搜档网
当前位置:搜档网 › 黄土的物理力学性质

黄土的物理力学性质

黄土的物理力学性质
黄土的物理力学性质

黄土的物理力学性质

§2-1 黄土的物理性质

试验用黄土采用甘肃兰(州)海(石湾)高速公路工程现场扰动土,其物理性质主要由它的物理性质指标来体现,其物理性质指标主要有:孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。

由于黄土的生成与存在条件比较特殊,它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。一般黄土中存在肉眼易见的孔隙,这些孔隙多为铅直圆孔,这类孔隙通称为大孔隙。大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小,大孔隙多的黄土湿陷程度大;反之则小。

试验所用黄土的天然含水量很低,一般在10%以下。含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量,而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。

黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。为了得到该黄土的物理性质,我们根据《公路土工试验规程》(JTJ 051-93)的要求,分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定,测定结果如表2-1所示。

黄土的物理性质表2-1

一.主要成分分析

组成黄土的矿物约有60种,其中轻矿物(d﹤0.005mm)含量占粗矿物(d﹥0.005mm)总量的90%以上。黄土中粘土矿物(d﹤0.005mm)以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用,显示出不同的亲水性,故粘土矿物的成分和比例,在某种程度上体现了黄土的湿陷性。

水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切,直接影响着黄土的工程性质。

水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。易溶盐(氧化物,硫酸镁和碳酸钠)极易溶于水或与水发生作用。它的含量直接影响到黄土的湿陷性。

中溶盐(石膏为主)的存在状态决定其与水的作用情况。以固体结晶形态存在时,溶解性小,但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时,易溶解,在这种情况下,会对黄土的湿陷性有一定的影响。

难溶盐(碳酸钙为主)在黄土中既起骨架作用,又起胶结作用,这取决于其赋存的状态。当碳

酸钙遇到CO

2和H

2

CO

3

时溶解,溶解后的阴离子与颗粒表面的阳离子发生交换。当碳酸钙呈现固体结

晶状时,是土体骨架的一部分。当它以薄膜状分布或与粘土一起构成次生团粒时,起胶结作用。一般来说,碳酸钙的含量大时,土的强度高。

黄土中的有机质表面能大,持水性强,它以聚集于大孔孔壁或分散于粘粒中形态存在,当其呈分散分布时,构成土的胶结成分,受水浸湿时,会吸收大量水分,而使土崩解。

二.颗粒组成

一般黄土的颗粒组成有两个特点,即小于0.25mm颗粒占绝大多数,且以粉粒(0.005~0.05)为主。用乙种比重计法对本文试验所用的土质进行颗粒分析,其颗粒分析结果见表2-2。

黄土颗粒组成表2-2

三.压实黄土的微观结构特性

原状黄土是自然历史的产物,它是在一定历史时期内经过了各种复杂作用后形成的,而压实黄土是利用人为的方法,将原状黄土经过粉碎,过筛,加水重塑,击实而成,因此,击实后的黄土改变了土的原始结构,具有独特的结构特征。

公路工程中的路基一般为压实土,为了进一步了解路基土体的结构,下面我们就介绍压实黄土的微结构特性。

黄土的结构性是指黄土的骨架颗粒成份、形态、排列方式、空隙特征、胶结物种类以及胶结程度等对黄土的工程性质的影响,组成原状黄土颗粒的成份主要是单个的粉粒和由粘胶微细碎屑胶结成的集粒,除此之外,还有少数片状和棒状颗粒.这些单个的颗粒和集粒一般是颗粒间点接触,但也有少数的面胶结接触方式.黄土中的空隙包括根洞、虫孔、裂隙之类的大空隙,骨架颗粒相互支架构成的中空隙;以及粘粒间的空隙,和存在于土体内起骨架作用的集粒内的空隙构成黄土中的微空隙。黄土中颗粒的胶结物一般为碳酸钙,石膏为集粒内部的胶结物。

1.骨架颗粒的接触关系

在扫描电镜下观察,黄土由结构单元(单矿物、集合体和凝块)、胶结物(粘粒、有机质和碳酸钙)和空隙(大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙和粒内孔隙)三部分组成。从空间结构体系的力学强度和稳定性角度分析,构成黄土结构体系的支柱是骨架颗粒。骨架颗粒形态表征传力性能和变形性能,其连接方式直接影响着黄土结构体系的胶结强度。黄土的骨架颗粒主要是大于0.005mm的碎屑颗粒。骨架颗粒的存在状态及相互关系决定着黄土的工程性质,如:黄土的湿陷性和压缩性。

压实黄土的骨架颗粒的接触关系主要有三种,即镶嵌接触、支架接触和分散分布。这三种接触关系的分配比例随黄土的压实度和含水量的变化而变化。

镶嵌接触是指骨架颗粒相互交叉,紧密堆积,呈犬牙交错的镶嵌状,形成缝隙粒间的小孔隙,其接触形式为点-面、线-面和面-面,故接触面积较大。支架接触是指骨架颗粒松散堆积,往往形

成粒间的大孔隙,其接触形式为点-点、点-线和点-面,故接触面积较小。分散分布是指矿物颗粒间基本上互不接触,呈分散状。

2.骨架颗粒的连接方式

黄土中骨架颗粒的连结是控制土体强度和工程性质的主要因素之一,它是通过粘粒物质的胶结作用来实现的。在扫描镜下观察,土体的骨架颗粒存在三种连结形式,即小桥连结、焊接连结和嵌埋状连结。小桥连结是由颗粒较大的骨架间接触形成的一种特殊小桥状态,这种连结因含粘结相较少,故其间的化学键力和重力很微弱,它的强度主要来源于外部压力所产生的有效应力。焊接连结是因粘结相含量较多,在颗粒接触处聚集着较多的胶结材料,对骨架颗粒起着焊接作用,这种连接强度一般较牢固。骨架颗粒被粘结相包围,粒间连结完全靠粘结相,这形成了嵌埋状连结,其连结强度由粘结相的连结强度决定,故这种连结强度最大。

3.黄土的孔隙

黄土中的孔隙类型和分布情况是影响土体工程性质的又一主要因素。原状土的孔隙率一般比较大,经过压实后,土的孔隙所占比例会有所减小。根据孔隙的大小、形状及与骨架颗粒排列的方式,土中孔隙可分为大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙和粒内孔隙。架空孔隙是由一定数量的骨架颗粒松散堆积,相互支架构成的孔隙,该孔隙较大,连通性好,易透水,故该类型的孔隙直接影响着土的湿陷、压缩等性质。粒间孔隙是指颗粒交错排列所形成的缝隙,该孔隙较稳定。大孔隙是由碳酸钙胶结形成的空隙,结构稳定。

从有关试验中发现,不管压实度多大,孔隙总是存在,但在一定含水量条件下,压实度越大,孔隙所占体积比例有所减小。

§2-2 黄土的主要力学特性

一.原状黄土的力学性质

原状黄土的力学性质主要包括压缩性、湿陷性和抗剪强度。

1.压缩性

压缩性是在外荷作用下,地基土产生的压缩变形的大小。

现在,一般应用压缩系数α、压缩模量E

s 、压缩指数C

c

等作为压缩性

质指标。

α=(e

1﹣e

2

)/(p

2

﹣p

1

) (2-1)

E s =(1+e

1

)/α (2-2)

