林超 宋长军 贵州高速公路集团有限公司 交通运输部公路科学研究院
摘要： 通过对贵州毕节某高速公路沿线膨胀土大样进行取样，研究了原状膨胀土的抗剪强度和重塑膨胀土抗剪强度的水敏感性。 结果表明，原状膨胀土具有自然含水率高、最佳含水率高、饱和度高、液限高、塑限高、压缩性中高、抗剪强度低等特点。 内聚力在20至40kPa之间。 摩擦角在5°至10°之间。 重塑膨胀土在低含水率和高含水率下的应力-应变曲线分别为软化曲线和强化曲线。 剪切强度随着含水率的增加而逐渐降低土工试验规程，低含水率范围（w
关键词：膨胀土； 直剪试验； 剪切强度； 水敏感性；
本文以毕节地区某高速公路威宁段膨胀土为对象，采用大样本数据分析、统计原状膨胀土的抗剪强度指标，对考虑不同变形条件变化的重塑膨胀土进行研究。水分含量和不同的干密度。 土体的抗剪强度和水敏性对该地区膨胀土路基的设计和施工具有重要意义。
1 基本物理机械性能 1.1 基本物理指标
在对毕节地区威宁地段130余块膨胀土进行取样的基础上，通过室内试验获得了原状土样的基本物理指标和膨胀潜力指标。 测试结果如表1和表2所示。
表1 膨胀土基本物理指标下载原图
表2 膨胀土膨胀潜势指标 下载原图
1.2 固结试验
图1为弱膨胀土（土样1）在不同含水率下的固结曲线。 基本物理指标见表3。原土压缩系数在0.1～0.98 MPa-1之间(表1)，重塑土压缩系数基本在0.5～1.0 MPa-1之间(图1)。 ），分为中压缩土和高压缩土。 随着外荷载的增加，土中的气体和水被挤出，固体颗粒发生移动和重新排列，孔隙体积逐渐减小，空隙率逐渐缩小。 在恒定的外荷载作用下，膨胀土的含水率越高，压缩变形越大。
表3 土样基本物理指标 1原图下载
图1 不同含水率下膨胀土固结曲线 下载原图
2 原状膨胀土的抗剪强度
根据《公路岩土试验规程》土样采集和制样要求，采用应变控制直剪仪对公路沿线78处膨胀土进行了快速剪切试验。 检验统计结果如表4所示，分布区间如图2所示。 可以看出，毕节地区膨胀土的粘聚力范围为12.2～77.1kPa，主要分布在20～40kPa之间，约占统计样本的42%，平均值为38.5kPa。 内摩擦角范围为3.2°～17.5°，主要分布在5°～10°之间，约占统计样本的51%，平均值为7.3°。
表4 原状膨胀土抗剪强度指标 下载原图
3 水敏感性重塑膨胀土抗剪强度 3.1 制样及试验要求
试验装置采用应变控制直剪仪，试验方法为快速剪切试验。 首先将干燥后的弱膨胀土样1按设计含水率（20%、22%、24%、25%、28%、29%）加水，拌匀后填塞一天一夜； 然后按照压实试验方法中的相关要求制备样品（重压实3x98），更符合现场施工实践； 最后参照剪切试验中原状土样的制备方法，用切土机从压实土样上切下剪切试验。 使用的测试件。 测试后测得含水量分别为19.9%、21.5%、24.5%、25.3%、28.3%、29.4%。
图2 剪切强度指数分布图下载原图
试验时分别采用100kPa、200kPa、300kPa、400kPa的上覆压力。 剪切速率为0.8～1.2mm/min。 剪切破坏在3~5分钟内发生。 如果测功机读数达到稳定或明显回落，则说明测试已损坏。 但一般以剪切至剪切变形4mm为宜。 如果测力计读数继续增加，则剪切变形应达到6mm。
3.2 剪应力与剪切位移的关系
