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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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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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