式中,p

2、p

1

——荷载(Kpa);

e 1、e

2

——分别为在荷载p

1

、p

2

作用下,压缩稳定后的孔隙比。

2.湿陷性

黄土的湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性。为了反映黄土湿陷程度的大小,我国采用湿陷系数δ

s

来体现湿陷变形的特性。

湿陷系数δs 是单位厚度土体在土自重压力或自重压力与附加压力共同作用下受水浸湿后所产

生的湿陷量。 0'0'1e e e h h h p p p

p s +-=-=δ (2-3)

式中,h p —土样在压力p 作用时下沉稳定后的高度(cm )。

h p ′—土样在压力p 作用稳定后的土样,在浸水作用下,下沉稳定后的高度(cm)。

h p —土样原始高度(cm )。

e p —土样在压力p 作用时下沉稳定后的孔隙比。

e p ′—土样在压力p 作用稳定后的土样,在浸水作用下,下沉稳定后的孔隙比。

e 0—土样原始空隙比。

湿陷系数的大小反映了黄土对水的敏感程度。湿陷系数越大,表示土受水浸湿后的湿陷量越大,因而对工程的危害性也越大。目前,常采用的试验方法有单线法和双线法。

3.抗剪强度

土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。

在工程中,一般应用饱和土的强度理论公式,即库仑理论。

τf =c+σtg ψ (2-4)

式中,τf —剪应力(kpa );

σ—法向应力(kpa );

c —土的粘聚力(kpa );

ψ—土的内摩擦角。

土的抗剪强度是一个受诸多因素控制的指标,迄今为止,库仑理论仍然是描述其特性的最为合理的实用理论。压实黄土路基填土,其饱和度多数在65%~80%之间,实际上仍处于非饱和状态,严格意义上应采用非饱和土的强度理论。

非饱和土的抗剪强度可用独立的应力状态变量来表示。已经证明应力状态变量(σ-Ua )和(σ-Uw )是实际应用最有利的组合,也可用(σ-Ua )和(Ua -Uw )两个应力变量来表示。其表达式分别如下:

b f w a f a f ff u u u

c φφστtan )(tan )(-+'-+'= (2-5)

φφστ''-+'-+'=tan )(tan )(f w a f w f ff u u u c (2-6)

式中,τff —破坏时土的抗剪强度;

c ˊ—有效粘聚力,莫尔-库仑破坏包线的延伸与剪应力轴的截距;

φˊ—与净法向应力状态变量(σ-Ua )f 有关的有效的内摩擦角;

φb —抗剪强度随基质吸力(Ua -Uw )f 而增加的速率;

φ′′—与基质吸力和应力状态变量有关的摩擦角;

(σ-Ua )f —破坏时在破坏面上的净法向应力;

(Ua-Uw)

f

—破坏时在破坏面上的基质吸力;

(σ

f -Uw)

f

—破坏时在破坏面上与孔隙水压力有关的净法向应力;

σ

f

—破坏时在破坏面上的总应力;

Ua—破坏时在破坏面上的孔隙气压力;

Uw—破坏时在破坏面上的孔隙水压力。

二.压实度对黄土力学性质的影响

为了改善天然土的工程性质,在工程中常采用压实的方法使土颗粒重新排列压实变密,以获得新的结构强度。在实际施工时,路基的压实度有时达不到95%的规范要求。而对于压实土,压实度的大小对其力学性质有很大的影响。

按照《公路土工试验规程》要求,将土样风干、碾压、过筛后,按最佳含水量(12%)将土击实成压实度75%,80%,85%,90%,95%的土样,进行土的固结、湿陷试验。

1.压缩性

由图2-1可看出压缩模量随压实度变化的规律,即压实度增大,压缩模量也增大,这是因为压实度越大,对土体施加的机械功就大,从而使土粒间的孔隙变小,可压缩性减小。

2.湿陷性

由试验数据整理得图2-2。由图可知,湿陷系数随压实度的递增而递减。当压实度约82%时,湿陷系数为0.0015,压实度大于90%时,其湿陷系数变化很小,其值基本接近于0,即可认为无湿陷性。

黄土中存在四种孔隙,即架空孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙和大孔隙,研究表明,黄土的湿陷性主要由架空孔隙造成的。压实度增大,使得孔隙所占土体的体积比减小,虽密度指标不能直接反映架空孔隙的值,但在总孔隙率减小的同时,架空孔隙也会减小。

由于路基压实度的分区,要求路基压实度大于91%,因此我们可粗略地认为该段路基无湿陷性。

3.抗剪强度

按《公路土工试验规程》要求,将土样配制成最佳含水量,分别做成压实度85%、90%、95%和100%四种,让试样分别在压力为0.1M pa、0.3Mpa、0.5Mpa下固结,然后以0.6mm/min的速率进行直接剪切试验。将试验结果进行整理,其结果如图2-3~图2-5所示。

由图2-3可知:随着压实度的增大,内摩擦角呈线性增加,其关系比较明显。这是因为压实度越大,土粒间越密实,颗粒相互运动时的摩擦就越大。

在同一压实度条件下,最佳含水量除外,含水量小时,内摩擦角大,其原因是含水量小时,土粒周围的水膜相对较薄,润滑作用小,从而使得内摩擦角大。以最佳含水量为界,当含水量大于最佳含水量时,压实度对内摩擦角的影响比小于最佳含水量时大,在最佳含水量下,外力能使土达到它的最大干密度,而其它的含水量条件下,密度较小,故同一压实度下,最佳含水量的土样孔隙率最小,压实度的变化对内摩擦角的影响最大,含水量大于最佳含水量时,土粒间的结合水膜较厚,润滑作用大,故内摩擦角较小,随压实度的增大,土粒间距减小,结合水膜的厚度变化不大,只是自由水增多,所以随着压实度的逐渐增加对内摩擦角的影响逐渐减小。

由图2-4可见:粘聚力随压实度的增大而增加,压实度增大,土粒间的距离减小,粒间引力增大,故粘聚力增加。

抗剪强度是内摩擦角与粘聚力的综合反映,根据前面的试验结果,得出抗剪强度与压实度之间的关系,结果见图2-5。抗剪强度与压实度之间的关系比较明显,其总的变化趋势是抗剪强度随着压实度的增大而增大。

图2-3 压实度与内摩擦角间的关系

图2-4 粘聚力与压实度的关系

图2-5 抗剪强度与压实度的关系

从以上试验结果分析得出:提高压实度有利于降低黄土的湿陷性、减小土的可压缩性和提高土的强度,因此,在实际工程中,可通过提高压实度来达到改善土的工程性质的目的。

§2-3 压实黄土中水的存在形态

水是黄土的物质组成之一,土中水的存在形态有结合水、自由水、固态水和气态水。不同形态的水,在一定条件下会相互转化,并对土的性质起着重要的作用。因固态水和气态水存在条件有限,故在此,主要介绍结合水和自由水。

1.结合水

吸附在土颗粒表面的水为结合水。这部分水所占水量一般不变,可视为土颗粒的一部分,结合水受土粒表面引力的控制,故不服从静水力学的规律。水分子愈靠近土粒表面,所受其引力愈大;反之,愈小,根据引力的强弱,结合水又分为强结合水和弱结合水。

据有关研究表明,压力和温度对结合水形态的转化有着很大的影响。当压力增大时,能使部分吸附结合水向渗透结合水转化,渗透结合水向自由水转化。对饱和粘土加压,当压力低于1Mpa时,自由水排出,压力增加至3Mpa时,渗透结合水渗出,当压力增至10Mpa时,部分吸附结合水压出。当温度为55~70℃时,部分吸附结合水转化为自由水;当温度达到80~90℃时,部分弱结合水排出;温度升高到200℃时,绝大部分强结合水排出土体。

2.自由水

不受土颗粒引力作用的水为自由水。自由水受重力控制,能流动和传递静水压力。根据是否受表面张力的作用,自由水又分为毛细水和重力水。重力水连续存在于土的孔隙中。毛细水在土骨架孔隙内分布不连续,由于表面张力的作用,毛细水会沿着土的孔隙上升,故毛细水对公路路基的干湿状态及冻害有重要的影响。

§2-4 黄土的渗透性

一.黄土的渗透性特征

黄土的渗透性,是黄土的重要工程性质之一,许多工程如湿陷性黄土地基的湿陷变形大小和湿陷变形速度,灌溉水渠和水库的渗漏量、挡水坝和水坠坝等的渗流稳定性、给排水设计以及人工降低地下水位,黄土地区的公路路基的湿化水毁等都同黄土的渗透性密切相关。但是,由于影响黄土渗透性的因素很多(土粒性质、形状和级配、土的孔隙比、结构、裂隙、层理、饱和度以及水的粘

滞性等),对于不同成岩类型的黄土,其影响程度又不相同,同一地区不同地段,黄土的渗透系数

都有很大的差异。因而到目前为止,对黄土渗透性的研究远远不适应工程实际的需要。

黄土的渗透性与其他土质相同,均以单位水力梯度作用下的渗流速度即渗透系数来表示。

目前测定黄土渗透系数有室内和野外两类方法

1.室内常水头和变水头试验

2.为了获得地基和黄土建筑物的渗透性在野外进行试验,常用双环法、抽水法和模型试验。由于很多因素影响渗透性,目前室内渗透试验同黄土的实际渗透情况又有很大的差距,因而常会得到不能令人满意的试验结果。由于土样质量和测试方法等不同,实践表明,现场试验结果总是大于室内试验成果。对同一种黄土室内外试验结果可相差达几百倍,而且室内试验总是偏小。由于野外双环法比较简单,试验结果又接近实际,故是一种接近实际的试验方法。

二.黄土渗透性的一般规律

1.黄土中有垂直管状大孔隙,所以黄土的渗透性具有明显的各向异性的性质,垂直向渗透性远比水平向渗透性强,大孔隙俞发育,其差值俞大,二者的比值一般在2~10范围内。作为公路路基的压实黄土和浸水湿陷后的黄土,由于天然结构已经破坏,则两个方向的渗透性逐渐接近。故天然状态黄土渗透试验的水流方向,应同工程实际的渗流方向一致

2.天然状态黄土的渗透系数K

10

与孔隙比e之间无明显的关系,压实后的黄土,由于消除了黄

土中分布不均的大孔隙,则K

10

值随e的减小而减小,其关系是非线性的,一般成对数函数关系。 3.黄土的渗透性与其颗粒组成和结构特征有密切关系。陕西、陇东、陕北的黄土的颗粒较粗,微观结构多呈粒状、架空接触状态,因而渗透性较大。河南豫西地区黄土颗粒较细,微观结构多呈凝块、镶嵌胶结状态,因而渗透性较小;关中地区黄土颗粒组成及结构特征介于二者之间。这就表明颗粒组成和结构特征对渗透性有明显的影响。黄河中游地区自西向东和自北向南,黄土的渗透系数亦由大变小。

4.当密度相同时,天然状态黄土的渗透性较击实黄土的渗透性强,这是由于天然状态黄土中存在着大孔隙,而水在大孔隙中流动时阻力较小的缘故。

5.湿陷性黄土,在湿陷发生和发展的过程中,由于土的结构状态发生了变化,因而渗透系数也发生了变化,即逐渐减小。根据苏联安德鲁欣的野外试验,天然状态的湿陷性黄土,其渗透系数为0.212m/d;湿陷稳定后的渗透系数为0.069m/d,较前者小3倍左右;一般来说,非湿陷性黄土的渗透性均小于湿陷性黄土的渗透性。

6.天然状态黄土的含水量少,由于土处于三相状态,所以水在黄土中开始入渗时,渗透系数

K

10

值较大,随着渗透时间的增长而逐渐降低,最后接近稳定渗流。黄土的初始含水量对渗透性有

一定的影响,初始含水量愈大,K

10值愈小,当初始含水量达到某一定数值时K

10

值便趋于稳定。

7.关于黄土渗透系数的讨论

影响黄土渗透系数的因素很多如孔隙比、颗粒组成、粘粒含量、结构特征等,还有大量的垂直孔洞,因之黄土的渗透系数变化幅度较大,垂直与水平方向也有较大的差异,二者的比值约计在4.7~37.5倍。再者室内试验由于土样与仪器侧壁接触不紧,在测定过程中,开始与终了的渗透系数也有很大的差异,所以关于黄土的渗透系数以现场测定较能符合实际。

三.压实度对黄土入渗性的影响

黄土中含水量的变化取决于大气降水的入渗情况,压实黄土路基由于通过机械压实改变了黄土层的原始结构,使颗粒进行了重新排列,孔隙率降低。因此,雨水在地表的入渗是有限的,同时降雨时雨水向黄土中的入渗通常受到雨滴拍打形成的雨壳的阻碍。黄土表层这些特殊作用的效果是进一步降低雨水的入渗能力,从而增加表面流。通过以下的试验结果我们也可以看到这种情况。

1.试验方法

入渗试验是在西北农林科技大学水土保持研究所的黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室内进行的。所用黄土为扰动土,分别按照压实度为80%、83%、85%、88%、91%进行入渗试验。

按照不同的压实度要求,根据相对应的干密度分别计算装土量,然后装入试验所用的容器内,由于试验设备的限制,压实度最高只能达到91%。装土高度为7.5cm ,水头高度为10cm 。根据入渗量的大小每隔一定的时间读取入渗量。根据公式HTA

LQ Ks ?=计算土样的饱和导水率。 2.压实度与入渗量的关系

从图2-6~图2-10中可看出,不同压实度情况下,入渗量随着时间的增大,各自的增长速度有所不同。在同一时间内,压实度为80%时,入渗量的增长最快;依次为83%、85%、88%;压实度为91%时,增长最慢。这是因为压实度增大,土颗粒间的孔隙减小,导水率和扩散度减弱,从而致使水分运动和气体的排出更为困难。

图2-6 压实度80%的入渗时间与累计入渗量的关系

图2-7 压实度83%的入渗时间与累计入渗量的关系

图2-8 压实度85%的入渗时间与累计入渗量的关系

图2-9 压实度88%的入渗时间与累计入渗量的关系

图2-10 压实度91%的入渗时间与累计入渗量的关系

由图2-6~图2-10分析可知,尽管随着路基压实度的增加入渗量减少,但它们有一个共同的变化规律,就是随着入渗时间的增长,入渗量在以增函数形式上升,这一点也说明,只要土颗粒间存在孔隙和外界有水源的供应,入渗量就会随着时间的增长而增大。根据实验资料分析,发现土的压实度和初始含水量对入渗率有较大的影响。压实度大时,土的入渗率较小,并且入渗率很快趋于稳定;当压实度在95%附近时,入渗率显著降低,当压实度为100%时,入渗率很小,可认为几乎不入渗。这是由于压实度大,粒间孔隙小,因而导水率和扩散率均小,不利于水分运动和气体的排出,故入渗率降低。

3.压实度与饱和导水率的关系

从图2-11可以看出,压实黄土的饱和导水率随着压实度的增加而减小。当压实度达到91%的时候,其饱和导水率为0.000014cm/min 。其数值已经很小了,也就是说,当压实度达到一定的值时,其饱和导水率对水分入渗的影响已经很弱了,因此对路基内部的水分迁移研究就要从非饱和土的导水参数结合水分势能以及水分动力学方程来进行。

