0 引 言

膨胀土是一种特殊的非饱和土，在我国广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽等省均有分布[1]。因其含有蒙脱石、伊利石和高岭石等亲水性矿物，所以具有明显吸水膨胀和失水收缩的工程特点[2]。膨胀土的这种随含水率变化而胀缩反复变形的性质，使得土体裂隙发育、颗粒破碎、强度降低，导致膨胀土地基上的各种工程建筑物存在重大安全隐患。土是松散颗粒堆积物，其破坏形式通常为剪切破坏。土的抗剪强度是表征土体力学性质的重要指标，它是指土体抵抗剪切破坏的极限强度，包括内摩擦力和黏聚力。土的抗剪强度受到密实度、矿物组成、含水率、结构、裂隙等众多因素影响，其中，含水率因素受外界环境影响最大，气候的晴雨变化必然导致浅层土体出现含水率上下波动，因此，深入研究非饱和膨胀土抗剪强度与含水率的关系具有重要意义。

多年来，诸多国内外学者通过直剪试验或者三轴试验，对非饱和膨胀土强度与含水率的关系进行了大量研究，并取得丰硕成果[3-5]。徐彬等[6]利用直剪试验和三轴试验，分析了含水率和裂缝对膨胀土抗剪强度的影响，认为含水率增加对土体抗剪强度的影响大于裂缝发展的影响，含水率是导致抗剪强度降低的主要因素。贾文聪等[7]取3种不同产地的膨胀土样，分别测试不同含水率下三轴抗剪强度，得到不同膨胀土抗剪强度随含水率增加而减小的一般规律。

上述研究成果主要是通过配制特定含水率试样得到的，而工程实际中某一特定含水率的土体可能经历了不同形成过程，它可能是由较低含水率吸水而来，也有可能由较高含水率脱水形成。借助土壤干湿循环试验，Nicolai David Jablonowski等[8]认为，干湿循环作用对无机物在土壤中富集是有促进作用的。即使终点含水率相同，经历不同循环次数后，富集程度也不同，其工程特性也存在显著差异。汪为巍等[9]相关研究显示，不同脱水条件下，试样微观结构和性质存在显著差异，尤其是孔隙大小变化。而土作为气、液、固三相集合体，孔隙变化将造成其物理力学特性的改变。

近年来，岩土工作者做了一些与成样方式相关的研究，并得到一些珍贵研究成果。杨和平等[10]研究饱和度与膨胀土抗剪强度的关系，对饱和试样脱水到不同的饱和度控制点，然后进行直剪试验，得出随饱和度增加膨胀土抗剪强度降低的规律。该方法中试样经历了吸水至饱和再脱水至控制饱和度的过程，但试样吸水饱和过程体积保持不变，这样就限制了膨胀土的体积膨胀，而工程中，尤其是浅层强膨胀土，其膨胀变形十分显著。另外，该方法通过饱和土风干过程中竖向与径向收缩和含水率的关系曲线控制试样饱和度，由于制样和试验过程影响因素多变，其计算得到的饱和度存在一定误差。黄琨等[11]以粉砂土为研究对象进行了相关试验，采用静压试样、饱和脱水2种方式制取不同含水率试样。结果表明，黏聚力和内摩擦角都随含水率增加而减小，黏聚力变化用两段斜线表示较为合理。该研究中试样采用2种成样方式：一种是静压；另一种是静压、饱和、脱水。但并未从不同成样方式角度对数据进行对比分析，且其研究结论对工程性质特殊的膨胀土是否适用，仍有待进一步探讨。

综上所述，结合前人研究成果，本文以膨胀土为研究对象，探索静压试样、吸水试样、饱和脱水试样等3种不同成样方式下，重塑非饱和膨胀土抗剪强度与含水率的关系，初步揭示成样方式差异在土抗剪强度变化中的影响。

1 试验方案设计

1.1 试验用土介绍及其基本性质

本试验所用膨胀土均取自广西南宁市郊区，为灰白色弱膨胀土，其主要特性参数如表1所示。

1.2 试样制取

以含水率为横坐标，黏聚力和内摩擦角为纵坐标，对比分析3种不同成样方式下抗剪强度参数与含水率关系的差异(图4)。

 

表1 膨胀土特性参数

 

Tab.1 Parameters of expansive soil

  

液限/%塑限/%塑性指数/%自由膨胀率/%相对密度膨胀压力/kPa颗粒分析/%< 0.005 mm< 0.002 mm43.519.524522.7217646.332.1

