岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 153-163.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0141

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

不同饱和度下膨胀土原位孔内剪切试验及强度响应特征

罗晓倩1, 2,孔令伟1, 2,鄢俊彪1, 2,高志傲1, 2,田升奎3   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071; 2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 桂林理工大学 广西岩土力学与工程重点实验室,广西 桂林 541004
  • 收稿日期:2023-02-12 接受日期:2023-05-17 出版日期:2024-01-10 发布日期:2024-01-10
  • 通讯作者: 孔令伟,男,1967年生,博士,研究员,博士生导师,主要从事特殊土的力学特性与灾害防治技术研究。E-mail: lwkong@whrsm.ac.cn E-mail:17839937419@163.com
  • 作者简介:罗晓倩,女,1996年生,博士研究生,主要从事膨胀土胀缩性−裂隙性互馈机制与原位力学响应方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(No.2019YFC1509901)。

In-situ borehole shear test and shear strength response characteristics of expansive soil under different saturations

LUO Xiao-qian1, 2, KONG Ling-wei1, 2, YAN Jun-biao1, 2, GAO Zhi-ao1, 2, TIAN Sheng-kui3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China
  • Received:2023-02-12 Accepted:2023-05-17 Online:2024-01-10 Published:2024-01-10
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key R&D Program of China (2019YFC1509901).

摘要: 膨胀土强度随饱和度变化显著,非饱和膨胀土的抗剪强度一直是研究膨胀土工程问题的关键。选取南阳市某高速路沿线边坡膨胀土为研究对象,进行了天然条件下处于不同饱和度状态的膨胀土原位孔内剪切试验,获得了自然条件下膨胀土的抗剪强度随饱和度的变化特征。膨胀土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着膨胀土饱和度的增大而逐渐减小。结合现场试验数据和土-水特征曲线,提出了以法向应力、饱和度为变量和以法向应力、基质吸力为变量的两种非饱和膨胀土的抗剪强度计算模型,并结合试验数据对计算模型的适用性进行了验证。与之前常用的非饱和土抗剪强度计算模型相比较,提出的两种计算模型所需的拟合参数少,适用于更宽吸力范围、不同法向应力条件下非饱和膨胀土抗剪强度的计算,且结果更为准确。

关键词: 非饱和膨胀土, 饱和度, 孔内剪切试验, 抗剪强度, 基质吸力, 计算模型

Abstract: The strength of expansive soil undergoes significant changes with saturation, and understanding the shear strength of unsaturated expansive soil is crucial for studying engineering problems related to this type of soil. This paper focuses on the expansive soil found along a highway in Nanyang City. In-situ borehole shear tests are conducted on the expansive soil under different saturation levels in its natural state, providing insights into the shear strength characteristics of expansive soil under natural conditions. The results show that as the saturation of expansive soil increases, the shear strength, cohesion, and internal friction angle gradually decrease. To calculate the shear strength of unsaturated expansive soil, two models are proposed in this study. The first model considers normal stress and saturation as variables, while the second model incorporates normal stress and matrix suction as variables. These models are developed based on field test data and the soil-water characteristic curve. The accuracy and applicability of the models are verified using the test data. Compared to commonly used shear strength calculation models for unsaturated soils, the two new models require fewer fitting parameters. They are applicable to calculating the shear strength of unsaturated expansive soils with a wider range of suctions and different normal stresses. Additionally, the results obtained using these models are more accurate.

Key words: unsaturated expansive soil, saturation, borehole shear test, shear strength, matrix suction, calculation model

中图分类号: 

  • TU411
[1] 张季如, 陈敬鑫, 王 磊, 彭伟珂. 三轴剪切过程中排水条件对钙质砂颗粒破碎、变形和强度特性的影响[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 375-384.
[2] 王文东, 邓华锋, 李建林, 冯云杰, 李冠野, 齐豫, . 基于有效受剪面积的节理面吻合度量化方法研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 249-258.
[3] 黎亚舟, 李森, . 桶式基础沉贯阻力系数的理论研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 443-448.
[4] 朱建民, 郑建国, 于永堂, 蔡晶, 夏辉, . 新型电控式钻孔剪切仪的研制及测试验证[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 687-697.
[5] 王磊, 张睿, 杨栋, 康志勤, 张鹏宇, . 实时高温富有机质页岩变角剪切力学特性及应变场演化研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2579-2592.
[6] 周恩全, 姚缘, 崔磊, 王龙. 非饱和橡胶粉土抗剪强度特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1949-1958.
[7] 范雷, 余美万, 邬爱清, 向前. 层间错动带水力耦合抗剪强度特性演化规律研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1959-1970.
[8] 祁妍敏, 汪淼, 章定文, 林文丽, . 甲基叔丁基醚污染黏土的Archie电阻率模型修正方法[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1719-1728.
[9] 张延杰, 何萌, 宋萌, 曹立, 赵海涛, 李梅. 富水砂卵石地层力学特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1739-1747.
[10] 李宏儒, 梁恒楠, . 不同胶结剂人工结构性黄土的力学特性差异研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1416-1424.
[11] 赵煜鑫, 李旭, 林森, 王逍萌, . 广吸力范围内一种改进的非饱和土抗剪强度模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 990-1000.
[12] 陈曦. 基于方向性粗糙度参数的节理峰值抗剪 强度理论模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1075-1088.
[13] 文少杰, 郑文杰, 胡文乐, . 铅污染对黄土宏观持水性能和微观结构演化的影响研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 451-460.
[14] 郑思维, 胡明鉴, 霍玉龙, 黎宇, . 盐溶液环境下钙质砂渗透性影响因素分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(12): 3522-3530.
[15] 赵煜鑫, 李 旭, 赵红芬, 刘 艳. 宽饱和度范围非饱和土抗剪强度指标的演化模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2809-2820.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .