參數(shù)研究的根底上，對綜合構(gòu)造勢思路下黃土構(gòu)造性定量化參數(shù)的研究應(yīng)用進(jìn)展新的探索和局部改善，并試圖通過對原狀土、重塑土、飽和原狀土進(jìn)展無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度來定義構(gòu)造性土除了粒度、密度、濕度以外的另一種更重要的物理性質(zhì)，即土的構(gòu)度。并通過分析研究土構(gòu)度與其他物理力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系來論證定義土構(gòu)度量的合理性和靈敏性。具體包括以下內(nèi)容：綜合利用加荷、浸水和擾動三個因素使天然原狀土體的構(gòu)造發(fā)生改變，用釋放構(gòu)造勢的方法，通過原狀土、重塑土和飽和土的無側(cè)限抗壓試驗，尋求建立反映土初始構(gòu)造性的定量化指標(biāo)，并以此定義土的構(gòu)度。對馮志焱論文中用100試錐測原狀土、重塑土、及原狀飽和土的入土深度試驗進(jìn)展改良與完善、以期能更全面，完整地反映土的初始構(gòu)造性。得出此試驗定義的土構(gòu)造性參數(shù)變化規(guī)律。對原狀土、重塑土、飽和土進(jìn)展側(cè)限壓縮試驗，分析不同狀態(tài)下的壓縮曲線，得出壓縮模量的變化規(guī)律。通過原狀土、重塑土、飽和土的三軸固結(jié)排水剪切試驗，探討土構(gòu)造性的各主要因素對土樣構(gòu)造特性的影響，分析了土樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線、及應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)變化規(guī)律。對四種不同試驗的結(jié)果進(jìn)展比照分析，驗證由無側(cè)限抗壓強(qiáng)度所定義的構(gòu)度是否更合理、更靈敏、更穩(wěn)定。2.土構(gòu)造性的試驗研究2.1構(gòu)造性土構(gòu)度確實定方法由前面的介紹可知，土的構(gòu)造性研究的根本任務(wù)在于尋找一個能全面反映土顆粒的排列和膠結(jié)特征的定量化指標(biāo)[17]，它與土體的變形和強(qiáng)度具有密切聯(lián)系，使其在土體的變形和強(qiáng)度分析中，能方便地應(yīng)用，同時用此指標(biāo)可以反映土體的構(gòu)造性強(qiáng)弱，以及從變形和強(qiáng)度開展的程度來判斷土體構(gòu)造性的變化程度。從更深刻的意義上來說，綜合表征土構(gòu)造性在排列和膠結(jié)兩方面的指標(biāo)〔土的構(gòu)造性參數(shù)〕，將和描述土體物理性質(zhì)的粒度、密度、濕度等成為土體變形和強(qiáng)度等力學(xué)特性變化的主要依據(jù)。定量評價土的構(gòu)造性〔建立構(gòu)造性參數(shù)〕是綜合構(gòu)造勢思想研究土構(gòu)造性及其力學(xué)效應(yīng)的根底。綜合構(gòu)造勢思想的核心是把構(gòu)造可穩(wěn)性和可變性的耦合變化用原狀土、重塑土和和飽和原狀土力學(xué)性質(zhì)的差異來描述。目前，已經(jīng)提出的的構(gòu)造性參數(shù)有應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)、應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)、模量構(gòu)造性參數(shù)、孔隙比構(gòu)造性參數(shù)、100g試錐的下沉量表達(dá)的構(gòu)造性參數(shù)和振次構(gòu)造性參數(shù)。其中最具代表性的當(dāng)屬應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)和應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)：〔2-1〕〔2-2〕應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)以壓縮試驗為根底，在壓縮變形量根本穩(wěn)定時其壓力可以無限增大，不存在工程意義上的強(qiáng)度破壞，且試樣所受軸向壓力與壓縮變形量之間的關(guān)系表現(xiàn)為應(yīng)變硬化型曲線，這與土的剪切破壞性態(tài)有較大的差異。應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)以三軸試驗為根底，考慮了剪切應(yīng)力對土構(gòu)造性的破壞，但并沒有反映球應(yīng)力對土構(gòu)造性的影響，且試驗資料說明，用應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)反映土構(gòu)造性時，隨著剪切變形的開展，構(gòu)造性先增大后減小，這顯然與以往人們對土構(gòu)造性的定性認(rèn)識相違背。土構(gòu)造性是土微構(gòu)造的聯(lián)結(jié)效應(yīng)和穩(wěn)定性，其中微構(gòu)造是指土顆粒、團(tuán)粒和孔隙的幾何排列方式，而它的穩(wěn)定性是指粒間作用力系統(tǒng)。剪應(yīng)力和球應(yīng)力都會引起土微構(gòu)造聯(lián)結(jié)效應(yīng)和穩(wěn)定性的減弱。綜上所述，應(yīng)變構(gòu)造性參數(shù)實際上明確的表征了壓縮應(yīng)力或者說是球應(yīng)力作用下土構(gòu)造性的變化規(guī)律，而應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)實際上明確的反映了剪切應(yīng)力作用下土構(gòu)造性的變化規(guī)律，它們在反映土構(gòu)造性方面都存在著一定的片面性，換句話說，它們均沒有全面地反映外部荷載〔力、水等〕作用條件下土構(gòu)造性的變化規(guī)律。通過這種定義得到的構(gòu)造性參數(shù)不僅不能全面地反映構(gòu)造性的變化規(guī)律，而且在數(shù)值大小上也存在著較大的差異。其變化規(guī)律的不合理性表現(xiàn)在剪切過程中構(gòu)造性參數(shù)有峰值出現(xiàn)；其數(shù)值大小上的不合理性表現(xiàn)在歸一化后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系仍存在不同的變化形態(tài)，與正常固結(jié)土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有一定的差異。因此，又出現(xiàn)了用應(yīng)力比描述的構(gòu)造性數(shù)：EMBEDEquation.3〔2-3〕可以看出它的最大優(yōu)點在于能夠綜合反映剪切力和球應(yīng)力對土構(gòu)造性的影響。是對應(yīng)力構(gòu)造性參數(shù)的繼承和開展。然而，綜上所述，我們可以看出目前已建立的構(gòu)造性參數(shù)大多是描述土在剪切或壓縮過程中土構(gòu)造性的變化規(guī)律，而不能反映土在*一狀態(tài)下*點處的初始構(gòu)造性。而我們所希望的正是能找到這樣一個合理的定量化指標(biāo)，就像人們通過物理性質(zhì)指標(biāo)確定的粒度、密度、濕度等指標(biāo)對工程涉及的土有一個定量化的明確認(rèn)識一樣。針對這一問題，基于綜合構(gòu)造勢的理論框架，我們可以對原狀土、擾動重塑土、原狀飽和土，在保持原始含水量和干密度的情況下在三軸儀沒有圍壓〔〕的條件下進(jìn)展壓力試驗，分別作出三條應(yīng)力應(yīng)變曲線，作為研究構(gòu)造性的根本依據(jù)。根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗得出各種濕度〔含水量〕狀態(tài)下原狀土、重塑土和原狀飽和土的應(yīng)力應(yīng)變曲線，由于同種含水量下原狀土、重塑土、原狀飽和土樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線上大主應(yīng)力峰值不同，可以得到各自的大主應(yīng)力值，和，表示天然沉積黃土在無側(cè)限抗壓試驗時構(gòu)造性變化條件時的大主應(yīng)力σ1峰值，和分別表示由于重塑擾動和浸水作用破壞了土的原生構(gòu)造，在無側(cè)限抗壓試驗過程中的大主應(yīng)力峰值。大主應(yīng)力峰值在此試驗中被稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。由此，本文嘗試著將其定義為作為土體除粒度，密度，濕度等外更為重要的一種物理性質(zhì)，即構(gòu)度：〔2-4〕式中、、分別代表原狀土、重塑土、原狀飽和土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，其中反映了構(gòu)造可穩(wěn)性；反映了構(gòu)造可變性。從上式的構(gòu)造性參數(shù)定義可以看出，土的原始聯(lián)結(jié)越強(qiáng)，擾動重塑后的強(qiáng)度損失越大，得到的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越小，可穩(wěn)性越大，即越大；土的排列越不穩(wěn)定浸水后在力的作用下構(gòu)造性破壞越大，得到的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越小，即越小。因此，構(gòu)造性的強(qiáng)弱與的大小有直接而靈敏的聯(lián)系。對于構(gòu)造性靈敏的粘性土，它的含水量一般較高〔接近飽和土含水量〕，其對浸水的反響一般比較遲鈍，即，此時，，與靈敏度概念一致，因此可以這樣說，一定條件下土的構(gòu)度等同于粘性土的靈敏度。構(gòu)度的下標(biāo)表示此指標(biāo)是通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗獲得。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗有著其鮮明的個性，它既可以看做是無側(cè)限的壓縮試驗，又可以看做是無圍壓的三軸剪切試驗。而以往的側(cè)限壓縮試驗給出了構(gòu)造性參數(shù)隨壓力的動態(tài)變化，在這種壓縮過程中由于側(cè)向的限制，土體的構(gòu)造在整個試驗過程中遭到破壞，無法反映其初始的構(gòu)造性。進(jìn)展三軸剪切試驗時，圍壓固結(jié)作用本身對土體的構(gòu)造就有不同程度的破壞，因此也無法準(zhǔn)確反映土體的初始構(gòu)造性。而本文所定義的構(gòu)度，不是依賴于同一應(yīng)變下的強(qiáng)度，因為在無側(cè)限抗壓強(qiáng)度這樣一個試驗條件，顧名思義，沒有側(cè)限，不符合實際工程，因此研究這個條件下的變形強(qiáng)度關(guān)系是沒有任何實際意義的。但是要認(rèn)識到對于反映土初始構(gòu)造性而言它的峰值強(qiáng)度卻是有著重要意義的。當(dāng)然，也正因為沒有側(cè)限，這個所謂的峰值強(qiáng)度較天然沉積土的實際強(qiáng)度值略低。因此，在沒有破壞土體初始構(gòu)造的情況下，通過原狀土、重塑土、原狀飽和土定義的土的構(gòu)度是一個能很好的反映土體本身所具有的構(gòu)造性確實定值。這種優(yōu)越性是其他試驗所無法比較的。2.2試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)改良的根本思路馮志焱論文曾建議將釋放構(gòu)造勢思想與錐形稠度試驗原理相結(jié)合來得出描述土體初始構(gòu)造性的參數(shù)的方法，這種方法既能夠同土的粒度、密度、濕度狀態(tài)相結(jié)合，又能夠簡便確定土的初始構(gòu)造性定量化指標(biāo)。用于測試土稠度指標(biāo)的液、塑限儀不僅可以測得土的液、塑限含水量，而且可用這些測試結(jié)果求的其它力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，如壓縮性指標(biāo)〔、、〕、強(qiáng)度性質(zhì)〔如軟粘土的不排水強(qiáng)度、強(qiáng)度指標(biāo)等〕以及土的應(yīng)力歷史指標(biāo)〔先期固結(jié)壓力〕等等。此外，由于液、塑限儀與觸探儀有相似的作用原理，從而可以通過它對原狀或重塑軟粘土的測試得出土的液性指標(biāo)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、標(biāo)貫擊數(shù)及靈敏度。由于土的性質(zhì)決定了試錐作用下土的下沉深度，這種性質(zhì)包含土的粒度、密度、濕度及構(gòu)造，也就是說可以利用入土深度來獲得反映土的粒度、密度、濕度和構(gòu)度的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。由此，根據(jù)100克試錐測原狀土、重塑土、原狀飽和土下沉深度的實驗結(jié)果，馮志焱博士提出了如下構(gòu)造性參數(shù)：〔2-5〕已有試驗的考證研究說明在低含水量區(qū)域里，含水量的變化對土構(gòu)造性的影響尤為劇烈，而在含水量較低〔ω＜10%〕時，100克試錐很難插入，即，此時就會變?yōu)闊o窮大，這是不容易理解的。為了解決這個問題，本文中將試驗用錐的重量增加到了200克，并且用一般的滲透環(huán)刀代替儀器原本配套的鋁盒來取土，一方面，滲透環(huán)刀對于原狀土的取樣相當(dāng)方便，對重塑土壓樣而言也有配套的設(shè)備和容器而儀器所配的鋁盒因為缺少配套的一系列儀器在取樣和壓樣時比較困難；另一方面，滲透環(huán)刀所取的土樣面積約為30cm2、厚度約為4cm，而原儀器所配的鋁盒面積僅為7cm2左右、厚度約為3cm，理論上而言土樣的面積和厚度越大，所得結(jié)果應(yīng)該越準(zhǔn)確，但由于試驗條件限制，在已有的試驗設(shè)備根底上，采用了滲透環(huán)刀。試驗中在所取土樣的外表，由于土樣構(gòu)造本身的不均勻性，所得結(jié)果可能會過于離散，應(yīng)選定一定距離的4~5個點。測定入土深度，求其平均值來反映土的構(gòu)造性更合理。2.3試驗研究的方案與方法試驗方案本節(jié)根據(jù)緒論中本文所研究的內(nèi)容，制定了如下試驗方案：分別對不同含水量下的原狀土、重塑土、原狀飽和土做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。分別對不同含水量下的原狀土、重塑土、原狀飽和土做200克試錐測入土深度試驗。分別對不同含水量下的原狀土、重塑土、原狀飽和土做側(cè)限壓縮試驗分別對天然含水量狀態(tài)下的原狀土、重塑土、原狀飽和土做固結(jié)排水剪切試驗。試驗1是針對2.1節(jié)所提構(gòu)度而進(jìn)展的試驗，基于綜合構(gòu)造勢理論，通過對不同含水量下原狀土、重塑土、原狀飽和土進(jìn)展無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，來說明不同含水量狀態(tài)下土的初始構(gòu)造性變化規(guī)律。試驗2是針對2.2節(jié)中對試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)改良所做的試驗，進(jìn)一步驗證此構(gòu)造性參數(shù)的合理性及適用性。并形成與試驗1所得結(jié)果地比照，說明試驗1所得構(gòu)度的特點。試驗3、4目的是在上述試驗的同時，對原狀土、重塑土、原狀飽和土在靜荷載作用下土樣構(gòu)造性變化規(guī)律進(jìn)展進(jìn)一步的闡述，得出壓縮模量和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化規(guī)律，并與上述兩種試驗結(jié)果進(jìn)展比照分析，說明構(gòu)度定義的的合理性。試驗用土與土樣制備本文的試驗用土分別取自**的曲江、**涇河及**東郊白鹿原三個不同場地的三種黃土，將他們分別稱之為黃土〔1〕、黃土〔2〕，黃土〔3〕.這些圖都屬于Q3黃土。黃土〔1〕取自曲江*山垣陡立側(cè)壁，取土深度4～4.5m；黃土〔2〕取自涇河*天然邊坡，取土深度10～12m；黃土〔3〕取自**東郊白鹿原*陡立邊坡，取土深度為4～5m。三種黃土物理指標(biāo)見表2-1表2-1試驗用土的物理性質(zhì)指標(biāo)黃土種類比重天然干密度Ρd(g/cm2)天然含水量ω〔%〕液限〔%〕塑限〔%〕塑性指數(shù)〔%〕黃土〔1〕2.71.3518422616黃土〔2〕2.71.582.8332112黃土〔3〕2.71.3622392514試驗所需土樣的數(shù)量如表2-2所示。根據(jù)研究對試驗的要求，針對原狀樣和重塑樣均需制備不同的初始含水量。三軸儀所用土樣的直徑為3.91cm左右，高度為8cm左右，原狀樣由從現(xiàn)場取回的天然含水量土塊直接削制而成，其他試驗用土樣由各自配套環(huán)刀取得，然后用風(fēng)干法或水膜轉(zhuǎn)移法使試樣到達(dá)試驗所需含水量〔表2-3〕.重塑樣制備時，先把風(fēng)干黃土碾碎過篩，并配置成一定含水量〔ω≈10～15%利于壓樣，ω過大，土樣容易粘到壓樣器皿里，使試樣外表不光滑；ω過小，土顆粒聯(lián)結(jié)作用不強(qiáng)，壓樣困難，不易成型〕，待水分均勻后，再控制到與原狀樣相應(yīng)的干密度條件并用壓樣器壓制成型〔三軸儀上用的樣采用分層壓制而成，其余樣一次成型〕，然后采用風(fēng)干法或水膜轉(zhuǎn)移法將試樣制備到與原狀樣相應(yīng)的含水量，將到達(dá)要求含水量的土樣，放入保濕缸中24小時以上備用。制備原狀飽和樣時。采用抽氣飽和法。表2-2完成試驗所需土樣一覽表用途土樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗200克試錐下沉量試驗側(cè)限壓縮試驗三軸固結(jié)排水剪切試驗所需原狀土樣7×3=217×3=217×3=211×4×3=12所需重塑土樣7×3=217×3=217×3=211×4×3=12所需飽和土樣1×3=31×3=31×3=31×4×3=12總量45454536備注：考慮到可能因為試驗結(jié)果不太理想需要重做試驗，故每種土需要數(shù)量不等的備用樣。表2-3試驗土樣含水量配置一覽表土類用途含水量〔%〕251015182125飽和黃土〔1〕〔含原狀土和重塑土〕無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗√√√√√√√√200克試錐測入土深度試驗√√√√√√√√側(cè)限壓縮試驗√√√√√√√√固結(jié)排水剪切試驗〔CD〕√√黃土〔2〕〔含原狀土和重塑土〕無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗√√√√√√√√200克試錐測入土深度試驗√√√√√√√√側(cè)限壓縮試驗√√√√√√√√固結(jié)排水剪切試驗〔CD〕√√黃土〔3〕〔含原狀土與重塑土〕無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗√√√√√√√√200克試錐測入土深度試驗√√√√√√√√側(cè)限壓縮試驗√√√√√√√√固結(jié)排水剪切試驗〔CD〕√√備注:黃土〔1〕、黃土(2)、黃土〔3〕的飽和含水量分別為37%、26%、36%。試驗方法無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗與固結(jié)排水試驗均是在應(yīng)變控制式三軸儀上進(jìn)展的，200克試錐測入土深度試驗是在光電式液塑限聯(lián)合測定儀上進(jìn)展的，側(cè)限壓縮試驗是在杠桿式固結(jié)儀上進(jìn)展的。試驗具體操作步驟[15-16]是參見了?土工試驗規(guī)程?、?巖土工程測試技術(shù)?等書。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和常規(guī)三軸〔CD〕試驗的儀器為應(yīng)變控制式三軸儀，儀器由壓力室、軸向加壓設(shè)備、施加周圍壓力系統(tǒng)、體積變化和空隙壓力測量系統(tǒng)等局部組成，可以測量土的抗剪強(qiáng)度及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等。試驗圍壓按50、100、200、300kPa施加，剪切速率定為0.033mm/min,完畢試驗的標(biāo)準(zhǔn)為15%。進(jìn)展無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗時，無需加圍壓，剪切速率為0.386mm/min，完畢試驗的標(biāo)準(zhǔn)亦為15%，如果有明顯峰值的情況，取峰值強(qiáng)度為破環(huán)值。試驗主要步驟：1＞.試驗之前要檢查所用橡皮膜是否完好，操作儀器時，先將下排水管閥門翻開，抬起下排水管，排除殘留在管路當(dāng)中的氣泡，直到壓力室底座排水口有連續(xù)的水排出為止，接著用干凈的抹布抹掉陶土板上的水，使其外表濕度與試驗的濕度接近〔含水量較小時，盡量擦干，以免水從排水管進(jìn)入土體影響試驗結(jié)果。由于本次試驗只做了天然含水量，而土樣的天然含水量又較高，故不考慮這方面的影響〕；再翻開上排水管閥門，同樣的抬起上排水管，使水從試驗帽**流出以排出上排水管路中氣泡。