从目前的监督工作情况看，人大监督活动的主体通常由人大常委会组成人员、人大代表和被视察单位的人员组成，广大群众的参与度有待提高。公民是社会的构成主体，通过人大对社会事务进行监督，应当成为公民参与管理国家事务的重要途径。但是由于受主观上参政议政的意识不强、客观上缺乏必要的机制保障等因素制约，公民参与人大监督工作尚有诸多障碍。这就需要积极探索实践，努力创造条件，多方位吸引公民参与。

(2)吸水试样制取：先配制含水率约11%的湿土，以1.8 g/cm3的干密度静压制取环刀样。

（1）在指导思想上，要以党的十九大精神和习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻习近平总书记系列重要讲话精神，以服务地方经济发展为根本目的，以深化金融改革为根本动力，以不发生系统性区域性风险为底线，着力构建与全市经济社会发展相适应的现代金融服务体系，不断提高金融服务实体经济水平，为全面建成小康社会提供有力支撑。

(3)饱和脱水试样制取：先配制含水率约为11%的湿土，以1.8 g/cm3的干密度静压制取环刀样。使试样充分吸水饱和，饱和过程不限制竖向膨胀变形。试样饱和后在常温下风干脱水至6个不同含水率，用游标卡尺测量试样直径和高度，并用称重法计算含水率。各组试样完成脱水后，在保湿容器内密封保存24 h以上，使试样含水率均匀，待用。此类试样成样过程经历了静压、吸水和脱水。

1.3 直剪试验

对不同成样方式的试样，利用普通杠杆式直剪仪进行快剪试验。试验前检查直剪仪是否正常，标定测力环。选取4个密度差≤±0.2 g/cm3的环刀试样，按规程要求安装好试样，调节传力杆处于水平状态，施加竖向荷载后，立即开动直剪仪进行直剪试验。竖向应力控制为100,200,300,400 kPa共4级荷载。试样剪切试验的实施方法及标准均严格按公路土工试验规程(JTGE40—2007)[12]执行。剪切速度为0.8 mm/min，采集并处理试验数据，剪切应力峰值即为该级荷载下的抗剪强度。

2014年，是全面贯彻落实党的十八届三中全会精神，全面完成“十二五”水利发展规划的关键一年。广西水利系统将按照自治区党委、政府的部署要求，抓项目、抓投资、抓管理、抓改革，抓科技，“补欠账、强基础”，做到一张蓝图绘到底，加快实现水利改革发展新跨越。

将环刀样吸水至6个不同含水率，以百分表测量吸水过程中的竖向变形，称重法计算试样含水率。各组试样完成吸水后，在保湿容器内密封保存24 h，使试样含水率均匀，待用。此类试样成样过程经历了静压和吸水。

2 试验结果

2.1 静压试样

通过对该研究成果(图7)中2种成样方式下黏聚力和内摩擦角的对比分析，饱和脱水试样黏聚力明显高于静压试样，内摩擦角呈不规律上下波动。可见不同成样方式得到的粉砂土样，也存在类似规律，即经过饱和脱水后试样发生排水固结，孔隙减小，抗剪强度提高。

2.2 吸水试样

将经历静压、吸水、脱水过程的试样直剪试验结果列于表4，图3中。其黏聚力与含水率的关系类似于吸水试样，划分为3个阶段：含水率较低和接近饱和时，下降趋势平缓；含水率在16%～20%间时下降迅速。内摩擦角的变化规律更接近于静压试样的情况，随含水率增加而线性减小。

 

表2 静压试样的黏聚力和内摩擦角测试值

 

Tab.2 Tested values of cohesion and internal friction angle of static-pressure samples

  

含水率w/%黏聚力c/kPa内摩擦角Φ/(°)11.15 86.3434.10 13.10 98.8726.01 15.21 96.19 17.0917.05 52.19 15.79 19.20 30.766.83

 

2.3 饱和脱水试样

从吸水至不同含水率的6组试样直剪试验数据(表3，图2)可以看出，黏聚力和内摩擦角都随含水率增加而降低。当含水率较小时，黏聚力和内摩擦角下降平缓；当含水率超过16%时，黏聚力和内摩擦角急剧下降；当含水率超过21%(饱和度超过90%)时，黏聚力和内摩擦角趋于稳定。

 

表3 吸水试样黏聚力、内摩擦角测试值

 

Tab.3 Tested values of cohesion and internal friction angle of water absorption samples

  

含水率w/%黏聚力c/kPa内摩擦角Φ/(°)13.8949.1326.5915.2648.4621.4116.3046.1620.7517.5028.4717.0220.1411.732.9622.944.741.12

 

