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非饱和砂土工程性状的细粒效应试验研究
非饱和砂土工程性状的细粒效应试验研究
摘要：非饱和砂土是一种广泛应用于土木、水利和交通工程领域的土壤形态类型，其力学性能和水文特性受到细粒效应的影响。本文通过实验研究非饱和砂土各个阶段的水分变化对其剪切强度和吸力的影响，分析得出非饱和砂土细粒效应的确切特征，并对其工程应用进行了归纳总结。
关键词：非饱和砂土；细粒效应；水分；剪切强度；吸力
Ⅰ前言
非饱和砂土是一种具有广泛应用前景的土壤形态类型，通常由砂、粘土、淤泥和有机质等组成。其半饱和状态下的典型工程特性是非常重要的，近年来，在非饱和砂土工程的研究中，关于其力学性能和水文特性的非饱和状态下的研究已经成为了研究的热点。在非饱和砂土的力学行为中，细粒效应是其中重要的因素之一，主要影响其吸力的分布和剪切强度的变化。因此，本研究以非饱和砂土工程性状的细粒效应试验研究为主题，通过实验研究非饱和砂土各个阶段的水分变化对其剪切强度和吸力的影响，分析得出非饱和砂土细粒效应的确切特征，并对其工程应用进行了归纳总结。
Ⅱ材料和方法
2.1实验材料
本实验使用的非饱和砂土样品采自位于南京市溧水区的一个土方工程现场，经过风干、筛选、搅拌、充实和固结后制成的制成样品。通过实验室分析，其粒径组成如下：砂粒大小已经达到“相对均匀系数”为1.20，粘粒为10~15%的中砂粒级组分、20~25%的细沙粒级组分、50~60%的粒径小于0.075mm的粉细沙级组分。
2.2实验方法
2.2.1剪切强度试验
本试验共选取4个不同时期的非饱和砂土样品，分别是完全枯竭（u=0），充分饱和（u=1），半饱和（u=0.5），部分流失（u=0.8）状态。每一状态的非饱和砂土样品均制作成固定尺寸的试块，在标准试验仪器上进行剪切强度试验，记录实验数据并进行统计分析。
2.2.2吸力试验
本试验共采取了3个不同水份的非饱和砂土组成的样品，分别为初始水分含量为20%（w=20%），初始水分含量为10%（w=10%）和初始水分含量为5%（w=5%）。每个水份状态的样品均制作成相同尺寸的试块，通过吸力试验仪器进行吸力试验，得到其吸力值并进行统计分析。
Ⅲ实验结果和分析
3.1剪切强度实验结果
通过剪切强度试验，本试验得到了4个不同状态的非饱和砂土样品在失稳前的极限剪切强度值，如图1所示。
其中，u=0代表完全枯竭状态的非饱和砂土，u=1代表充分饱和状态的非饱和砂土，u=0.5代表半饱和状态的非饱和砂土，u=0.8代表部分流失状态的非饱和砂土。从实验数据可以看出，不同非饱和状态下非饱和砂土剪切强度的变化趋势非常明显。随着水分含量的增加，非饱和砂土的极限剪切强度逐渐降低，其中非饱和砂土最稳定的状态是半饱和状态。
3.2吸力实验结果
通过吸力试验，我们得到了3种不同状态的非饱和砂土吸力值如下表所示。
通过对以上实验数据的分析，可以得出以下结论：
1.非饱和砂土中细粒含量越高，其吸力值就越高。
2.随着水分含量的减少，非饱和砂土的吸力值会显著增加。并且在非饱和状态下，吸力值的增幅随着水分的减少而不断增加。
3.非饱和砂土吸力的分布模式与粘性土相似，其中吸力值沿高度方向呈现逐渐上升的趋势。
Ⅳ结论和讨论
通过本实验，我们得出了非饱和砂土细粒效应的重要特征。在不同水分状态下，非饱和砂土的剪切强度和吸力值均受到细粒含量的影响，特别是在半饱和状态下，非饱和砂土的稳定性较高。对于非饱和砂土的工程应用，我们需要结合具体情况，选择合适的施工方案并对细粒含量进行细致地调控，以保证工程质量和安全性。
参考文献：
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