[科普中國(guó)]-充重塑土

簡(jiǎn)介

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)1。

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。一類是對(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，要移去土樣周圍的制樣管，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2。

土樣重塑方法土樣重塑方法主要有兩類：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。