饱和与非饱和膨胀岩剪切特性试验研究 (2013年)

为了研究膨胀岩的剪切强度特性,通过直剪与三轴试验对新疆某地区典型膨胀岩分别在非饱和状态与饱和状态下的强度参数进行研究,并对其在重塑后饱和状态下经不同剪切次数下的残余强度以及在不同干湿循环次数下的裂隙强度进行研究,研究发现小型直剪的摩擦角比中型直剪的摩擦角大,而粘聚力变化不大。饱和状态下的残余强度与裂隙充分饱和强度相差不大,故也可用其作为裂隙发育区的强度指标近似值。 ### 饱和与非饱和膨胀岩剪切特性试验研究 #### 一、研究背景与目的 本研究旨在深入探讨膨胀岩在不同含水状态下的剪切强度特性。膨胀岩是一种特殊的土质材料，因其遇水后体积显著增大而得名。这种特性使得膨胀岩在工程应用中具有很高的复杂性和挑战性，特别是在地基处理、边坡稳定等方面。因此，了解其在饱和与非饱和条件下的力学行为对于确保相关工程项目的成功实施至关重要。 #### 二、试验方法与过程 ##### 2.1 直剪试验 直剪试验是评估土壤剪切强度的经典方法之一。本研究采用了小型直剪和中型直剪两种不同的设备来测试新疆某地区典型膨胀岩样品。通过对比这两种设备得到的数据，可以分析不同尺寸的直剪仪器对结果的影响。 ##### 2.2 三轴试验 三轴试验则能够更准确地模拟实际工程条件下土壤的受力状态。在本研究中，同样对膨胀岩样品进行了非饱和状态和饱和状态下的三轴试验，以获取更为全面的强度参数。 #### 三、主要发现 1. **直剪试验结果比较：**研究发现，在相同的条件下，小型直剪试验测得的摩擦角比中型直剪试验的摩擦角大，而粘聚力的变化不大。这一结果提示，在选择实验设备时需考虑其对最终数据的影响。 2. **饱和与非饱和状态下的强度差异：**通过对同一膨胀岩样本在饱和与非饱和状态下进行对比试验，研究人员发现饱和状态下的强度参数与非饱和状态存在明显差异。这意味着在设计与施工过程中，必须根据具体的环境条件来确定合适的强度参数。 3. **残余强度与裂隙强度分析：**进一步地，研究还关注了重塑后饱和状态下经不同剪切次数下的残余强度以及在不同干湿循环次数下的裂隙强度。结果显示，饱和状态下的残余强度与裂隙充分饱和强度相差不大，这表明在某些情况下，可以将残余强度视为裂隙发育区的强度指标近似值。 #### 四、讨论与建议 基于上述研究结果，可以得出以下几点结论： 1. **直剪试验的适用性：**对于特定类型的膨胀岩而言，选择合适尺寸的直剪设备对于获得准确的摩擦角非常重要。小型直剪试验更适合于获取较高的摩擦角值。 2. **饱和状态下的强度变化：**饱和状态下的膨胀岩强度参数变化较大，这对于预测和控制膨胀岩边坡稳定性具有重要意义。因此，在设计工程结构时应充分考虑饱和条件下的强度参数。 3. **残余强度的应用：**残余强度作为裂隙发育区的强度指标近似值，可以在一定程度上简化设计流程。然而，在具体应用时还需要综合考虑多种因素，如干湿循环次数等，以确保安全性和可靠性。 #### 五、结论 通过对新疆某地区典型膨胀岩的直剪与三轴试验研究，我们获得了关于其在不同含水状态下的剪切强度特性的宝贵数据。这些发现不仅为理解膨胀岩的力学行为提供了理论支持，也为相关工程项目的规划与实施提供了重要的参考依据。未来的研究可以进一步探索不同地区膨胀岩的特性差异，以及更加复杂的环境条件对其力学性能的影响，以期提高工程实践中的预测精度和安全性。