為了確保試驗的可靠性和數(shù)據(jù)的精度。還需將儀器所用的壓力表和百分表均需經(jīng)過計量認(rèn)證。2＞.用承膜筒將橡皮膜套在試驗外，在壓力室底座陶土板上，依次放上濾紙、試樣、濾紙、透水石及試樣帽，并用橡皮筋將橡皮膜兩端與底座及試樣帽分別扎緊。3＞.將壓力室罩頂部傳力桿提高，放下壓力室罩，將傳力桿對準(zhǔn)試樣帽中心放下直至與試樣帽接觸良好，并均勻的擰緊連接螺母。接著向壓力室注水，當(dāng)進(jìn)水完成后，用吸耳球給水加壓將油壓打高，然后擰緊進(jìn)水閥門。并記下固結(jié)前的排水管讀數(shù)。4＞.翻開排水管閥門，試樣開場固結(jié)，〔黃土〔2〕天然含水量很低，在翻開排水管閥門之前將排水管中的水倒干凈，以免固結(jié)時排水管中的水倒流進(jìn)土樣，影響試驗結(jié)果〕一般認(rèn)為4小時即可。5＞.固結(jié)完成后，轉(zhuǎn)動手輪，使傳力桿與橫梁接觸，調(diào)節(jié)剪切速率為0.033mm/min,啟動電機(jī)，開場剪切，記錄剪切過程中的各種數(shù)據(jù)。當(dāng)軸向應(yīng)變到達(dá)15%時，停頓剪切。6＞.試驗完畢，關(guān)閉電機(jī)，卸掉圍壓，撤除壓力室，取出土樣。將所得數(shù)據(jù)整理好。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗中無需注水，當(dāng)然也不牽扯設(shè)定壓力、固結(jié)等等步驟，不過排水管始終關(guān)閉，相當(dāng)于三軸試驗中的不固結(jié)不排水剪切，剪切速率為0.386mm/min，步驟雷同，不再贅述。200克試錐測入土深度試驗所用的光電式液塑限聯(lián)合測定儀，測試樣在錐體自重下的下沉深度，試驗中將原儀器配備的土樣容器鋁盒改為滲透環(huán)刀。試驗開場前調(diào)節(jié)屏幕準(zhǔn)線，使初讀數(shù)為零。調(diào)節(jié)升降座，使圓錐儀錐角接觸試樣外表。操作步驟簡單，在此忽略闡述。側(cè)限壓縮試驗的固結(jié)儀采用杠桿式加壓設(shè)備，試樣在側(cè)限與軸向排水條件下受壓變形，可測得試樣的變形一壓力或孔隙比一壓力的關(guān)系以及變形一時間的關(guān)系等，以便計算土的單位沉降量、壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)和壓縮模量等。試驗儀器所配備的加壓祛碼及最大量程10mm、最小分度值0.0lmm的百分表均經(jīng)過計量認(rèn)證。試驗前應(yīng)對固結(jié)儀的變形量進(jìn)展校正。實驗時垂直壓力按25、50、100、200、400、800、1600kPa分級施加。在前一級壓力下變形穩(wěn)定〔大約為6h〕后再施加下一級。3.土構(gòu)造性試驗研究成果分析3.1無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗試驗內(nèi)容試驗在應(yīng)變控制式三軸儀上進(jìn)展，類似于不固結(jié)不排水剪切試驗。含水量為2%、5%、10%、15%、18%、21%、25%及飽和，剪切速率為0.386mm/min。具體內(nèi)容安排如下：對上述含水量下的原狀土樣做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，剪切速率為0.386mm/min。對2%、5%、10%、15%、18%、21%、25%含水量下的重塑土樣做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，剪切速率為0.386mm/min。試驗結(jié)果分析圖3-1、圖3-2、圖3-3分別表示出了三種不同土的原狀樣、重塑樣、原狀飽和樣在不同含水量下由無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗所得的應(yīng)力應(yīng)變曲線。圖3-1黃土〔1〕不同含水量原狀土、重塑土及原狀飽和土的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-2黃土〔2〕不同含水量原狀土、重塑土及原狀飽和土的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-3黃土〔3〕不同含水量原狀土、重塑土及原狀飽和土的應(yīng)力應(yīng)變曲線從圖中我們可以看出：黃土〔1〕和黃土〔2〕的原狀樣在濕度〔含水量〕條件為2%、5%、10%、15%、18%、21%、25%的含水量下均表現(xiàn)出較強(qiáng)的變形軟化特性，即有明顯的峰值強(qiáng)度，屬于脆性破壞。并且隨著含水量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在不斷降低。曲線明顯地分為三段。第一段由于土的固體顆粒都由其一定的排列和聯(lián)構(gòu)造成了一種穩(wěn)定的原生構(gòu)造，即具有一定的初始構(gòu)造強(qiáng)度。土樣構(gòu)造受外載引起的應(yīng)力，小于土的初始構(gòu)造強(qiáng)度，土的原生構(gòu)造不會發(fā)生破壞，顆粒間的相對位置不會發(fā)生位移，因此構(gòu)造保持完好狀態(tài)下的變形，根本上是線性或非線性彈性單調(diào)增大變形階段；第二段主動應(yīng)力超過了土的初始構(gòu)造強(qiáng)度，局部顆粒的聯(lián)結(jié)中出現(xiàn)微隙，顆粒之間產(chǎn)生滑移，隨著主動應(yīng)力的繼續(xù)增大，這種微隙和位移繼續(xù)增大增多，盡管伴隨大孔隙構(gòu)造的塌陷，但剪切帶正逐漸產(chǎn)生，已開場出現(xiàn)剪脹現(xiàn)象；到了第三段，先前的微隙和位移在更大的局部*圍內(nèi)開展，導(dǎo)致剪切帶最終形成，且剪切帶有增厚的趨勢，剪切帶中土的性質(zhì)已接近重塑土，顆粒之間的滑移成為變形的主要原因。土樣在剪切過程中第一階段表現(xiàn)為剪脹；到達(dá)峰值后的第二階段即開場產(chǎn)生剪損，稍后出現(xiàn)明顯的剪切帶。對于重塑土而言，黃土〔1〕在較低含水量2%和5%時表現(xiàn)為變形軟化，峰值強(qiáng)度明顯，在到達(dá)峰值后迅速降低，直至徹底破壞，而在10%、15%、18%、21%、25%含水量下的重塑土樣均呈現(xiàn)出變形硬化特征，即無明顯的峰值強(qiáng)度點，試驗取用應(yīng)力應(yīng)變曲線上最大應(yīng)變處的大主應(yīng)力值作為研究依據(jù)。黃土〔2〕的重塑樣在含水量由低到高的變化過程中始終表現(xiàn)為變形軟化。原狀飽和土則均表現(xiàn)出變形硬化特征，隨著應(yīng)變的不斷開展，軸向應(yīng)力不斷增加。從一樣含水量下的原狀土、重塑土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比較來看，原狀土的原始膠結(jié)作用越強(qiáng)，擾動重塑后強(qiáng)度損失越大，表現(xiàn)為在一樣應(yīng)變處，重塑土的軸向應(yīng)力明顯低于原狀土。