充重塑土室內(nèi)制樣技術(shù)

自然界中的土是一種由礦物顆粒和存在于其間孔隙的液體與氣體等多礦物組成的非均質(zhì)、 多相、多孔的不連續(xù)介質(zhì)，由于其組成物質(zhì)的多相性和復(fù)雜性，決定了土的性質(zhì)是復(fù)雜多變的。室內(nèi)試驗(yàn)可以獲取土樣的各種物理、力學(xué)參數(shù)，為工程設(shè)計(jì)或數(shù)值計(jì)算提供依據(jù)?，F(xiàn)行室內(nèi)制樣技術(shù)大致可分為兩類(lèi)。一類(lèi)是對(duì)擊實(shí)樣進(jìn)行靜動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)。采用這種方法，首先要根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)曲線，確定在既定擊實(shí)功條件下試樣的含水量， 接著進(jìn)行燜料，土樣擊實(shí)，然后采用環(huán)刀法取樣，并測(cè)定土樣的含水率， 進(jìn)而根據(jù)試驗(yàn)所需的飽和度計(jì)算出所需要增加或減少的水分，最后注入水分或風(fēng)干水分，以達(dá)到土樣的預(yù)期含水量。從上述過(guò)程闡述可以看出，這種方法不僅繁瑣，而且所制土樣的質(zhì)量令人懷疑。如：擊實(shí)土樣往往不均勻 部要比上部密實(shí)；由于采用注入水分或風(fēng)干水分，因而造成試樣中的含水量并不均勻， 試驗(yàn)結(jié)果很可能失真。沉降方法是室內(nèi)制樣的第二種方法，此方法在三軸儀壓力室加靜載以加速土樣固結(jié)過(guò)程。但這一方法在土樣沉降固結(jié)后，要移去土樣周?chē)闹茦庸?，再安裝上內(nèi)有橡皮膜的制樣模修剪樣品；有的在這一過(guò)程中采用冷凍法，但冷凍時(shí)土樣會(huì)膨脹，在一定程度上改變了土顆粒的組構(gòu)，解凍時(shí)更難免土粒結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。雖然也有文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)第二種方法進(jìn)行了改進(jìn)，但對(duì)于重塑土來(lái)說(shuō)，制樣周期仍然較長(zhǎng)，而且步驟繁瑣，試驗(yàn)設(shè)備要求較高。有關(guān)規(guī)范在進(jìn)行砂土剪切試驗(yàn)中采用將試樣倒入剪切容器內(nèi)，放上硬木塊，用手輕輕敲打，使試樣達(dá)到預(yù)定干密度，取出硬木塊，撫平砂面。但是，對(duì)于一般的亞砂土、亞粘土、粉質(zhì)土而言，要想使試樣壓實(shí)度達(dá)到 95% 甚至100%，往往需要幾兆帕的壓力，而這種壓力常常超過(guò)一般室內(nèi)制樣設(shè)備所能達(dá)到的極限 。

原狀土是保持天然含水量及天然形成結(jié)構(gòu)的土樣。用來(lái)測(cè)定土的容重、天然孔隙比、壓縮系數(shù)及抗剪強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。工程實(shí)踐及研究項(xiàng)目中，常常遇到取樣難度大、擾動(dòng)過(guò)大或原狀樣難以保存、運(yùn)輸?shù)惹闆r，在試驗(yàn)中不得不采用重塑土來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。重塑土是指將人為擾動(dòng)過(guò)的土樣，在經(jīng)過(guò)壓密或者壓實(shí)作用后形成的具有一定重度、含水量的人工制備的土樣，與原狀土具有相同或相似的成分、結(jié)構(gòu) 。

