土力学摘要5

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土力学摘要5

2024-07-14 17:06| 来源: 网络整理| 查看: 265

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对土进行压实操作,可以减少其孔隙。这样可以使土强度更高、减少沉降(settlement)、渗透性变低、降低液化(liquefaction)的可能、减轻风化腐蚀等。

实验室常用Proctor试验(中文可称“普氏试验”)研究粘性土的压实性能。(本文研究对象为粘性土,即部分细泥沙及粘土。下文不再赘述。粗粒土的压实性质与之不同,但本系列文章略去不提。)

标准普氏试验中(standard Proctor test),人们将土样分三次(每次加入量基本相同)装入一定大小(具体数值此处略;下文标准锤重、能量等亦略)的圆柱形容器中。每次加入土后用标准锤击打25次以提供能量。最后取压实的土样测量其重度,然后烤干其水分测量干重。通过二者的关系可以计算土的含水量。

对于不同含水量的土,进行标准普氏试验(提供的能量相同)最终所得干重不同。压实土样干重与含水量的关系如下图所示:

图1 击实曲线

所得图线称为粘性土的击实曲线(compaction curve)。土中横轴为含水量(ω);纵轴为击实后的干密度。

我们先看标为“פרוקטור”的曲线,它为上文所述的标准普氏试验所得曲线。可以看出图线存在峰值,即存在一个所谓“最佳含水量”ωopt(imal),这个含水量的土用“标准能量”压实后所得干密度最大;而原土太干或太湿都不利于压实。其中机理为:少量水有助于润滑土颗粒使得它们的相对移动较为容易,因此施加一定能量较易被压实;但若水过多则会封住土体气孔,土中气不易被排出,反而难被压实。

图中“מודיפייד”线表示改良(modified)普氏试验的结果。从唯结果论来说,改良与标准普氏试验的区别在于前者施加的能量是后者的4.5倍。这是为了模拟近年来工程压实设备的改良。由图可见,相比标准试验,改良试验获得了更大的干重;同时图线峰值左移,亦即ωopt下降。这是一个普遍规律,即施加能量越大这两条效应越明显。

位于两条曲线的右侧有一条类似两线包络线的曲线,它叫做饱和线(saturation line)。其上每点表示若土体中的气体被完全压出(S=1),该含水量下最终所得干密度γd,max。其数值可用如下公式计算:

由于试验中不可能将土中空气完全排出,饱和线所示的干密度总是大于实际所得,因此饱和线一定位于“试验线”的右/上侧。

如果我们将许多不同能量的试验线的峰值连结,所得曲线大致与饱和线平行。

如果土落在ωopt的湿侧,土会呈分散结构(详见系列文章第1篇)。如果土过于湿或施加的能量过大(对于施加能量过大的土,如果含水量够大也相当于落在ωopt的湿侧),则土的表现将会类似粘性流体;干侧则为絮凝结构。

实际工程中的土体标准一般要求ω落在普氏试验所得ωopt的一定范围内(如-1%--+3%)且干重至少为γd(ωopt所对应的干重)的一定比例内(如>=95%)。

实际工程常采用以下方法测定土的干重及含水量:

图2 “沙锥”(sand cone)法

人们从地上挖出土样,用如图所示的沙锥法测定挖出土的体积:测量使用多少沙子(密度已知)刚好填坑,并根据“沙缸”当中沙子重量的减少计算坑,亦即挖出土的体积。根据挖出土的重量等,可以计算土的干重及含水量。

参考资料:

以色列理工学院“גאומכניקה”内容;

杨百翰大学“Elementary Soil Mechanics”内容。



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