建筑结构位于边坡时对土体的试验研究

韩朝龙

中色科技股份有限公司 河南省洛阳市 471039

为了更加清楚地了解建筑结构位于边坡时非饱和土在天然状态下及不同降雨程度下的物理特性，本章将进行必要的试验研究，提取数据进行分析。

1 模拟不同含水率工况下的试验研究

1.1 试验项目

基于天然土体的试验研究，鉴于取土的时间是在冬季，是在某一时间断采集的试样，不能代表不同的季节和不同的时刻，例如在夏季雨水较多的时候，目前并不能取到夏季的试样进行试验，因此利用试验仪器调节不同饱和度的土体进行试验，利用公式进行数据换算，了解不同工况下非饱和土的力学性能，收集更多的资料。利用采集的代表性土样，按土层深度条件和地质单元划分后，进行自然状态下天然土体的各种试验，试验数据如表1所示。

表1 采集的基本试样的参数值

序号	环刀重	环刀+湿土	环刀体积	天然密度	铝盒号	盒重	盒+湿土	盒+干土	水	干土	含水率%
1	44.589	153.369	60	1.813	M	10.303	25.378	21.094	4.284	10.791	32.5
					E	10.735	27.255	22.527	4.728	11.792	40.1
2	43.696	152.176	60	1.808	M70	11.027	23.874	20.723	3.151	9.696	32.5
					M45	10.786	28.294	23.954	4.340	13.168	33.0
3	44.126	152.006	60	1.798	E55	11.069	28.275	23.615	4.660	12.546	37.1
					X59	10.837	30.795	25.384	5.411	14.547	37.2

1.2 不同含水率和饱和度的转换

通过试验配置出不同含水率的非饱和土体试样，再根据土力学试验公式，反算同类别试样的饱和度。根据公式(1-1)，将表2中非饱和土试样的含水率转化为饱和度，模拟并计算不同饱和度时的密度值。

(1-1)

在采集的十份非饱和土试样中，环刀的体积V=60cm³， ； ； ，将其代入公式1-1，通过公式换算，得到换算后的结果，如公式(1-2)：

(1-2)

根据上章节的比重实验，测得的该类非饱和土 =2.57。

由测试数据中得出，该类非饱和土体的平均密度是1.8g/cm³，假定取改试样的容积体积为V，则有m =m_w+m_s，m_w=1.8V- m_s，带入公式(1-2)，同时并假定不同的饱和度值，得到不同饱和度时的换算公式。

(1) 当非饱和土体中的饱和度为80%,经过计算得到：

(1-3a)

(2) 当松浦大桥岸坡非饱和土体中的饱和度为60%,经过计算得到：

(1-4a)

(3) 当松浦大桥岸坡非饱和土体中的饱和度为40%,

(1-5a)

通过以上的换算公式，计算出松浦大桥岸坡非饱和土体在不同的饱和度时，非饱和土的质量和土体中水的质量之间的关系，再分别进行直剪试验。

1.3 不同饱和度情况下非饱和土体试样的直剪试验

(1) 试样制作

将采集到的三份土试样烘干至含水率为零，按照上节讲述的步骤进行试验，在容器中制取 的非饱和土体，同时将饱和度分别控制在80%，60%，40%三种不同程度；然后再分别对每一种饱和度的非饱和土体进行环刀试验。得到试验参数值。

(2) 直剪试验

了解岸坡非饱和土体的基本参数后，将试样分为三组，进行不同饱和度下的非饱和土直剪试验：在不同大小的垂直压力下，施加水平剪应力进行剪切，得出试样破坏时的剪应力τ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数，内摩擦角和凝聚力。

① 采集到第一组非饱和土的饱和度以及试验数据为： =80%； =0.986； ，由直剪试验得到垂直压力和抗剪强度的关系值，如表5所示。

表5 饱和度为80%的非饱和土荷重和抗剪强度的关系

荷重级别P	100KPa	200KPa	300KPa	400KPa
抗剪强度	71.41	163.86	243.4	282.55

② 采集到第二组非饱和土的饱和度以及试验数据为： =60%； =0.982； ，由直剪试验得到垂直压力和抗剪强度的关系曲线，如表7所示。

表7 饱和度为80%的非饱和土P和抗剪强度的关系

荷重级别P	100KPa	200KPa	300KPa	400KPa
抗剪强度	71.41	163.86	243.4	282.55

③ 采集到第三组非饱和土的饱和度以及试验数据为： =40%； =0.982； ，由直剪试验得到垂直压力和抗剪强度的关系曲线，如表9所示。

表9 饱和度为40%的非饱和土P和抗剪强度的关系

荷重级别P	100KPa	200KPa	300KPa	400KPa
抗剪强度	71.41	163.86	243.4	282.55

2 本章小结

本章主要介绍非饱和土的力学实验，依据岩土试验规程完成试验设计，从边坡现场采集试样进行试验研究，主要内容如下：

(1) 本节详细介绍利用边坡非饱和天然土体进行了密度试验、比重试验、含水率试验和剪切试验四项试验，并分别对每个试验项目从取样采集、筛分记录、数据提取和结果分析均进行了详细的探讨。

(2) 在试验数据的基础上，通过饱和度与含水率的换算关系，本节设计了在不同饱和度条件下的非饱和土体试样的直剪试验。