2.4 试验结果对比分析

(1)不同含水率的静压试样制取：取过2 mm筛的烘干土，分层喷水配制含水率约为11%，13%，15%，17%，19%的湿土，密封保存24 h以上、水分均匀后用烘干法测定含水率。按相同干密度1.8 g/cm3，采用液压缸静压制样。此类试样成样过程只经历静压。

化学是一门以实验为基础的自然科学，在化学课堂教学中实验是必不可少的，它是化学学习的基础，是学生认识和学习化学的重要工具和载体。在实际教学中，教师应结合具体情况，对课堂教学内容进行适当的实验拓展，或丰富、或改进，以提高课堂教学的趣味性、探究性和创新性，进而培养学生爱化学、学化学的志趣及其思维能力、探究能力和创新精神，拓宽学生实践和创新的途径，提升学生的化学学科素养。

3种成样方式下，内摩擦角都随含水率增加而线性降低，但内摩擦角的偏差幅度不大，用同一斜率的直线表示。可见即使经历不同成样方式，随着含水率增加，试样均从非饱和状态向饱和状态过渡。含水率较低时，土粒表面未形成水膜，摩擦角较大；随着含水率增高，土粒部分被水膜包裹而产生一定润滑作用，摩擦角逐渐降低；当含水率继续增大到一定程度时，土粒完全被水膜包裹，之后再增大含水率，摩擦角也不会出现大幅降低。

对于黏聚力参数，随着含水率增加，3种成样方式下黏聚力总体趋势都是降低的，这与其他学者研究结论相同。根据含水率大小，黏聚力变化曲线均可分为3段，即低含水率缓慢降低段、中含水率迅速降低段和高含水率稳定段。经历不同成样方式下土体力学性质差异显著。对于饱和脱水试样，含水率达到12%时，黏聚力开始随含水率增加而迅速降低。对于静压试样，含水率达到14%时，黏聚力开始随含水率增加而迅速降低。而对于吸水试样，含水率达到16%时，黏聚力才随含水率增加而迅速降低。不同成样方式下，黏聚力迅速降低段的起始含水率表现出明显的平移特性。结合有关研究分析认为，孔隙的差异是造成这种现象的主要原因。参阅文献[9]可知，经历饱和脱水后，膨胀土内部大孔隙会变小，土样中总孔隙减小，颗粒间距减小，从而在较低含水率下水膜就能包裹土粒而使黏聚力开始迅速降低。吸水试样在静压成样基础之上逐渐吸水至饱和，膨胀土吸水膨胀导致土颗粒之间间距增大，加之膨胀土晶层扩张，需要较高的含水率才能包裹土粒。而静压试样孔隙介于吸水试样和脱水试样之间，其黏聚力迅速降低，也介于两者之间。

 

表4 饱和脱水试样的黏聚力和内摩擦角测试值

 

Tab.4 Tested values of cohesion and internal friction angle of saturated dehydration samples

  

含水率w/%黏聚力c/kPa内摩擦角Φ/(°)10.61118.1942.7213.46108.3427.4514.8177.2523.0117.8034.8815.1819.796.669.2222.944.741.12

 

 

不限制变形条件下，含水率增加必然导致土颗粒间距增大。即使在相同含水率，不同成样方式得到的试样密度也存在较大差异(图5、表5)，这也是影响抗剪强度的重要因素。

 

3 水特征曲线测试

由于传统土力学的研究对象主要是饱和土，因此，其强度准则和本构模型[13-14]对非饱和土并不完全适用。与饱和土相比，除了黏聚力和内摩擦力之外，非饱和土还具有非饱和吸力。林丽萍等[15]对非饱和高液限红黏土的有关研究也显示，基质吸力越高，土的黏聚力越大。为进一步探讨不同成样方式与抗剪强度的关系，测试干燥吸湿和饱和脱湿2种不同成样方式下的土-水特征曲线。

 

表5 不同成样方式含水率与密度的关系

 

Tab.5 Relations between water content and density under different sampling methods

  

静压试样吸水试样饱和脱水试样含水率/%密度/(g·cm-3)含水率/%密度/(g·cm-3)含水率/%密度/(g·cm-3)11.15 2.15 13.891.98 10.612.02 13.10 2.11 15.261.98 13.462.01 15.21 2.07 16.301.96 14.812.02 17.05 2.04 17.501.96 17.801.96 19.20 2.00 20.141.93 19.791.88 --22.941.92 22.941.86

土-水特征曲线(SWCC)描绘了土中水分与土中吸力关系，借助土-水特征曲线可以预测非饱和土强度特性，对岩土工程具有重要指导意义。土-水特征曲线中脱湿和吸湿曲线存在滞后现象已成为岩土工程界基本共识，故本文中利用饱和盐溶液法，仅对高吸力条件下脱湿和吸湿曲线进行测试，借以分析不同成样方式对基质吸力的影响。试验使用饱和盐溶液(25 ℃)及对应吸力值如表6所示，土-水特征曲线中水分以质量含水率ω表示(图6)。

 

表6 不同饱和盐溶液及对应的吸力值

 

Tab.6 Saturated salt solution and corresponding suction

  

饱和盐溶液相对湿度HR/%总吸力值/MPaLiBr6.37371.79LiCl·H2O11.30294.40CH3COOK22.51201.35MgCL2·6H2O32.78150.60K2CO343.16113.45NaBr57.5774.55KI68.8650.38NaCL75.2938.32KCL84.3422.99K2SO497.603.28

图6显示了不同饱和盐溶液提供的蒸汽压下，饱和脱湿路径和干燥吸湿路径下，质量含水率与基质吸力的变化关系。在相同含水率下，脱湿试样基质吸力值总是比吸湿试样的偏高。当含水率为8%～17%时，其偏高程度更大。当含水率小于4%时，土水特征曲线趋于稳定，脱湿与吸湿试样吸力值较为接近。经历不同成样方式，试样的基质吸力不同，其抗剪强度也必然存在差异。试样在吸水膨胀过程中，孔径经历一定程度的扩大，基质吸力降低，强度下降。脱水过程中，液体排出，孔径收缩，加之液体内部张力作用，对孔壁施加收缩力，加大了孔径缩小程度，使得基质吸力提高，强度上升。

 

4 与前人研究对比分析

黄琨等[11]对非饱和土抗剪强度研究采用了2种制样方法：第1种是配制不同含水率土样静压制样；第2种是配制含水率为25%的试样，然后放置于烘箱中脱水得到不同含水率试样。对其试验结果整理如图7、表7所示。

  

表7 黄琨研究数据对比

 

Tab.7 Comparison with the research of Huang Kun

  

静压试样饱和脱水试样含水率/%黏聚力c/kPa内摩擦角Φ/(°)含水率/%黏聚力c/kPa内摩擦角Φ/(°)3.0 44.2 27.9 5.5121.134.69.0 47.3 31.5 12.2102.936.315.0 57.9 29.1 16.989.231.621.0 44.2 29.9 19.573.729.224.0 36.3 27.0 22.551.426.627.5 4.0 31.6 25..038.3 30.5

试验得出静压试样含水率与抗剪强度的关系(表2，图1)，与前人研究结果相似，即随着含水率增大，非饱和膨胀土抗剪强度降低。在含水率小于一定值(约14%)时，黏聚力随含水率增加而增加；之后黏聚力随含水率增加而迅速降低；内摩擦角随含水率的增加而线性减小。

5 结 论

(1)土的抗剪强度随含水率增加而降低，含水率对黏聚力的影响大于对内摩擦角的影响。内摩擦角与含水率关系可用一条斜线描述。黏聚力与含水率的关系用三段斜线描述更合适，大致分为含水率低于16%时缓慢降低段、含水率在16%～20%时迅速下降段和含水率高于20%时趋于稳定段。

要将调整法运用到图论问题中，必须先要确定存在可以取最值的结构组合，然后在取最值时要充分观察以及分析研究，选择组合对象可能满足的特质，同时要用调整法来体现出它所具备的特质，在不具备该特质的情况下，应当及时调整改编组合对象的结构，促使其能够满足题目要求的条件，但会使相应的函数值变大或变小，以致出现矛盾，最后通过在取最值时，满足组合对象相应的条件来解出这个最值。

(2)不同成样方式下，土的抗剪强度指标存在显著差异，尤其是黏聚力指标，最大可相差1倍。密实度差异是导致黏聚力波动的主要原因。

(3)成样方式引起吸力差异，从而影响吸水和水2种不同成样方式下试样强度的宏观偏差。

(4)由于本文研究对象是弱膨胀土，并未对不同干密度条件进行对比研究，且本文仅研究了3种成样方式，而实际工程中土体形成过程更为复杂。因此，对于其他类型的土是否符合本文研究总结的规律，有待进一步深入研究。

考虑到坝肩槽边坡未不规则的扭面，坝肩槽预裂孔三维建模的精度直接影响坝肩槽开挖的质量。在坝肩槽每一梯段开挖前，在充分考虑到钻机的架钻40cm空间的基础上，根据超欠平衡原则，通过建立坝肩槽三维立体原坐标模型，线性插值、三角函数等数学原理进行计算，内容包括：

装配式钢结构被动房的围护结构施工关键技术探析…………………………………………………… 孙智会（11-164）

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