土樣重塑方法主要有兩類(lèi)：固結(jié)法與擊實(shí)法。固結(jié)法是在風(fēng)干的土體加蒸餾水，配成大于液限的稀泥漿，然后倒入制樣筒中，并在頂部施加靜載使土樣固結(jié)。蔣明鏡等采用固結(jié)法對(duì)土體進(jìn)行并比較了該類(lèi)重塑樣與原狀樣的性質(zhì)差異，結(jié)果表明其重塑效果較好，但從試驗(yàn)角度來(lái)看，制樣過(guò)程繁瑣、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)制樣設(shè)備要求較高。擊實(shí)法是使用一定質(zhì)量的擊錘，從一定的高度自然下落，分多層擊實(shí)土樣至所需的尺寸，相對(duì)固結(jié)法而言，制樣方法簡(jiǎn)單易行、制樣周期短，但擊實(shí)樣成樣質(zhì)量往往與實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員操作水平有很大的相關(guān)性，土樣因受力不均勻而造成土樣上下層密實(shí)程度不均一的現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大。李曉軍對(duì)分層擊實(shí)法成樣的重塑土的壓縮過(guò)程裂紋進(jìn)行了分析，該類(lèi)試樣的裂紋首先在試樣下層密實(shí)度較小的區(qū)域出現(xiàn)；鄭劍鋒研究發(fā)現(xiàn)兩頭壓實(shí)法所制得的樣品其干密度和含水量的分布較為均勻，比分層擊實(shí)法及泥漿法更容易控制試樣的均勻性。2100433B

重塑土并不是單純意義上的擾動(dòng)土，它是原狀土經(jīng)烘干、碾碎，再按照原狀土的密度和含水率重新制成的外形仿原狀土的一種試驗(yàn)用土，并且重塑土的結(jié)構(gòu)較原狀土也有改變。其在土工構(gòu)筑物和道路工程的修建中都有涉及。在測(cè)定土的動(dòng)剪切模量和阻尼比的實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)現(xiàn)場(chǎng)不易取得原狀土，需要采用重塑土進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。塑土的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)研究資料較少。已有的數(shù)據(jù)表明，重塑土的動(dòng)剪切模量和阻尼比與剪應(yīng)變關(guān)系曲線的變化規(guī)律同原狀土是一樣的。黃志全等采用共振柱試驗(yàn)研究了細(xì)粒含量對(duì)重塑黃土動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響，隨著細(xì)粒含量的增加，重塑黃土的動(dòng)剪切模量和阻尼比均減小。對(duì)土的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的研究還存在著許多不足，例如重塑土試樣在結(jié)構(gòu)性、試樣制備過(guò)程中存在裂隙現(xiàn)象和水分積聚現(xiàn)象等方面與原狀土試樣的差異，都會(huì)使其動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果較原狀土不同。重塑土有關(guān)特性可以根據(jù)重塑指數(shù)的指標(biāo)來(lái)反映，即重塑液性指數(shù)和重塑塑性指數(shù)。

重塑液性指數(shù)是指重塑土的液性指數(shù)，可以根據(jù)重塑液性指數(shù)大小與原土的塑性指數(shù)做比較，分析土的有關(guān)力學(xué)性質(zhì)。液性指數(shù)與地基土的承載力、孔隙比、天然含水量、粘聚力、壓縮系數(shù)及壓縮模量等參數(shù)之間都有相關(guān)性。液性指數(shù)是表示天然含水率與界限含水率相對(duì)關(guān)系的指標(biāo)，液性指數(shù)與土的類(lèi)別及含水量有關(guān)。對(duì)于同一種土，含水率越大則液性指數(shù)越大，土質(zhì)越軟。可塑狀態(tài)的土的液性指數(shù)在 0 到1之間， 液性指數(shù)越大， 表示土越軟，液性指數(shù)大于1的土處于流動(dòng)狀態(tài)；小于 0 的土則處于固體狀態(tài)或半固體狀態(tài)。粘性土的狀態(tài)可根據(jù)液性指數(shù) IL 分為堅(jiān)硬、 硬塑、 可塑、 軟塑和流塑 。在同一外加荷載作用下，加固后的土體液性指數(shù)隨液限的增大而增大，基本可以假定為線性關(guān)系，隨著液限增大，孔隙水越難排出，加固后的土體液性指數(shù)也增大。

重塑塑性指數(shù)是指重塑土的塑性指數(shù)，塑性是粘性土區(qū)別于砂土的重要特征。一般用塑性指數(shù) Ip 來(lái)表示。可塑性的大小用土處在塑性狀態(tài)的含水量變化范圍來(lái)衡量， 從液限到塑限含水量的變化范圍愈大，土的可塑性愈好。塑性指數(shù)習(xí)慣上用不帶%的數(shù)值表示。塑性指數(shù)是粘土的最基本、 最重要的物理指標(biāo)之一，它綜合地反映了粘土的物質(zhì)組成，廣泛應(yīng)用于土的分類(lèi)和評(píng)價(jià)。塑性指數(shù)綜合反映了土的顆粒大小、 礦物成分，在工程中常用于細(xì)粒土的分類(lèi)，如 Ip >17，為粘土10