而原狀土本身的排列如果不穩(wěn)定，浸水作用對構(gòu)造的破壞就相當(dāng)明顯，故飽和土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最小。圖3-4、圖3-5、圖3-6顯示了不同土原狀樣、重塑樣、原狀飽和樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨含水量變化規(guī)律。隨著含水量的增加，無論是原狀土還是重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均在不斷減小。這說明濕度狀態(tài)對于原狀土及重塑土本身構(gòu)造的破壞是相當(dāng)明顯的，當(dāng)然由于重塑土本身并不是天然構(gòu)造性土，研究含水量對這種均勻土質(zhì)的影響不是本文研究的重點。圖中含水量在較低*圍內(nèi)變化時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的減小相當(dāng)明顯；而含水量在較高*圍內(nèi)變化時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的減小則比較緩慢；原狀土的的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在飽和時有最小值。對一樣含水量下的土樣而言，重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度要小于原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。雖然不同的土質(zhì)所表現(xiàn)出的曲線各有差異，但大體趨勢是一致的，從而認(rèn)為它可以用來客觀描述土的初始構(gòu)造性。圖3-4黃土〔1〕無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu與含水量ω的關(guān)系圖3-5黃土〔2〕無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu與含水量ω的關(guān)系圖3-6黃土〔3〕無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu與含水量ω的關(guān)系圖3-7黃土〔1〕構(gòu)度mu與含水量ω的關(guān)系圖3-8黃土〔2〕構(gòu)度mu與含水量ω的關(guān)系圖3-9黃土〔3〕構(gòu)度mu與含水量ω的關(guān)系本文2.1節(jié)提出用原狀土、重塑土、原狀飽和土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度來定義的土的構(gòu)度。整理具體試驗結(jié)果得出了構(gòu)度mu與含水量ω的關(guān)系曲線，如圖3-7、圖3-8、圖3-9所示?？梢钥闯觯涸诤枯^低時，土的聯(lián)結(jié)作用相對較強(qiáng)使得土體原有構(gòu)造不易被破壞，這樣就能承受更大的壓力，表現(xiàn)為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較大，構(gòu)造性較強(qiáng)。并且含水量越小，這種構(gòu)造性就越強(qiáng)即土的構(gòu)度越大；隨著含水量的增加，土的構(gòu)造性不斷減弱，且在*一含水量附近，這種構(gòu)造性的降低會有較快的開展，表現(xiàn)為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的不斷減小及土的構(gòu)度迅速降低。由此可見，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗定義的土的構(gòu)度能夠合理的反映土的初始構(gòu)造性，當(dāng)然嚴(yán)格的說，它也不是土天然狀態(tài)下的初始構(gòu)造性，因為取土和削樣過程中的卸荷與擾動難免對土樣的初始構(gòu)造產(chǎn)生不同程度的破壞，但任何試驗都存在這方面的影響，可以說這種影響是防止不了的。但是我們必須認(rèn)識到由無側(cè)限抗壓強(qiáng)度定義的構(gòu)度是基于土的初始構(gòu)造強(qiáng)度，即這種試驗條件的特點決定了此構(gòu)度是在不破壞初始構(gòu)造性的條件下得出的，因為前面所說的取土和削樣產(chǎn)生的影響會使土樣的變形不同于實際情況，并且這種差異無法衡量，而對于強(qiáng)度而言只會使這個試驗中所得出的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值略低于天然狀態(tài)，而這中略低與實際值的情況對于我們實際工程應(yīng)用是有利的。因此，土的構(gòu)度不僅能定量反映土的初始構(gòu)造性，能讓我們認(rèn)識土的初始構(gòu)造性像認(rèn)識其他諸如土的粒度、濕度、密度等物理性質(zhì)一樣直接明了，而且在我們利用初始構(gòu)造性的計算和實際工程中也能使平安系數(shù)大于實際情況。3.2200克試錐測入土深度試驗試驗內(nèi)容試驗利用光電式液塑限儀測液塑限原理測土樣入土深度。含水量為2%、5%、10%、15%、18%、21%、25%及飽和。具體內(nèi)容安排如下：對以上含水量下的原狀土分別做200克試錐下沉深度試驗。對2%、5%、10%、15%、18%、21%、25%含水量下的重塑土樣做200克試錐下沉深度試驗。試驗結(jié)果分析圖3-10、圖3-11、圖3-12分別表示三種黃土原狀土試樣、重塑土試樣、原狀飽和土試樣的試錐入土深度δ隨含水量ω變化規(guī)律。計算構(gòu)造性參數(shù)時原狀飽和土的入土深度取含水量為飽和含水量是的對應(yīng)值。由它們和2.2節(jié)式〔2-2〕得到的描述土在初始物理狀態(tài)下的試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)ms與含水量ω的關(guān)系，分別在圖3-11、圖3-13、圖3-15中示出。分析圖3-10、圖3-11、圖3-12，可以看出：隨著含水量的增加，無論是原狀土還是重塑土的入土深度均在不斷增加。但含水量在較低*圍內(nèi)變化時，這種試錐入土深度增加緩慢；當(dāng)含水量在較高*圍內(nèi)變化時，入土深度增加較快；含水量增加到更大時，入土深度的變化又不是相當(dāng)明顯了。原狀土的入土深度在飽和時到達(dá)最大，這說明了浸水對于構(gòu)造性的破壞是不容無視的，對于天然狀態(tài)下的土體而言，浸水量越多對構(gòu)造的破壞就越強(qiáng)，也就是原狀土的構(gòu)造性損失越大，說明原狀土本身的構(gòu)造可變性越強(qiáng)。浸水量越少或者干脆風(fēng)干使含水量小于天然含水量，對初始構(gòu)造的破壞越弱或者不破壞反而構(gòu)造性增強(qiáng)。對一樣含水量下的土樣而言，由于擾動重塑土的構(gòu)造發(fā)生了變化，重塑土的入土深度要高于原狀土的入土深度。二者之間的差值越大說明擾動重塑后構(gòu)造性的損失就越大，也就說明原狀土本身的構(gòu)造可穩(wěn)性就越強(qiáng)；相反，二者之間的差值越小，則說明擾動重塑對土構(gòu)造性的破壞越小，也就是原狀土本身的構(gòu)造可穩(wěn)性越弱?？