粘土中砂含量对抗剪指标的影响

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摘要：土的抗剪强度是指土抵抗土体颗粒间产生相互滑动的极限能力，土的颗粒组成、塑性指标对土的抗剪指标影响较大，作者通过选择塑性指数较大的红粘土掺加不同比例的细沙，然后进行直剪试验，分析比较含沙量不同时的土壤抗剪强度。

关键词：土工试验；含沙量；抗剪试验

1、引言

红粘土是指碳酸盐系（如石灰岩、白云岩）出露区的岩石在炎热湿润的气候条件下，经岩融化、红土化作用后，钙、镁流失，硅、铝、铁富集，形成覆盖在碳酸盐岩上的残坡积且呈棕褐、黄褐、褐红、棕红、紫红等色的土。红粘土一般液限较大，塑性指数较高。一般以山区或丘陵地带居多，是一种区域性的特殊土。

2、 试样的制备与试验方法

试验所用红粘土取自典型的红粘土发育土层，天然密度1.93g/cm3，含水量25.8%，自由膨胀率19.8%，液限56.5%，塑限27.2%，塑性指数29.3；试验用砂采用中砂，过2mm筛，堆积体积1.7g/ cm3。按质量比（红粘土：砂）1：1、2：1、3：1、4：1、5：1和纯红粘土等6种配比进行试验。每种配比制备三组试件，共制备了18组72个试样进行直剪试验，法向压力分别采用50KPa、100KPa、150KPa和200KPa。

为了提高试验准确性，试样制备好后，放养护器内养护24h，土样含水量充分均匀后再进行试验。试验操作依据土工试验方法标准（GB/T50123-1999）快剪试验标准。

3、试验数据处理

根据最小二乘法原理，对试验数据进行线性回归处理，确定每个质量比中各组粘聚力c和内摩擦角φ，取平均值作每个质量比的抗剪强度曲线，结果见表1及图1～图6。

4、试验结果分析

（1）粘聚力与掺沙量的关系

从图7可以看出，随着掺沙量的增加，红粘土的粘聚力表现为：先逐渐增加后逐渐减小，当掺沙量为50%时，粘聚力急剧降低。当掺沙量在15%～30%时，粘聚力波动不大，集中在20～25KPa之间；掺沙量超过30%时，粘聚力降低速度较快。可见，掺入适量的砂可以改善红粘土的内聚力。

同时，根据最小二乘法原理，粘聚力c与掺砂量m之间的关系可以拟合为多项式函数：c=-0.013m2+0.475m+16.43相关系数R2=0.792，说明拟合度较好。

（2）内摩擦角与掺沙量的关系

从图8可以看出，随着掺沙量的增加，红粘土的内摩擦角表现为：先逐渐增加后逐渐减小，当掺沙量为50%时，内摩擦角急剧降低。当掺沙量在15%～30%时，内摩擦角波动不大，集中在28°～34°之间；掺沙量超过30%时，内摩擦角降低速度较快。可见，掺入适量的砂可以改善红粘土的内摩擦角。同时，根据最小二乘法原理，内摩擦角φ与掺砂量m之间的关系可以拟合为多项式函数：φ=-0.0018m2+0.55m+27.47相关系数R2=0.679，说明拟合度较好。

5、结论

红粘土是一种区域性特殊土，具有干密度低、孔隙比大、含水量高、压实性差、粘粒含量高、塑性指数大等特点。当红粘土掺砂量在15%～30%时，粘聚力集中在20～25KPa之间，内摩擦角集中在28°～34°之间。根据最小二乘法原理，粘聚力c、内摩擦角φ与掺砂量m之间的关系可以拟合为多项式函数，但其是否具有普遍性尚待进一步研究验证。