图2-11 压实度与饱和导水率的关系

§2-4 本章小结

压实度的变化影响着黄土的力学性质和入渗性能。就目前黄土地区的高速公路建设的实际情况,引起破坏的原因是多方面的。就本章的计算分析情况,可得出如下结论:1.提高压实度有利于降低黄土的湿陷性、减小土的可压缩性和提高土的强度。

2.不同压实度情况下,入渗量随着时间的增大,各自的增长速度有所不同。在同一时间内,入渗量随压实度的增加而减小。

3.压实黄土的饱和导水率随着压实度的增加而减小,当压实度达到一定的值时,其饱和导水率对水分入渗的影响已经很弱了。

常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下: ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G (7.2) 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5,因为计算的K 值将会非常的高,偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计),然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性(实验室值)(Goodman,1980) 表7.1 土的弹性特性值(实验室值)(Das,1980) 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况,横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量:E 1, E 3, ν12,ν13和G 13;正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数(实验室) 表7.3

流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ,如果土粒是可压缩的,则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态(见理论篇第三章流体-固体相互作用分析),则尽量要用比较低的K f ,不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小,并且,力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ,渗透系数k 以及K f 有如下关系: ' f f k K n t ∝ ? (7.3) 对于可变形流体(多数课本中都是将流体设定为不可压缩的)我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν (7.4) 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中,' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数,单位和速度单位一样(如米/秒) f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例,我么可以将K f 的值从其实际值(Pa 9 102?)减少,利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率(见1.7节流动与力学的相互作用)。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值,则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大,则压缩过程就慢,但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中,孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气,从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下,饱和体积模量为: n K K K f u + = (7.5) 不排水的泊松比为:

水泥物理力学性能试题及答案

水泥物理力学性能试验试题 一)填空题 1、水泥取样可连续取,亦可从(20)个以上不同部位取等量样品,总量至少(12Kg) 2、水泥胶砂试块质量比,水泥:ISO标准砂:水等于(1 : 3 : 0.5 ) 3、水泥胶砂强度试验方法采用尺寸(40mm*40mm*160n)m棱柱体试块的水泥抗压强度和抗折强度 4、达到试验龄期时将试块从水中取出用潮湿棉布覆盖先进行(抗折强度)试验,折断后每截再进行(抗压强度)试验 5、试验室室内空气(温度)和(相对湿度)以及养护池水的(水温)在工作期间每天至少记录一次 6、养护箱的温度与相对湿度至少每4h 记录一次,在自动控制的情况下记录次数酌情减至一天记录(二次)。 7、水泥胶砂振实台为了防止外部振动影响振实效果,需要在整个混凝土基座下放一层厚约 (5mm)天然橡胶弹性衬垫。 8、水泥抗折试验以(50±10N/S )的速率均匀加荷,直至破坏。 9、制备胶砂后立即进行成型。用勺子将胶砂分(二层)装入试模,装第一层时,每个槽约放 300g,用大播料器垂直模套顶部沿着每个槽来回一次播平,接着振实(60 )次。再装入第二层,用小播料器播平,再振实(60)次。 10、试体龄期是从(水泥加水搅拌)开始试验时算起。 11、雷氏夹受力弹性应符合要求。当一根指针的根部先悬挂在尼龙丝上,另一根指针的根部再挂上(300g)质量的砝码时,两根指针针尖的距离增加应在(17.5 ± 2.5mm)范围内,并且去掉砝码后针尖的距离能恢复至挂砝码前的状态。 12、由(水泥全部加入水中)至终凝状态的时间为水泥的初凝时间,用什么单位(min )表示。 13、水泥安定性试验每个样品需成型(两)个试件 14、当两个试件煮后增加距离(C-A)的平均值大于(5.0)mm寸,应用同一样品立即重做一次试验,以复检结果为准

土的力学性质

土的力学性质 土的力学性质 土的力学性质是指土在外力作用下所表现的性质,主要包括压应力作用下体积缩小的压缩性和在剪应力作用下抵抗剪切破坏的抗剪性,.其次是在动荷作用下所表现的一些性质。第一节土的压缩性. 一、土压缩变形的特点与机理 土的压缩性指土在压力作用下体积压缩变小的性能。土受压后体积缩小是土中固、液、气三相组成部分中的各部分体积减小的结果(主要是气体、水分挤出、土粒相互移动靠拢的结果)。 二、压缩试验压缩定律试验方法 : 室内现场据压缩条件: 无侧向膨胀(有侧限)试验有侧向膨胀(无侧限)试验主要是室内无侧向膨胀压缩试验 土的无侧向膨胀压缩试验是先用金属环刀切取土样,然后将土样连同环刀一起放入压缩仪内,由于土样受环刀和护环等刚性护壁约束,在压缩过程中只能发生竖向压缩,不可能发生侧向膨胀.。 试验时,通过加荷装臵将压力均匀地施加到土样上,压力由小到大逐级增加,每级压力待压缩稳定后,再施加下一级压力,土的压缩量可通过微表观测,并据每级压力下的稳定变形量,计算出与各级压力相应的稳定孔隙比。 若试验前试样的截面积为A,土样原始高度为h0,原始孔隙比e0, 当加压P1后土样压缩量为△h1,土样高度由h0减小到h1=h0-△h ,相应孔隙比由e0变为e1. 由于土样压缩时不可能产生侧向膨胀,故压缩前后横截面积不变,加压过程中土的体积是不变的.即: A h0/(1+e0)=A(h0-△h1)(1+ e1) e1=e0-△h1/h0(H e0) 通过试验,求的各级压力Pi作用下,土样压缩性稳定后相应的孔隙比ei,以纵坐标表示孔隙比e, 横坐标表示压力ρ。据压缩试验数据,可绘制出孔隙比与压力的关系曲线------压缩曲线。