偟膩砜?，雖然不同的土質(zhì)所表現(xiàn)出的曲線各有差異，但大體趨勢是一致的，它是對土構(gòu)造性的一種客觀反映。圖3-10黃土〔1〕入土深度d隨含水量ω變化規(guī)律圖3-11黃土〔2〕入土深度d隨含水量ω變化規(guī)律圖3-12黃土〔3〕入土深度d隨含水量ω變化規(guī)律圖3-13黃土〔1〕試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)ms與含水量ω的關(guān)系圖3-14黃土〔2〕試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)ms與含水量ω的關(guān)系圖3-15黃土〔3〕試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)ms與含水量ω的關(guān)系分析圖3-13、圖3-14、圖3-15中試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)ms與含水量ω的關(guān)系曲線，可以看出：在含水量較低時，土的構(gòu)造性較強(qiáng)，并且含水量越小，構(gòu)造性越強(qiáng)，這是因為土含水量低時，強(qiáng)度比較高，壓縮性則比較低，這樣的話試錐要克制土的阻力進(jìn)入土中要更困難些，從而入土深度就比較小了；隨著含水量的增加，土的構(gòu)造性不斷減弱，且在*一含水量附近，這種構(gòu)造性的降低會有較快的開展，表現(xiàn)為試錐入土深度的快速增加和構(gòu)造性參數(shù)的迅速降低。綜上分析可見，這種由液塑限儀測定的原狀土試樣、重塑土試樣與原狀飽和土試樣的試錐入土深度，按照綜合構(gòu)造勢思想得到的構(gòu)造性參數(shù)與文獻(xiàn)[4，5]中在壓縮條件下、三軸剪切條件下以及本文中無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗條件下得到的構(gòu)造性參數(shù)一樣，同樣能合理反映土構(gòu)造性的優(yōu)勢。但是在含水量較低時，錐入土深度的測定相對困難，誤差較大。當(dāng)然嚴(yán)格來講，它也不是土原始狀態(tài)的構(gòu)造性參數(shù)，因為取土過程中的擾動和卸荷必然會引起土構(gòu)造和構(gòu)造性的變化，但任何試驗均存在對土的不同程度擾動，故一般仍可用以描述土在受力條件開場時的的初始構(gòu)造性。3.3側(cè)限壓縮試驗試驗內(nèi)容試驗在杠桿式固結(jié)儀上進(jìn)展。垂直壓力按25、50、100、200、400、800、1600kPa施加。土樣含水量為2%、5%、10%、15%、18%、21%、25%及飽和。具體內(nèi)容安排如下：對以上含水量下的原狀土分別進(jìn)展側(cè)限壓縮試驗。對含水量為2%、5%、10%、15%、18%、21%、25%的重塑土進(jìn)展側(cè)限壓縮。試驗結(jié)果分析不同含水量的原狀土、重塑土、原狀飽和土的壓縮曲線如圖3-16、圖3-17、圖3-18所示。從圖中可以看出：隨著壓力的不斷增大，孔隙比不斷減小，但由于構(gòu)造強(qiáng)度的作用，低壓力下的壓力增大所引起的孔隙比減小比較緩慢；當(dāng)壓力超過土的構(gòu)造強(qiáng)度時，孔隙比減小的的速率變大，而高壓力下的壓力增大所引起的變形，又會因土較大的密實度而降低。一樣壓力下重塑土孔隙比的減小要大于原狀土，而它們的初始干密度是一樣的，也就是說初始孔隙比是一樣的，這樣可以解釋為，擾動重塑后土的構(gòu)造性發(fā)生了改變，使得原有的構(gòu)造強(qiáng)度有所降低，所以孔隙比的變化較原狀土而言發(fā)生地較早也較快。這種原有構(gòu)造強(qiáng)度的降低幅度越大，說明土的構(gòu)造性損失越大，本身的構(gòu)造可穩(wěn)性越強(qiáng)。飽和土由于浸水的作用孔隙比的減小相對原狀土而言相當(dāng)可觀且迅速，這是由于浸水使得原有的土顆粒排列發(fā)生變化，原有的構(gòu)造強(qiáng)度陡然減小，這種減小的幅度越大，說明浸水對于原狀土顆粒排列作用的影響越大，也就是土體本身的構(gòu)造可變性越強(qiáng)。圖3-16黃土〔1〕不同含水量原狀土、重塑土、原狀飽和土的e-lgP曲線圖3-17黃土〔2〕不同含水量原狀土、重塑土、原狀飽和土的e-lgP曲線圖3-18黃土〔3〕不同含水量原狀土、重塑土、原狀飽和土的e-lgP曲線圖3-19壓縮模量的變化規(guī)律規(guī)律曲線圖3-20壓縮模量的變化規(guī)律規(guī)律曲線圖3-21壓縮模量的變化規(guī)律規(guī)律曲線根據(jù)上述壓縮曲線整理出原狀土的壓縮模量變化規(guī)律如圖3-19、圖3-20、圖3-21所示。可以看出：壓縮模量隨著含水量的增加，逐漸降低。3.4三軸固結(jié)排水剪切試驗試驗內(nèi)容試驗在應(yīng)變控制式三軸儀上進(jìn)展，由于慢剪耗時量大，但時間有限，故只對天然含水量下的原狀土、重塑土及原狀飽和土在不同圍壓下進(jìn)展固結(jié)排水剪切試驗而不進(jìn)展不同含水量下的各類試驗。圍壓按50、100、200、300kPa施加。具體實驗內(nèi)容安排如下：在圍壓為50kPa的情況下，對原狀土、重塑土、原裝飽和土進(jìn)展固結(jié)排水試驗。在圍壓為100kPa的情況下，對原狀土、重塑土、原裝飽和土進(jìn)展固結(jié)排水試驗。在圍壓為200kPa的情況下，對原狀土、重塑土、原裝飽和土進(jìn)展固結(jié)排水試驗。在圍壓為300kPa的情況下，對原狀土、重塑土、原裝飽和土進(jìn)展固結(jié)排水試驗試驗結(jié)果分析天然含水量狀態(tài)下，一樣圍壓圍壓條件條件時，原狀樣、重塑樣和飽和樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線比較。見圖3-22～圖3-33。圖3-22黃土〔1〕圍壓為50kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-23黃土〔1〕圍壓為100kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-24黃土〔1〕圍壓為200kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-25黃土〔1〕圍壓為300kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-26黃土〔2〕圍壓為50kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-27黃土〔2〕圍壓為100kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-28黃土〔2〕圍壓為200kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-29黃土〔2〕圍壓為300kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-30黃土〔3〕圍壓為50kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-31黃土〔3〕圍壓為100kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-32黃土〔3〕圍壓為200kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-33黃土〔3〕圍壓為300kPa時土樣應(yīng)力應(yīng)變曲線從圖中可以看出：在原狀樣、重塑樣和飽和樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線上，取一樣軸向應(yīng)變ε1時，對應(yīng)的主應(yīng)力差具有原狀土主應(yīng)力差大于重塑土主應(yīng)力差，原狀土主應(yīng)力差大于飽和原狀土主應(yīng)力差的特征，即〔σ1-σ2〕o＞〔σ1-σ3〕r＞〔σ1-σ3〕s。從微觀分析可知，原狀土的構(gòu)造性強(qiáng)，有較大的構(gòu)造強(qiáng)度，因此〔σ1-σ2〕o＞〔σ1-σ3〕r，；飽和樣中的土體顆粒之間膠結(jié)鹽份溶化，顆粒呈亞游離松弛狀態(tài)，故在剪切過程中，〔σ1-σ3〕s始終小于〔σ1-σ2〕o。天然含水量，不同圍壓下原狀土、重塑土、原狀飽和土的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3-34、圖3-35、圖3-36所示，圖(a)天然含水量下原狀土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖〔b〕天然含水量下重塑土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖(c)原狀飽和土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-34黃土〔1〕各種土樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖(a)天然含水量下原狀土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖〔b〕天然含水量下重塑土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖(c)原狀飽和土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-35黃土〔2〕各種土樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖(a)天然含水量下原狀土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖〔b〕天然含水量下重塑土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖(c)原狀飽和土在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖3-36黃土〔3〕各種土樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線從圖中可以看出，當(dāng)σ3小于構(gòu)造強(qiáng)度時，原狀土應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型或硬化型；當(dāng)σ3大于構(gòu)造強(qiáng)度時，原狀土的構(gòu)造在均壓固結(jié)時破壞，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈強(qiáng)硬化型。這些關(guān)系說明，原狀土構(gòu)造強(qiáng)度和側(cè)限應(yīng)力σ3對黃土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有顯著影響，是原狀黃土強(qiáng)度、變形的一個重要因素。無論是天然含水量還是飽和狀態(tài)下的黃土〔1〕、黃土〔2〕、黃土〔3〕均表現(xiàn)出了這一點。由于三種黃土本身天然含水量不盡一樣，故構(gòu)造強(qiáng)度定有所差異，因此側(cè)限壓力σ3對應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響不能一概而論，如黃土〔2〕的天然含水量僅為2.8%，因此當(dāng)圍壓σ3到達(dá)300kPa時,應(yīng)力應(yīng)變曲線仍然表現(xiàn)出明顯的變形軟化特征，這說明含水量較小時構(gòu)造強(qiáng)度可能較大。原狀飽和土由于浸水使土中的化學(xué)物質(zhì)弱化、溶解，吸力聯(lián)結(jié)喪失，此時構(gòu)造強(qiáng)度就會大幅降低。例如黃土〔2〕在飽和時，圍壓σ3如何變化均表現(xiàn)出變形硬化特征。這說明此時黃土〔3〕的構(gòu)造強(qiáng)度變得非常低。相對而言黃土〔1〕和黃土〔3〕仍然是當(dāng)圍壓較小時，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)軟化特征，當(dāng)圍壓較大如300kPa時，則表現(xiàn)為應(yīng)變硬化。重塑樣在低圍壓和低含水量時〔圖3-35〔b〕所示黃土〔2〕〕，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型。天然含水量較高的黃土〔1〕當(dāng)圍壓σ3變化時，應(yīng)力應(yīng)變曲線都呈硬化型。而黃土〔3〕在圍壓σ3為50kPa是表現(xiàn)為軟化，此后隨著的增加，均表現(xiàn)出變形硬化特性。需要指出的是本試驗中三種黃土的天然含水量不盡一樣，由于時間有限，對于單一土體而言，一樣圍壓不同含水量下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系沒有反映出來。圖3-37黃土〔1〕抗剪強(qiáng)度曲線圖3-38黃土〔2〕抗剪強(qiáng)度曲線圖3-38黃土〔3〕抗剪強(qiáng)度曲線圖3-40抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值的選取3.5試驗結(jié)果的綜合分析構(gòu)度與壓縮模量的比照無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗、200克試錐測入土深度試驗、壓縮試驗分別得出了構(gòu)度，試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)、壓縮模量的變化規(guī)律，現(xiàn)綜合各種土的物性指標(biāo)及試驗結(jié)過比照分析如表3-1表3-1三種土各種指標(biāo)比照土類ω2%5%10%15%18%21%25%黃土〔1〕干密度1.35(g/cm2)液限42%塑限26%壓縮模量〔kPa〕26.00717.63316.49510.1259.5342.6211.597構(gòu)度mu85.05484.75655.17023.94612.9744.1824.152試錐ms64.67237.78620.42616.37514.4446.5046.197黃土〔2〕干密度1.58(g/cm2)液限33%塑限21%壓縮模量〔kPa〕34.97428.02722.29210.0039.6338.8777.202構(gòu)度mu38.07220.96020.12718.28517.10914.12311.540試錐ms—214.29029.89415.5666.6554.2353.805黃土〔3〕干密度1.36(g/cm2)液限39%塑限25%壓縮模量〔kPa〕11.1736.0794.5664.1673.6043.1352.946構(gòu)度mu25.58710.9266.8986.0025.6355.5503.937試錐ms——11.2865.5894.0163.6332.558長期以來的研究說明，對于土的物理力學(xué)性質(zhì)僅從粒度，濕度，密度三方面來描述是不完整的，因為很多情況下粒度、濕度、密度一樣或相近的不同土體力學(xué)性質(zhì)卻表現(xiàn)出了很大的差異性，這種差異性就是我們諸多研究中所謂的構(gòu)造性不同所致。