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自然氧化弱膨胀土的剪切破坏特征试验研究

南亚林 郭鸿 陈栋梁 陈文涛

南亚林,郭鸿,陈栋梁,等. 自然氧化弱膨胀土的剪切破坏特征试验研究[J]. 水利水运工程学报,2022(4):97-105. doi:  10.12170/20210624001
引用本文: 南亚林,郭鸿,陈栋梁,等. 自然氧化弱膨胀土的剪切破坏特征试验研究[J]. 水利水运工程学报,2022(4):97-105. doi:  10.12170/20210624001
(NAN Yalin, GUO Hong, CHEN Dongliang, et al. Experimental study on shear failure characteristics of weak expansive oxidized soil under atmospheric conditions[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 97-105. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210624001
Citation: (NAN Yalin, GUO Hong, CHEN Dongliang, et al. Experimental study on shear failure characteristics of weak expansive oxidized soil under atmospheric conditions[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 97-105. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210624001

自然氧化弱膨胀土的剪切破坏特征试验研究

doi: 10.12170/20210624001
基金项目: 陕西省重点研发计划项目(2019ZDLSF05-07,2020SF-430);信息产业部电子综合勘察研究院科研项目(2020-DKY-W02)
详细信息
    作者简介:

    南亚林(1970—),男,陕西渭南人,正高级工程师,主要从事岩土工程和地质工程研究。E-mail:nan.yalin@dky53.com

    通讯作者:

    郭 鸿(E-mail:hguo@snut.edu.cn

  • 中图分类号: TU41

Experimental study on shear failure characteristics of weak expansive oxidized soil under atmospheric conditions

  • 摘要: 膨胀土体材料在大气环境下自然氧化,其黏粒的化学成分、矿物组分和颗粒结构将发生变化。通过XRF成分检测及室内土工试验方法,研究了不同围压条件下原状土样与氧化土样的剪切变形破坏规律,用硬化系数量化分析了土样从压缩硬化过渡到压剪混合破坏模态的非线性软化特征。结果表明:原状土样氧化后抗剪指标有所增强,内摩擦角变化是抗剪强度增加的关键因素。原状土样和氧化土样的剪切破坏机制较为复杂,在试验设定加载条件下,可能发生鼓曲状压缩、硬化压缩、压剪混合或剪切滑移等各类破坏模态。硬化系数可对土样加载过程中的剪切应力应变关系曲线进行量化,体现压缩硬化向压剪混合及剪切软化破坏模态过渡的非线性变化特征。可为膨胀土氧化效应研究及其土体稳定性分析提供一定的理论参考。
  • 图  1  柳林弱膨胀土现场勘察取样

    Figure  1.  Field investigation and sampling of Liulin weak expansive soil

    图  2  柳林弱膨胀土氧化过渡及三轴试样制样

    Figure  2.  Oxidation transition state of Liulin weak expansive soil and preparation of triaxial sample

    图  3  原状土与氧化土颗粒分配曲线

    Figure  3.  Particle size distribution curve of undisturbed soil and oxidized soil

    图  4  不同围压条件下原状土与氧化土轴向应变曲线

    Figure  4.  Axial strain curves of undisturbed soil and oxidized soil under different confining pressures

    图  5  土体荷载与位移关系曲线

    Figure  5.  Relationship curve between soil load and displacement

    图  6  抗剪强度与正应力线性关系

    Figure  6.  Relationship between shear strength and normal stress

    图  7  初始切线模量、硬化系数与围压关系曲线

    Figure  7.  Relationship of initial tangent modulus, hardening coefficient and confining pressure

    图  8  硬化系数反演应力应变曲线

    Figure  8.  Inversion curve of shear strength and axial deformation by hardening coefficient

    表  1  柳林弱膨胀土与氧化土物理性质指标平均值

    Table  1.   Average values of physical indexes of Liulin expansive soil and oxidized clay

    土样含水率/%密度/(g·cm−3)干密度/(g·cm−3)液限/%塑限/%塑性指数自由膨胀率/%标准吸湿含水率/%
    原状样20.81.9041.576513021533.5
    氧化样118.91.8791.580573126483.1
    氧化样217.21.9291.645553025503.5
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    表  2  柳林弱膨胀土与氧化土黏粒的化学成分

    Table  2.   Chemical compositions of Liulin expansive soil and oxidized clay 单位:%

    土样黏粒化学成分及质量比
    MgOAl2O3SiO2P2O5K2OCaOTiO2MnOFe2O3ZnORb2OSrOZrO2
    原状样1.2014.5251.600.106.512.462.130.1820.900.060.090.100.14
    氧化样11.2213.4649.780.256.133.882.070.3322.460.110.120.16
    氧化样20.9115.0251.265.902.521.840.3921.670.080.110.110.19
      注:质量比为烘干(烘箱控温105~110 ℃)状态下,各黏粒化学成分的质量占比。
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    表  3  柳林弱膨胀土与氧化土最大主应力差及其均值

    Table  3.   Maximum principal stress difference and its mean value of Liulin expansive soil and oxidized soil 单位:kPa