黄土特性

黄土特性 黄土或黄土状土是一种多孔隙、弱胶结的第四纪沉积物。我国黄土分布广范,6.6% 的国土面积被黄土覆盖,黄土主要分布在我国中西部地区,其中以西北地区的黄土地层 最厚,最完整。黄土具有颜色淡黄至褐黄、大孔隙、结构疏松、具直立节理(破坏时能 保持直壁)、常含有盐类(主要为碳酸盐与硫酸盐)、成分均匀无层理和遇水具有湿陷性等 显著特点。 3.1.1典型物理化学性质 黄土的颗粒粒径大部分为0.25~以下,主要以粉粒(0.05~0.005~)为主,含量多大于50%,一般土颗粒粒径大小在0.002一200~之间。黄土的粘粒部分(<0.005~)基本上由粘土矿物组成,如蒙脱石、高岭石、绿高岭石和水云母。根据粘土矿物的含量百分比,可将黄土分为蒙脱石黄土、蒙脱石一高岭石黄土和蒙脱石一水云母黄土。粘土矿物成分和比例在某种程度上体现着黄土的湿陷性,因为各种粘土矿物的亲水性不同。如高岭石和水云母等能促使黄土湿陷的发生与发展,而蒙脱石、绿高岭石和水云母等具有特殊的膨胀性,可以阻止湿陷过程的发展。 黄土粉细砂粒部分(0.1一0.05~),其矿物同水不起作用,不影响湿陷过程。在粗粒造岩矿物中,石英、长石和碳酸盐含量较大,对湿陷性无重大影响,而细散粘粒对湿陷过程起重大积极作用,因其具有大的比表面积,会使黄土膨胀、收缩或湿陷,具有不同的力学性质,如压缩、强度等。粉粒在黄土颗粒组成中占绝对优势,而粒径为0.05~0.01~粗粉粒含量最大,一般在50%~60%范围,其浸水活动性也最强。因此有人认为粉粒含量>70%者为重粉质黄土,50%一70%者为中粉质黄土,<50%者为轻粉质黄土。随着浸水,其团粒破坏特征亦不同,所表现的湿陷性亦不同。主要成分:黄土中轻矿物含量占矿物总含量的90%一%%,主要由石英、长石和云母等组成;黄土中的重矿物含量较少,含量在4%~10%之间;黄土的物理力学性质主要由粘土矿物(伊犁石)的多少来决定。而一般土中的粘土与粗矿物成分所占的比例并无规律,或大或小。 化学性质:黄土中的化学成份主要为A12O3和5102,二者含量占总量的60%,其他化学成分还有CaO、Feo和FeZO等。一般土中的这些化学组成并无规律。微观结构:黄上由结构单元(单矿物、集合体和凝块)、胶结物(粘粒、有机质和CaCO3)和空隙(大孔隙、架空孔隙和粒间孔隙等)三部分组成,它表明从空间结构体系的力学强度和稳定性角度分析,构成黄土结构体系的支柱是骨架颗粒。骨架颗粒形态表征传力性能和变形性质,骨架颗粒的连接形式直接影响土结构体系的胶结强度,骨架颗粒的排列方式决定结构体系的稳定性。而一般土的微观结构则表现为单粒结构、片架结构和片堆结构等形式。 3.1.2物理力学性质 黄上物理力学性质的特殊性表现为压密性、振陷性和湿陷性这三个方面。黄土在动 静荷载及浸水后,均可引起振陷变形、湿陷变形和压密变形,振陷变形与湿陷变形分别以振动和浸湿作为诱发因素,使黄土的结构破坏而发生附加湿陷,有时则表现为黄土液化。黄土的湿陷性变形具有突变性、不可逆性和非连续性。黄土与其他一般土相同,一定压应力作用下黄土会出现弹性变形、压密变形、塑性变形和蠕变变形。对于经振动压实后的黄土其性质与一般土有明显的不同,其主要表现为: 1、湿陷性。压实黄土的湿陷性,随干容重和压实功的减小而增大,随含水量增加 而减小。 2、饱和度、渗透性和压缩性。压实黄土的基本性质因含水量的不同而有很大区别, 表现为:其饱和度随含水量的增大而显著减小;渗透系数在最佳含水量附近有一个峰值; 当含水量稍大于最佳含水量时,土体随含水量的增加压缩性显著减小,土体的稳定性也因水份增加而减弱。

红粘土的物理性与力学性质的探讨

红粘土的物理性与力学性质的探讨 发表时间:2019-03-07T13:44:01.157Z 来源:《建筑学研究前沿》2018年第33期作者:刘军 [导读] 本文通过相关实验研究和相关工程数据分析了红粘土的物理性和力学性质,以供相关人员进行参考。 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司 摘要:红粘土分布在我国各地,是几大特殊土之一,随着我国社会经济的不断发展,人们的生活水平也在不断提高,红粘土也逐渐应用于各类项目的建设中,研究和分析红粘土的物理性和力学性质就显得尤为重要,更好地了解其物理性和力学性质能够提高其应用程度和项目的建设质量。本文通过相关实验研究和相关工程数据分析了红粘土的物理性和力学性质,以供相关人员进行参考。 关键词:红粘土;物理性;力学性质;对比分析 引言:红粘土具有极高的使用价值,在工程的建设中被广泛应用,所以,研究和分析红粘土的物理性和力学性质有着十分重要的意义,对工程的建设和发展也存在着积极的影响,能够正确高效地解决在工程建设中出现的问题。 1.基本物理性质 红粘土由不同的矿物成分和化学成分组成,有其独特的结构特征,这些方面都决定了红粘土的物理性质。红粘土分布在我国全国各地,不同区域的红土化程度也存在差异,因此其物理性质也有所不同。通过对比不同地区红粘土的指标,可以看出红粘土的特性和不同之处。 对比的土样样品,一些是使用相关取土设备进行的直接取样;一些是通过取土器在钻孔中取得。取样的深度是1.5米-8.0米,样品颜色均为褐红色、棕红色,呈细小颗粒。通过符合相关标准的试验,以上红粘土的物理性质和各项指标如下表所示: 以上表格的绘制和建立,对诸多与红粘土试验相关的资料进行了参考和结合应用,根据以上数据表明,红粘土中天然含水率较高,孔隙比较大,当红粘土处于硬塑状态时压缩性较低,抗剪强度也较大,比一般粘土承载力相对高一些;当红粘土处于可塑状态时,压缩性变大,

土的物理力学性质

光泽反应 光泽反应是指用小刀切开稍湿的土,并用小刀抹土面,看土面是否呈现光泽。可分为:有光泽和无光泽两种。高液限的粘性土通常有光泽,而低液限粘性土(或粉质土)通常无光泽反应。 土的结构描述: 粒状结构,野外表现很密实状,显微镜下呈粒状紧密连接; 蜂窝状结构,野外表现很松散,显微镜下显蜂窝状; 环状结构,显微镜下显环状结构。 关键是在野外怎么判别?而且土的结构与哪些土有较密切关联性。 另外分别说出各类土的结构对工程力学性质有什么影响,就是说通过土的结构可以推断出土的大概力学物理性质吗?大家畅言 常见的土结构有以下三种: 1、单粒结构(particle structure)或(single-grained structure) 粗颗粒土,如卵石、砂等。 2、蜂窝结构(boneycomb structure) 当土颗粒较细(粒级在0.02~0.002mm范围),在水中单个下沉,碰到已沉积的土粒,由于土粒之间的分子吸力大于颗粒自重,则正常土粒被吸引不再下沉,形成很大孔隙的蜂窝状结构。 3、絮状结构(flocculent structure) 粒径小于0.005mm的粘土颗粒,在水中长期悬浮并在水中运动时,形成小链环状的土集粒而下沉。这种小链环碰到另一小链环被吸引,形成大链环状的絮状结构,此种结构在海积粘土中常见。

上述三种结构中,以密实的单粒结构土的工程性质最好,蜂窝状其次,絮状结构最差。后两种结构土,如因振动破坏天然结构,则强度低,压缩性大,不可用作天然地基。 二、土的构造 同一土层中,土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。觉见的有下列几种: 1.层状构造 土层由不同颜色,不同粒径的土组成层理,平原地区的层理通常为水平层理。 层状构造是细粒土的一个重要特征。 2.分散构造: 土层中土粒分布均匀,性质相近,如砂,卵石层为分散构造。 3.结核状构造 在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核,如含礓石的粉质粘土,含砾石的冰碛土等。其工程性质取决于细粒土部分。 4.裂隙状构造 土体中有很多不连续的小裂隙,有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。裂隙强度低,渗透性高,工程性质差。