近年來基于綜合構(gòu)造勢所得出的大局部構(gòu)造性參數(shù)均反映了構(gòu)造性在土壓縮或剪切過程中的變化規(guī)律，而不能直接明了的定量反映土的初始構(gòu)造性，即如果給定一種土體，我們希望可以像確定土粒度、密度、濕度等物理性質(zhì)指標(biāo)一樣定量認(rèn)識土的構(gòu)度，并可以通過這個合理的定量值來指導(dǎo)實際工程。表3-1中黃土〔2〕的物理性質(zhì)明顯不同于其他兩種土體，因此我們的比照主要基于黃土〔1〕和黃土〔3〕?？梢钥闯觯狐S土〔1〕和黃土〔3〕在物性指標(biāo)相近的情況下，壓縮模量表現(xiàn)出了很大的不同，黃土〔1〕的壓縮模量明顯高于黃土〔3〕，即黃土〔3〕的可壓縮性要大于黃土〔1〕。這正好說明了上面所述的即使土的粒度、密度、濕度一樣或相近，力學(xué)性質(zhì)仍可能從在很大的差異性。這是由于兩種土體內(nèi)部顆粒復(fù)雜的聯(lián)結(jié)作用和多變的顆粒排列不同引起的。而我們在注意一下表中黃土〔1〕和黃土〔3〕在其他物性指標(biāo)一樣的情況下，它們構(gòu)度的變化規(guī)律，我們可以發(fā)現(xiàn)：黃土〔1〕和黃土〔3〕的構(gòu)度與它們壓縮模量的變化規(guī)律，這種規(guī)律表現(xiàn)在三個方面：首先黃土〔1〕的構(gòu)度大于黃土〔3〕的構(gòu)度，說明粒度、密度、濕度一樣或相近的土構(gòu)造性并不一樣，反而可能存在很大的差異性，因為它們的內(nèi)部構(gòu)造不同；其次，黃土〔1〕和黃土〔3〕的構(gòu)度變化規(guī)律與一樣狀態(tài)下其壓縮模量的變化近似成正比關(guān)系，即壓縮模量大的土的構(gòu)度也比較大，壓縮模量小土的構(gòu)度跟著也小，這種規(guī)律并不是巧合，壓縮模量大的土，可壓縮性較低，說明構(gòu)造強(qiáng)度較大，即構(gòu)度較大。壓縮模量小的土，可壓縮性高，說明構(gòu)造強(qiáng)度較小，即構(gòu)度較小。還有，在粒度，密度一樣時隨著濕度狀態(tài)的變化，即隨著含水量的不斷增加，黃土〔1〕的構(gòu)度減小速率要大于黃土〔3〕的構(gòu)度較小速率。解釋為構(gòu)造強(qiáng)度大和可壓縮性低的土如黃土〔1〕在其一旦浸水甚至增濕是會發(fā)生強(qiáng)度大幅度驟降，這種驟降的幅度較構(gòu)造強(qiáng)度低及可壓縮性高的土如黃土〔3〕明顯，這就涉及到了黃土的另一個性質(zhì)水敏性的研究，在此不做詳細(xì)闡述。我們再來分析一下兩種土試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)的變化規(guī)律，可以看出，試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)在反映土初始構(gòu)造性方面也有著相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。但是由于試驗土樣在含水量較低如2%，5%是很難插入的，因此誤差就顯的相當(dāng)大，因此如果采用這種方法來反映土的初始構(gòu)造性，在試驗設(shè)施和技術(shù)方面應(yīng)該有一系列配套改良。構(gòu)度與、值的比照根據(jù)圖3-37、圖3-38、圖3-39的抗剪切強(qiáng)度曲線，根據(jù)土3-40確定出三種黃土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見下表，并與一樣條件下的土的構(gòu)度做以比照分析。如表3-2所示表3-2三種土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與構(gòu)度的比照土類干密度(g/cm2)液限〔%〕塑限〔%〕天然含水量〔%〕〔kPa〕〔°〕構(gòu)度黃土〔1〕1.354226187525.2312.974黃土〔2〕1.5833212.834044.338.072黃土〔3〕1.363925228419.045.55表3-2中黃土〔2〕的物理性質(zhì)明顯不同于其他兩種土體，因此我們的比照主要基于黃土〔1〕和黃土〔3〕?？梢钥闯觯狐S土〔1〕和黃土〔3〕在物理性質(zhì)相近的情況下，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)卻并不一樣，反映了土構(gòu)造性的不同。同時抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、值較大時，構(gòu)度也較大，說明構(gòu)度可以較好的反響土剪切過程中的強(qiáng)度變化特性。3.6本章小結(jié)對2.1節(jié)中所提出的土的構(gòu)度進(jìn)展試驗驗證，得出不同狀態(tài)下的構(gòu)度，并發(fā)現(xiàn)有良好的規(guī)律性。對2.2節(jié)中改良的試錐下沉量構(gòu)造性參數(shù)進(jìn)展進(jìn)一步的試驗驗證，發(fā)現(xiàn)可以合理反映土初始構(gòu)造性，但含水量較低時，試驗誤差較大。進(jìn)展側(cè)限壓縮試驗，得出壓縮模量的變化規(guī)律并與土的構(gòu)度進(jìn)展比照分析，發(fā)現(xiàn)二者之間有較好的正比關(guān)系。說明構(gòu)度在反映土壓縮性方面的合理性。進(jìn)展三軸固結(jié)排水剪切試驗得出抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、的變化規(guī)律，在與土的構(gòu)度進(jìn)展比照分析的過程中發(fā)現(xiàn)，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)高的土構(gòu)度較大，說明土的構(gòu)度也能合理反映土在抗剪性方面的合理性。4.結(jié)論與展望4.1結(jié)論土構(gòu)造性及其力學(xué)效果的定量評價是目前國內(nèi)外土力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)高度關(guān)注的問題之一。本文在