    土样类别无侧限条件50 kPa围压100 kPa围压200 kPa围压
    主应力差均值主应力差均值主应力差均值主应力差均值
    原状土 191.0 193.0 222.1 224.7 278.1 290.9 344.9 370.8
    181.3 241.5 296.4 394.9
    206.4 210.4 298.2 372.6
    氧化样1 213.2 201.2 229.2 250.9 319.2 319.1 431.4 417.1
    197.1 268.5 303.8 430.1
    192.7 255.1 334.3 389.9
    氧化样2 184.1 198.9 218.1 234.8 304.3 299.2 386.9 385. 6
    204.9 254.3 298.5 364.7
    207.7 232.0 294.7 402.3
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  • [1] NELSON J D, MILLER D J. Expansive soils: problems and practice in foundation and pavement engineering[M]. New York: John Wiley, 1992.
    [2] ALDAOOD A, BOUASKER M, AL-MUKHTAR M. Impact of wetting–drying cycles on the microstructure and mechanical properties of lime-stabilized gypseous soils[J]. Engineering Geology, 2014, 174: 11-21. doi:  10.1016/j.enggeo.2014.03.002
    [3] FU J T, HU X S, LI X L, et al. Influences of soil moisture and salt content on loess shear strength in the Xining Basin, northeastern Qinghai-Tibet Plateau[J]. Journal of Mountain Science, 2019, 16(5): 1184-1197. doi:  10.1007/s11629-018-5206-9
    [4] 李进前, 王起才, 张戎令, 等. 膨胀土膨胀变形试验研究[J]. 水利水运工程学报,2019(1):60-66

    LI Jinqian, WANG Qicai, ZHANG Rongling, et al. Experimental study on expansion and deformation of expansive soil[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019(1): 60-66. (in Chinese)
    [5] 曾浩, 唐朝生, 刘昌黎, 等. 膨胀土干燥过程中收缩应力的测试与分析[J]. 岩土工程学报,2019,41(4):717-725

    ZENG Hao, TANG Chaosheng, LIU Changli, et al. Measurement and analysis of shrinkage stress of expansive soils during drying process[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2019, 41(4): 717-725. (in Chinese)
    [6] 庄心善, 赵汉文, 陶高梁, 等. 循环荷载下弱膨胀土累积变形与动强度特性试验研究[J]. 岩土力学,2020,41(10):3192-3200

    ZHUANG Xinshan, ZHAO Hanwen, TAO Gaoliang, et al. Accumulated deformation and dynamic strength properties of weak expansive soil under cyclic loading[J]. Rock and Soil Mechanics, 2020, 41(10): 3192-3200. (in Chinese)
    [7] 李晶晶, 孔令伟. 膨胀土卸荷蠕变特性及其非线性蠕变模型[J]. 岩土力学,2019,40(9):3465-3473

    LI Jingjing, KONG Lingwei. Creep properties of expansive soil under unloading stress and its nonlinear constitutive model[J]. Rock and Soil Mechanics, 2019, 40(9): 3465-3473. (in Chinese)
    [8] 方晓阳. 21世纪环境岩土工程展望[J]. 岩土工程学报,2000,22(1):1-11 doi:  10.3321/j.issn:1000-4548.2000.01.001

    FANG Xiaoyang. Environmental geotechnology-perspective in the 21st century[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2000, 22(1): 1-11. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-4548.2000.01.001
    [9] 张先伟, 孔令伟. 常温、常压、常态的大气环境下黏性土微观孔隙的缓慢变异特征[J]. 中国科学: 技术科学,2014,44(2):189-200 doi:  10.1360/092013-720

    ZHANG Xianwei, KONG Lingwei. Research on variability characteristics of micropore of Zhanjiang clay under ambient temperature and pressure, normal atmospheric[J]. Scientia Sinica: Technologica, 2014, 44(2): 189-200. (in Chinese) doi:  10.1360/092013-720
    [10] 柏立懂, 罗志华, 崔可锐, 等. 合徐高速北段膨胀土的物质组分及微结构研究[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版),2006,29(1):31-36

    BAI Lidong, LUO Zhihua, CUI Kerui, et al. Research on the composition and microstructure of expansive soils in the north section of Hefei-Xuzhou Expressway[J]. Journal of Hefei University of Technology, 2006, 29(1): 31-36. (in Chinese)
    [11] 朱兴华, 彭建兵, 同霄, 等. 黄土地区地质灾害链研究初探[J]. 工程地质学报,2017,25(1):117-122

    ZHU Xinghua, PENG Jianbing, TONG Xiao, et al. Preliminary research on geological disaster chains in loess area[J]. Journal of Engineering Geology, 2017, 25(1): 117-122. (in Chinese)
    [12] 薛翊国, 孔凡猛, 杨为民, 等. 川藏铁路沿线主要不良地质条件与工程地质问题[J]. 岩石力学与工程学报,2020,39(3):445-468

    XUE Yiguo, KONG Fanmeng, YANG Weimin, et al. Main unfavorable geological conditions and engineering geological problems along Sichuan-Tibet railway[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2020, 39(3): 445-468. (in Chinese)
    [13] LU Y F. Deformation and failure mechanism of slope in three dimensions[J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2015, 7(2): 109-119. doi:  10.1016/j.jrmge.2015.02.008
    [14] TU M Y, LU Y F, LIU D F. Study of mechanical properties of landslides in different stress state[J]. Materials Research Innovations, 2014, 18(Suppl2): S2-863-S2-868.
    [15] 朱慧. 主应力-应变全过程本构模型及位移求解研究[D]. 武汉: 湖北工业大学, 2019.

    ZHU Hui. Constitutive model and displacement solution for the whole process of principal stress-strain[D]. Wuhan: Hubei University of Technology, 2019. (in Chinese)
    [16] 杨洋. 膨胀土判别和膨胀潜势分类研究[D]. 武汉: 中国科学院武汉岩土力学研究所, 2005.

    YANG Yang. Study of distinguishing of expansive soils and classification of expansive potential[D]. Wuhan: Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, 2005. (in Chinese)
    [17] 赵中源, 马国. 土的三轴剪切试验及抗剪参数计算[J]. 工业技术创新,2019,6(4):66-70

    ZHAO Zhongyuan, MA Guo. Triaxial test and shear strength parameter calculation for soil[J]. Industrial Technology Innovation, 2019, 6(4): 66-70. (in Chinese)
    [18] 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(增刊2):28-33

    LONG Wanxue, CHEN Kaisheng, XIAO Tao, et al. Research of general triaxial test for unsaturated red clay[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009, 30(Suppl2): 28-33. (in Chinese)
  • [1] 崔子晏, 张凌凯.  北疆某工程膨胀土的力学特性及微观机制试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (): 1-10. doi: 10.12170/20211220006
    [2] 陈永, 黄英豪, 朱洵, 吴敏, 王硕, 朱锐.  冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究 . 水利水运工程学报, 2021, (5): 112-119. doi: 10.12170/20210116001
    [3] 胡江, 张吉康, 余梦雪, 马福恒, 肖文素.  深挖方膨胀土渠道边坡变形特征分析与预测 . 水利水运工程学报, 2021, (4): 1-9. doi: 10.12170/20201201001
    [4] 李进前, 王起才, 张戎令, 梁柯鑫, 李航辉, 刘爱仓.  膨胀土膨胀变形试验研究 . 水利水运工程学报, 2019, (1): 60-66. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.008
    [5] 饶云康, 丁瑜, 倪强, 许文年, 刘大翔, 张恒.  基于GA-BP神经网络的粗粒土渗透系数预测 . 水利水运工程学报, 2018, (6): 92-97. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.06.012
    [6] 李进前, 王起才, 张戎令, 张唐瑜, 王天双, 梁柯鑫.  膨胀土增湿过程中膨胀规律的试验研究 . 水利水运工程学报, 2018, (3): 86-94. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.012
    [7] 宋迎俊, 许雷, 鲁洋, 钱智宇, 张雨灼, 李剑萍.  基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究 . 水利水运工程学报, 2017, (2): 51-58. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.007
    [8] 任真, 余湘娟, 高磊.  纳米氧化镁改性黏土强度特性试验 . 水利水运工程学报, 2016, (5): 85-90.
    [9] 吴珺华, 杨松.  干湿循环下膨胀土裂隙发育与导电特性 . 水利水运工程学报, 2016, (1): 58-62.
    [10] 王俊杰, 卢孝志, 邱珍锋, 梁越.  粗粒土渗透系数影响因素试验研究 . 水利水运工程学报, 2013, (6): 16-20.
    [11] 王顺,李涛涛,王林,聂琼.  南阳压实膨胀土膨胀变形规律研究 . 水利水运工程学报, 2011, (3): -.
    [12] 钱文勋,张燕迟.  大坝混凝土早期热膨胀系数试验研究 . 水利水运工程学报, 2010, (3): -.
    [13] 章为民,王年香,顾行文,王芳.  膨胀土的膨胀模型 . 水利水运工程学报, 2010, (1): -.
    [14] 文畅平,何永延.  路基膨胀土判别和分类的属性测度模型 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 73-77.
    [15] 娄炎.  预压加固中软土固结系数的变化及分析 . 水利水运工程学报, 2006, (4): 46-50.
    [16] 王国利,陈生水,徐光明.  干湿循环下膨胀土边坡稳定性的离心模型试验 . 水利水运工程学报, 2005, (4): 6-10.
    [17] 沈珠江,米占宽.  膨胀土渠道边坡降雨入渗和变形耦合分析 . 水利水运工程学报, 2004, (3): 7-11.
    [18] 杨代泉,沈珠江.  非饱和土孔隙压力系数研究 . 水利水运工程学报, 1992, (3): -.
    [19] 王义锋,高明.  拱坝实验模态分析 . 水利水运工程学报, 1991, (1): -.
    [20] 李大梁.  低透水性土的渗透系数测定 . 水利水运工程学报, 1984, (3): -.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-24
  • 网络出版日期:  2022-06-14
  • 刊出日期:  2022-08-23

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