水泥土物理力学性质试验研究

水泥土物理力学性质试验研究 Water soil physical and mechanical properties of the experimental research 摘要:基于山东省济菏高速公路软基加固试验资料的分析,探讨了水泥土的物理力学性能及其变化规律。结果表明,影响水泥土抗压强度的主要因素有水泥掺量、龄期和含水率,水泥土抗压强度随水泥掺量的增大而增大,两者呈幂函数关系,随龄期的增长而增大,随土样含水率的增加而迅速降低。其应力-应变关系呈非线性关系,表现为弹塑性材料的性质。另外水泥土的压缩系数随水泥掺量的增加而减小,变形模量、抗拉强度和抗剪强度都随抗压强度的增大而增大。 关键词:水泥土;强度;变形;水泥掺量;龄期;含水率 Abstract: based on the shandong province He highway has soft foundation reinforcement test data analysis, probes into the soil water of physical and mechanical performance and the changing laws. The results showed that soil water influence the compressive strength of cement content is the main factors, and moisture content of cement, water the compressive strength of the cement soil with the mixed quantity increases, both a power function relation between, along with the growth of the age increases with the increase of the moisture content of the soil sample lowers quickly. The nonlinear stress-strain relationship, for the performance of the elastic-plastic material properties. In addition of cement-treated soil cement mixed quantity compression coefficient with the increase and decrease, elastic modulus, tensile strength and shear strength as the compressive strength increases. Keywords: water soil; Strength; Deformation; Cement mixed quantity; ); Moisture content 1引言 济菏高速公路地处黄河下游东部黄泛冲积平原,沿线为第四纪覆盖区,出露地层主要为第四纪粉土、粘性土、砂土等,厚度150m-400m。根据野外地质钻探及室内土工试验等勘察资料综合分析,部分路段属于软土地基需进行加固处理,经多方案比较,决定采用水泥土搅拌法。水泥土搅拌法是加固软弱地基的一种新型技术,是以水泥作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和水泥强制搅拌,利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基[1]。目前这项技术的发展仅经历三十年,无论从加固机理到设计计算方法或者施工工艺均存在有待完善的地方,有些还处于半理论半经验的状态,再加上施工的隐蔽性,因此对水泥土进行室内试验研究是保证地基加固效果的重要途径。本文结合济菏高速公路工程水泥土搅拌法软基加固实例,通过室内试验,探讨水泥土的物理力学性能及其变化规律,为高速公路软土地基加固提供理论依据。 1、Introduction

湿陷性黄土的压实度及含水率对力学性质的影响 康烨

湿陷性黄土的压实度及含水率对力学性质的影响康烨 摘要:为研究非饱和湿陷性黄土的工程力学性质,评估黄土隧道基底稳定性, 通过相关试验,分析了黄土作为隧道基底的基本物理力学性质,研究了不同压实度、含水率条件下黄土的强度与变形特性。研究表明:湿陷性黄土易于压实,压实后空气容积率接近黏性土的空气体积率,残余变形能得到有效控制。最优含水率条件下,压实度k≥0.95的黄土变形呈软化特征;k≤0.93的黄土,围压较低时,变形为软化型;围压较高时,变形为硬化型。围压越高,含水率越大,压实系数越小,则试样塑性越明显。黄土的内摩擦角、粘聚力与压实度正相关,与含水率负相关,可用y=A ln(x)+B较精确的拟合。 关键词:湿陷性黄土;强度;变形;密实度;含水率;隧道桩土复合基底;极限强度 Effects of water content and compaction coefficient on mechanical behaviors of collapsed loess KANG Ye RAILWAY ENGINEERING CONSULTING GROUP CO.,LTD.,Beijing 100055 Abstract:In order to study the engineering mechanics behavior of unsaturated collapsible loess and to evaluate stability of loess tunnel base, the basic physic-mechanical properties of loess were analyzed in the experiments, the strength and deformation behaviors of disturbed loess with different water content and compaction coefficient were studied. Conclusions indicate the loess is easy to compacted, compacted loess has the same volume ratio of air with cohesive soil, and residual deformation can be contained. For specimens at optimum water compactness higher than 95%, the deformation character is softening. For specimens at optimum water compactness lower than 93%, the deformation character is softening in the case of low confining pressure, however it is hardening in the case of high confining pressure. For specimen with higher water content, higher confining pressure and lower compactness, the plastic deformation is more significant. There is positive correlation between internal friction angle, cohesionand degree of compaction, but negative correlation between internal friction angle, cohesion and water content. And the relationship can be fitted with y=A ln(x)+B. Key words:collapsed loess; deformation; strength; water content; compactness; tunnel composite substrate 1 引言 黄土是指粒径介于粘土与细砂之间,范围为>0.005毫米~<0.05毫米的陆相黄色粉砂质土状堆积物,其颗粒之间结合不紧,孔隙度一般在40%~50%。其颗粒 组成以粉粒为主,其含量可以达50%以上。在我国,湿陷性黄土主要分布在北纬30°~48°间自西而东的条形地带上,面积约64万平方公里,其中山西、陕西、甘肃等省,是典型的湿陷性黄土分布区。 我国黄土覆盖地区广,占全国土地面积的6%,工程建设不可避免的要在湿陷性黄土地基上进行。工程实践表明,湿陷性黄土具有特殊的工程性质及遇水湿陷性,从而导致湿陷性黄土地基出现各种各样的工程问题。 本文鉴于郑西客专及其他黄土区隧道基底所出现的地基不均匀沉降、坍塌和陷穴等工程病害,以新建大准至朔黄铁路联络线项目工程柳条山隧道基底湿陷性黄土为研究对象,通过室内击实与三轴试验,分析研究了湿陷性黄土的隧道基底

不同时代黄土物理力学性质

(一)Q3均质浅黄色湿陷性黄土与Q2红橙色无湿陷性老黄土基本物理力学性质 Q3均质浅黄色湿陷性黄土(即马兰黄土)与Q2红橙色无湿陷性老黄土(即离石黄土上部)的基本物理力学性质 两类黄土间在物理力学性质上的差别,以及在水平方向的变化规律: (1)Q2红橙色无湿陷性老黄土的强度和干容重较Q3均质浅黄色湿陷性新黄土大;而孔隙度则较小。 (2)Q2红橙色无湿陷性老黄土的粘土颗粒含量较Q3均质浅黄色湿陷性新黄土多,而砂粒的含量则较少。 (3)Q2红橙色无湿陷性老黄土液限和塑性指数一般较Q3均质浅黄色湿陷性黄土大。 (4)由北向南,两类黄土的砂粒含量逐渐减少;粉粒和粘粒含量增加。 (5)由北向南,两类黄土的液限和塑性指数逐渐增加。 (6)由北向南,Q3均质浅黄色湿陷性新黄土的强度有所增加;Q2红橙色无湿陷性老黄土的强度变化不大。 可以根据干容重、孔隙度、无侧阻抗压强度,粘粒和砂粒的含量等方面的差别,用来鉴别两类黄土。通常, (1)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土的干容重小于1.4g/cm3,多在1.3g/cm3左右,Q2红橙色无湿陷性老黄土的干容重大于1.4g/cm3,甚至可达到1.6g/cm3。

(2)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土层孔隙度一般大于50%,甚至可达到65%;Q2红橙色无湿陷性老黄土层一般小于50%,多在45%左右。 (3)Q3均质浅黄色湿陷性新黄上层无侧限强度小于1公斤/厘米2,多在0.6公斤/厘米2左右,Q2红橙色无湿陷性老黄土层大于1公斤/厘米2,甚至可达2.5公斤/厘米2。(注:1公斤/厘米2=98Kpa) (4)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土层粘粒(<0.005毫米)含量一般小于20%;Q2红橙色无湿陷性老黄土层粘粒含量一般大于20%。(而砂粒含量有时见反常现象,故不可作为鉴别两类黄土的依据)。 (二)新近堆积黄土物理力学性质的特点 (1)从全国湿陷性黄土地区的平均统计数值上看,新近堆积黄土和其他类型湿陷性黄土的各项物理力学性质指标基本上相差不太大。 (2)小范围的地区或场地上新近堆积黄土的物理力学性质与其相邻近的其他类型湿陷性黄土的物理力学性质可能有差异性,有时两者相差较大。 (3)新近堆积黄土的物理力学性质比较复杂,变化较大。它的某些指标表现为极不均匀、稳定性差。 (三)新近堆积黄土各项物理力学性质的特征 1.比重:新近堆积黄土的比重和其他类型湿陷性黄土一样,变化不大,一般在2.68~2.74之间。