图3为不同上覆荷载作用下剪应力与剪位移的关系曲线，显示出以下规律：（1）当土体含水率较低时（w=19.9%、21.5%），剪应力-剪力有位移曲线中存在明显的峰值，当出现峰值时，剪切位移较小，其变化曲线为应变软化。 (2)当土体含水率较高时(w=24.5%、25.3%、28.3%、29.4%)，随着剪切位移的增大，剪应力逐渐增大，基本不出现明显的峰值。 其变化曲线为应变硬化型。 (3)在较小的上覆荷载作用下，剪切强度较小，峰值强度对应的剪切位移较小； 当上覆荷载较大时，整形膨胀土的抗剪强度大大提高，峰值强度与强度对应的剪切位移显着增大。 因此，重塑后的膨胀土在路面结构层、路基和上路堤上覆荷载的作用下，具有较高的强度，可用于填筑下路堤。
图3 剪应力与剪切位移变化曲线 下载原图
3.3 粘结力与含水率的关系
图4为重塑膨胀土的粘聚力与含水率的关系曲线。 从图4可以看出，重塑膨胀土的粘聚力随着含水率的增加先增大后减小，最后趋于稳定。 含水率w=21.5%和25.3%分别是两个临界点。 当含水量为21.5-25.3%时，含水量对抱合力的影响最为明显。 粘结力随含水量的增加而急剧下降，水敏感性最强。 当含水率超过25.3%时，重塑后的膨胀土基本饱和，粘聚力基本不再随含水率的增加而波动，趋于相对稳定。 因此，在膨胀土地区，在强度满足规范要求的前提下，宜在此含水率范围内填筑路基。
图4 粘结力与含水率的关系曲线。 下载原始图像。
3.4 内摩擦角与含水率的关系
图5为重塑膨胀土的内摩擦角与含水率的关系。 可以看出，重塑膨胀土的内摩擦角随着含水率的增加而减小，且曲线拟合呈良好的指数衰减关系，且拟合度也较高（R2=0.977），很好地反映了重塑膨胀土的内摩擦角。摩擦角随着水分含量的增加而增加。 水分含量的变化。 这是因为膨胀土是一种不饱和的高塑性粘土。 随着土体饱和度的增加，原有的基质吸力（负孔隙水压力）逐渐减小，表面张力逐渐消失。 在表面张力的作用下，土颗粒之间的挤压作用也减弱和消失，导致内摩擦角减小。
图5 内摩擦角与含水率关系曲线。 下载原始图像。
3.5 剪切强度与含水率的关系
当含水率较低时，膨胀土为非饱和土，内部存在基质吸力。 基质吸力与含水量密切相关。 基质吸力会增强膨胀土的结构力土工试验规程，在抵抗外力时，结构力会转化为土体强度的增加。 当含水率增加到一定程度时，膨胀土饱和，基质吸力消失，必然导致土体强度下降。 图6为不同含水率下重塑膨胀土抗剪强度与上覆荷载的关系。 从图6可以看出，在相同的上覆荷载下，重塑膨胀土的抗剪强度随着含水率的增加而逐渐降低。 当含水率低于24.5%时，剪切强度线比高含水率范围明显稀疏，且剪切强度变化比高含水率范围（w≥24.5%）更强。 在不同含水率作用下，重塑膨胀土的抗剪强度与上覆荷载的关系符合莫尔-库仑强度理论，即随着上覆荷载的增加，抗剪强度呈线性增加。 同时，上覆荷载越大，剪切强度随含水率的变化也越大。
图6 不同含水率下重塑膨胀土的抗剪强度结果 下载原图
4。结论
（1）贵州毕节膨胀土以中膨胀土和弱膨胀土为主，具有高自然含水率、高饱和度、高液限土、高塑限、高最佳含水率、中高压缩性和低电阻。 剪切强度等特性。 原状膨胀土的粘聚力主要分布在20～40kPa之间，平均值为38.5kPa； 内摩擦角主要分布在5°～10°之间，平均值为7.3°。
(2)低含水率下，重塑膨胀土的应力应变曲线为软化曲线； 高含水率下，重塑膨胀土的应力应变曲线为强化曲线。 含水率对重塑膨胀土的粘聚力和内摩擦角有显着影响。 内摩擦角随含水量的增加呈指数衰减关系。
(3)在相同的上覆荷载下，整形膨胀土的抗剪强度随着含水率的增加而逐渐减小。 在低水分含量范围内（w
参考
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