泥浆固结黏性土收缩与压缩对比试验研究

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黏性土吸水膨胀、失水收缩、受压体缩、卸荷体胀,水分蒸发导致的土体收缩与外部应力导致的土体压缩是黏性土体积变化的主要部分,对土体收缩与压缩行为的深入研究具有重要的理论意义与应用价值。以1.5倍液限制备Wyoming膨润土、宁明膨胀土、荆门黄褐色膨胀土、Denver膨润土、Denver黏土岩、荆门棕褐色膨胀土、信阳黏土、武汉黏土、三门峡粉质黏土、郑州粉土、煅烧高岭土泥浆固结样,开展11种黏性土、4种初始状态荆门黄褐色膨胀土收缩试验,获得其收缩曲线SSC(Soil Shrinkage Curve)及缩限,采用3种经典SSC模型进行数学描述;开展11种黏性土、4种初始状态荆门黄褐色膨胀土高压固结试验(0~4000 k Pa),获得其一维压缩曲线1DCL(One Dimensional Compression Line)与一维卸荷曲线,探讨压缩指数、回弹指数与液限、塑限、塑性指数之间的关系;开展同一初始状态荆门黄褐色膨胀土收缩与压缩行为对比分析,对于同一孔隙比,一方面获得其1DCL对应有效应力,另一方面获得其SSC对应含水率并基于土水特征曲线将含水率换算为吸力,从而获得收缩过程中土样吸力与有效应力间的对应关系。结论如下:(1)基于土的基本体积-质量关系提出了一种缩限(土体收缩至体积不变时的含水率)确定方法,该方法获得的缩限比规范方法小,更符合缩限物理意义。9种黏土缩限ws与风干含水率w0正相关(ws=1.04w0),风干含水率低于缩限,表明试样收缩变形完成后仍可脱湿,收缩过程中体积变化与持水状态变化并不同步。初始状态仅对结构收缩阶段有影响,比例、残余、零收缩阶段的e-w关系具有唯一性。Gould e-w模型、彭新华e-θ模型、陈盼e-θ模型均可较好描述不同土样、不同初始状态下土的收缩行为。郑州粉土、煅烧高岭土SSC无法采用传统试验方法获取。(2)获得7种重塑黏土压缩与回弹指数,并换算为剑桥模型参数:对数硬化模量λ与等向膨胀指数κ,与文献中武汉黏土λ与κ实测结果对比验证了参数有效性,从而为相应数值分析提供较为可靠的参数选取依据。4种初始状态下荆门黄褐色膨胀土固结试验结果表明:初始状态仅影响先期固结压力之前的部分,超出先期固结压力之后,压缩过程e-p关系具有唯一性。郑州粉土、煅烧高岭土e-p关系不具唯一性,表现出无黏性土变形特征。(3)基于有效应力原理,由荆门黄褐色膨胀土等孔隙比条件下收缩过程吸力与压缩过程有效应力,获得收缩过程有效应力参数χ,χ与收缩过程中的w有很好的相关性,χ=0.016w(R2=0.93),已有文献表明该土样由非饱和抗剪强度试验获得的χ=0.005w(R2=0.78),这说明非饱和体变与非饱和强度状况下吸力转化为有效应力的效率(χ)有较大差别,而前者转化效率更高。
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