钙质砂物理力学性质试验中的一些问题

岩石力学与工程学报 CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING 1999年 第18卷 第2期 Volume18 No.2 1999 钙质砂物理力学性质试验中的几个问题* 刘崇权 汪 稔 吴新生 摘要 钙质砂微观结构和变形机理与陆源砂不同,需采用适用于其特征的试验技术。对钙质砂的土粒比重、孔隙比的测量方法、三轴剪切制样技术、颗粒破碎的评价及强度取值方法进行了探讨。 关键词 钙质砂, 物理力学性质试验 分类号 TU411.3 SOME PROBLEMS FOR THE TESTS OF PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF CALCAREOUS SAND Liu Chongquan1 Wang Ren1 Wu Xinsheng2 (1Institute of Rock and Soil Mechanics, The Chinese Acad emy of Sciences, Wuhan  430071) (2Long gang Real Estate Compary, Shenzhen 518000) Abstract The micro-structure and mechanism of deformation of calcareous sand are different from that of terrogenious sand. It is necessary to use new experiment technique to fit its characters. The methods are disscussed for measuring grain specific gravity and void ratio, preparing sample for triaxial test, evaluating particle crushing and estimating soil strength. Key words calcareous sand, tests of physico-mechanical properties 1 前 言 钙质砂是一种含CaCo3达50%以上的海洋生物成因的特殊土。钙质砂从微观结构上看,棱角度高,粒间孔隙度大,有内孔隙,这些内孔隙或相互联通,或成为盲孔,使常规试样饱和技术很难达到95%以上的饱和度。又由于矿物硬度低,颗粒粗糙度大,使试样在加载剪切过程中,颗粒破碎与剪胀耦合作用,表现出特殊的应力-应变关系及强度特征。为了对其物理力学性质进行详细的研究,必须有一整套适用于其特性的试验技术。本文对钙质砂的土粒比重、孔隙比的测量方法、三轴剪切制样技术、颗粒破碎的评价及强度取值方法进行了探讨。

黄土的物理力学性质

黄土的物理力学性质 §2-1 黄土的物理性质 试验用黄土采用甘肃兰(州)海(石湾)高速公路工程现场扰动土,其物理性质主要由它的物理性质指标来体现,其物理性质指标主要有:孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。 由于黄土的生成与存在条件比较特殊,它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。一般黄土中存在肉眼易见的孔隙,这些孔隙多为铅直圆孔,这类孔隙通称为大孔隙。大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小,大孔隙多的黄土湿陷程度大;反之则小。 试验所用黄土的天然含水量很低,一般在10%以下。含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量,而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。 黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。为了得到该黄土的物理性质,我们根据《公路土工试验规程》(JTJ 051-93)的要求,分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定,测定结果如表2-1所示。 一.主要成分分析 组成黄土的矿物约有60种,其中轻矿物(d﹤0.005mm)含量占粗矿物(d ﹥0.005mm)总量的90%以上。黄土中粘土矿物(d﹤0.005mm)以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用,显示出不同的亲水性,故粘土矿物的成分和比例,在某种程度上体现了黄土的湿陷性。 水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切,直接影响着黄土的工程性质。

水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。易溶盐(氧化物,硫酸镁和碳酸钠)极易溶于水或与水发生作用。它的含量直接影响到黄土的湿陷性。 中溶盐(石膏为主)的存在状态决定其与水的作用情况。以固体结晶形态存在时,溶解性小,但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时,易溶解,在这种情况下,会对黄土的湿陷性有一定的影响。 难溶盐(碳酸钙为主)在黄土中既起骨架作用,又起胶结作用,这取决于其赋存的状态。当碳酸钙遇到CO2和H2CO3时溶解,溶解后的阴离子与颗粒表面的阳离子发生交换。当碳酸钙呈现固体结晶状时,是土体骨架的一部分。当它以薄膜状分布或与粘土一起构成次生团粒时,起胶结作用。一般来说,碳酸钙的含量大时,土的强度高。 黄土中的有机质表面能大,持水性强,它以聚集于大孔孔壁或分散于粘粒中形态存在,当其呈分散分布时,构成土的胶结成分,受水浸湿时,会吸收大量水分,而使土崩解。 二.颗粒组成 一般黄土的颗粒组成有两个特点,即小于0.25mm颗粒占绝大多数,且以粉粒(0.005~0.05)为主。用乙种比重计法对本文试验所用的土质进行颗粒分析,其颗粒分析结果见表2-2。 三.压实黄土的微观结构特性 原状黄土是自然历史的产物,它是在一定历史时期内经过了各种复杂作用后形成的,而压实黄土是利用人为的方法,将原状黄土经过粉碎,过筛,加水重塑,击实而成,因此,击实后的黄土改变了土的原始结构,具有独特的结构特征。 公路工程中的路基一般为压实土,为了进一步了解路基土体的结构,下面我们就介绍压实黄土的微结构特性。

水泥物理力学性能试验试题 答案

广西永正工程质量检测有限公司 一、水泥物理力学性能试验试题 姓名:员工编号:成绩: (一)填空题 1、六大通用水泥:硅酸盐水泥代号P·Ⅰ和 P·Ⅱ;普通硅酸盐水泥代号P·O;矿渣硅酸盐水泥代号P·S;火山灰质硅酸盐水泥代号P·P;粉煤灰硅酸盐水泥代号P·F;复合硅酸盐水泥代号P·C。 2、目前应用最新水泥细度检验方法国家标准号为GB/T1345-2005。 3、水泥试验筛每使用100次后需重新标定,水泥细度试验使用的天平最小分度值应不大于。 4、水泥细度试验时,80μm筛析试验称取试样25g,45μm筛析试验称取试样10g,筛析试验是负压范围4000~6000Pa,开动筛析仪连续筛析2min。 5、试验筛的清洗,每使用10次要进行清洗。 6、当SO2、MgO、初凝时间,安定性中有一项不符合要求,判定该批水泥为废品。不合格品包括:细度、终凝时间、混合掺量超标、强度不够、包装标志中水泥品种、强度等级生产者名称和出厂编号不全,还包括不溶物和烧失量。

7、细度:硅酸盐水泥比表面积>300m2/㎏,普通水泥80um方孔筛余不得超过%。凝结时间:六类水泥初凝都不得早于45min,终凝除硅酸盐水泥不得迟于,其他水泥不得迟于10h。 8、水泥物检(软炼)常规项目:标准稠度用水量、细度、安定性、凝结时间、胶砂强度。 9、试验室温温度(20±2)℃相对湿度≥50% 每一天记一次。每个养护池只养护同类型的水泥试件,不允许养护期间全部换水。 10、凝结时间:初凝时间判定(4±1)㎜,终凝时间㎜没有留下痕迹,临近初凝每隔5min测定一次临近终凝每隔15min测定一次。 11、安定性:雷氏夹法(标准法),雷氏夹安定性检验时应采用宽约10mm的小刀捣插,试件养护时间为24h±2h,沸煮时间为30min±5min ,恒沸时间为3h±5min。 12、安定性用试饼法试验时,以试饼无裂无弯曲判定是否合格,一个不合格则全部不合格。试件养护时间为24h±2h,沸煮时间为30min±5min ,恒沸时间为3h±5min。 13、标准稠度用水量:以试杆沉入净浆距底板(6±1)㎜的水泥净浆为标准稠度净浆,其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量用 P 表示,按水泥质量的百分比计。另外:试杆法(标准法)试锥法(代用法)。在测定标准稠度用水量S时,整个操作应在搅拌后内完成。 14、细度试验筛应用标准粉进行修正,修正系数C=F S/Ft, 修正系数超出的试验筛不能使用,水泥样筛余百分数结果修正按F C=C·F计算。

软粘土物理力学特点分析

软粘土物理力学特点分析 1前言 当前,开发和利用沿海滩涂资源实行的围垦工程成为解决我国沿海地 区用地紧张、推动区域进展的重要战略之一。近年来,沿海地区围垦 工程表现逐步向深水、低涂、超软地基进展的特点[1]。沿海地区 多有深厚的淤泥、淤泥质软土层,这类软土一般具有高含水量、高压 缩性、低渗透性、低抗剪强度、显著的结构性与流变性等特点,这些 基本特性对工程会产生潜在的不利影响,其中以土体的结构性最甚。 沈珠江院士早已指出粘性土结构性问题研究的重要性[2]。吕海波 与汪稔等[3-4]对琼州海峡南北港防波堤区软土的结构性实行了 初步的机理分析。研究结构性土的物理、力学性质指标及其相关性对 于土体特性的判定、工程特性的分析及其为工程提供可靠的设计参数 具有重要的有用价值。通过指标间的相关性分析,利用常规的土性参 数预测变形与强度参数也有一定的工程价值[6]。不过当前对结构 性粘土物理力学性质指标的变化规律及其相关性的研究并不多见[7]。所以,有必要对结构性存有条件下软粘土的物理、力学性质 指标及其相关性展开统计分析。 浙江漩门三期围垦工程是至今该省最大的围垦工程,总围垦面积45.3km2。实体工程位于玉环县楚门半岛与玉环岛之间的漩门港湾,海堤总长5314m。本试验重点研究最长的中段珠港海堤范围 内的深厚淤泥质软土的物理力学特性,珠港海堤地基主要由Ⅰ层淤泥 夹粉土、Ⅱ层淤泥、Ⅲ层淤泥质粉质粘土、Ⅳ层粘土夹粉细砂等组成。本研究钻探取样位置选择在海堤建筑影响范围外(编号BZK),取 土最大深度为59.8m,所取土样主要为Ⅱ、Ⅲ层,兼有部分Ⅰ层。3土层的物理力学特性指标 根据研究内容,我们设计了相关的室内试验方案,实行基本物理性质 试验,同时还实行了一维固结试验与无侧限抗压强度试验。以上试验 的操作方法均按照《土工试验规程》[8]严格实行。土层的物理力

岩石的基本物理力学性质及其试验方法

第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一) 一、内容提要: 本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法,岩石的强度特性。 二、重点、难点: 岩石的强度特性,对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。 一、概述 岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学,是探讨岩石和岩体对其 周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。 所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下,按一定规律聚集而成的自然体。由于成因的不同,岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。通常认为岩体是由岩石和结构面组成。所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面,它包括一切地质分离面。这些地质分离面大到延伸几公里的断层,小到岩石矿物中的片理和解理等。从结构面的力学来看,它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。因此,结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性,控制岩体的强度和变形。 【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。 A. 火成岩、沉积岩、变质岩 B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩 C. 火成岩、深成岩、浅成岩 D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案:A 【例题2】片麻岩属于( )。 A. 火成岩 B. 沉积岩 C. 变质岩

答案:C 【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性,控制岩体的强度和变形的是 ( )。 A. 岩石的种类 B. 岩石的矿物组成 C. 结构面的力学特性 D. 岩石的体积大小答案:C 二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法 (一)岩石的质量指标 与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的,也是在岩石工程中最常用的指标。 1 岩石的颗粒密度(原称为比重) 岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。其试验方法见相关的国家标准。岩石颗粒密度可按下式计算 2 岩石的块体密度 岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。按照岩块含水率的不同,可分成干密度、饱和密度和湿密度。 (1)岩石的干密度 岩石的干密度通常是指在烘干状态下岩块单位体积的质量。该指标一般都采用量积法求得。即将岩块加工成标准试件(所谓的标准试件是指满足圆柱体直径为48~54mm,高径比为2.0~2.5,含大颗粒的岩石,其试件直径应大于岩石最大颗粒直径的10倍;并对试件加工具有以下的要求;沿试件高度,直径或边长的误差不得大于0.3mm;试件两端面的不

常用土层和岩石物理力学性质

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下: ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G (7.2) 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5,因为计算的K 值将会非常的高,偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计),然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性(实验室值)(Goodman,1980) 表7.1 土的弹性特性值(实验室值)(Das,1980) 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况,横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量:E 1, E 3, ν12,ν13和G 13;正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用

各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数(实验室) 表7.3 流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ,如果土粒是可压缩的,则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态(见理论篇第三章流体-固体相互作用分析),则尽量要用比较低的K f ,不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小,并且,力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ,渗透系数k 以及K f 有如下关系: ' f f k K n t ∝ ? (7.3) 对于可变形流体(多数课本中都是将流体设定为不可压缩的)我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν (7.4) 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中,' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数,单位和速度单位一样(如米/秒) f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例,我么可以将K f 的值从其实际值(Pa 9 102?)减少,利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率(见1.7节流动与力学的相互作用)。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值,则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大,则压缩过程就慢,但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中,孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气,从而明显的使体积模量减小。

土石坝中土石料的物理力学性质

土石坝中土石料的物理力学性质 摘要 随着筑坝技术的发展,近代的高土石坝大量地使用了当地的粗颗粒土石料(以下简称土石料)。铁路、公路以及一些高层、重型建筑物,目前也遇到了此类材料的问题。“土石料”一词,一般泛指诸如砂卵石、石料、石碴料、风化料、砾质土、冰磺土以至人工掺合土等粗颗粒的土石材料。其最大粒径一般都超过75(60)毫米而达到600甚至800毫米以上。近年来,由于筑坝技术的发展,对筑坝材料的要求已逐渐放宽。土石料中的物理力学性质对土石坝的设计,施工有很大的影响,所以我们要修好土石坝,必须研究清楚土石坝的各种物理力学性质。 关键字 土石料砂卵石石碴料风化料物理力学性质

类型 土石坝常按坝高、施工方法或筑坝材料分类。 土石坝按照坝高分类,土石坝按坝高可分为:低坝、中坝和高坝。我国《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)规定:高度在30米以下的为低坝;高度在30米~70米之间的为中坝;高度超过70米的为高坝。 土石坝按其施工方法可分为:碾压式土石坝;冲填式土石坝;水中填土坝和定向爆破堆石坝等。应用最为广泛的是碾压式土石坝。 按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类,碾压式土石坝可分为以下几种主要类型: 1)、均质坝。坝体断面不分防渗体和坝壳,基本上是由均一的黏性土料(壤土、砂壤土)筑成。 2)、土质防渗体分区坝。即用透水性较大的土料作坝的主体,用透水性极小的黏土作防渗体的坝。包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝。防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝,是高、中坝中最常用的坝型。 3)、非土料防渗体坝。防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土

相关主题