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高含水率土体强度与含水率和密度的关系研究
高含水率土体强度与含水率和密度的关系研究
引言
土壤是地球表层最为普遍的自然材料，土壤具有复杂性、多变性、非线性、非恒定性等特点，由于构成土壤的基本单位粒子的体积较小，土壤的力学性质非常复杂，且容易受到环境因素的影响而发生变化。因此，对于土壤性质的研究一直是土木工程和岩土工程中的重要课题之一。
而高含水率土体的强度性质，则更为复杂。在土体的含水率较高时，水分子在土壤的骨架结构中起到了重要的“胶结剂”作用，使得土体的强度和刚度有所提高。但当含水率进一步增加时，土体则变得松软，水分子在土体的结构中起到了负面效应，土体强度甚至会降低。因此，对于高含水率土体的强度特性加深认识，对于处理湿地、防治水土流失、设计水利工程等都有重要的实用价值。
本文将从含水率和密度两个方面探讨高含水率土体强度的变化规律。
实验方法
在研究土体强度和含水率密切相关的因素时，我们选择了常用的三轴压缩试验，来研究高含水率土体的强度特性。具体的实验步骤如下：
材料制备：选择含有一定颗粒级配的黏土（细颗粒）、砂土（中颗粒）和砾石（粗颗粒）按不同比例混合，制备出不同颗粒级配的土样。
试验设备：三轴应力仪、石膏试样模具、秤、水温计、压重器、土样切割器等。
试验流程：在固定的压实状态（固定压重、固定次数）下，每组试验改变土样的含水率。根据不同含水率和密度下，三轴应力试验中的轴载荷及试样体积的测量，得到土体的强度数据。
数据处理：根据实验得到的数据，对土体的强度与含水率、密度的关系进行分析。
试验结果与分析
对于三种不同颗粒级配的土样，我们对其进行了含水率递增的三轴压缩试验。图1-图3分别显示了不同颗粒级配下的三轴压缩试验中，土体强度变化的趋势图。
图1黏土（细颗粒）的三轴压缩试验
图2砂土（中颗粒）的三轴压缩试验
图3砾石（粗颗粒）的三轴压缩试验
由图1-图3中可以看出，土体强度随着含水率的增加呈现出先增后减的变化趋势。对于不同颗粒级配的土样，当含水率较低时，土体强度极低，这是由于土体中颗粒之间的空隙很大，它们之间的摩擦力很小，因此土体强度很低。当含水率增加时，水的胶结作用开始起作用，颗粒之间的摩擦力增大，土体的强度因此也会增加。但随着含水率的进一步增加，基质中大量填充的水分会占据已有的空隙，使得裂隙断面积的减小，从而促使颗粒之间的摩擦力减小，土体强度因此会相应下降。
此外，我们还对不同密度下土体强度进行了研究。图4是以黏土试样为例，对不同密度和含水率土体强度变化的趋势图。
图4不同密度和含水率下黏土试样的强度变化趋势
由图4中可以看出，当含水率固定时，土体的强度随着密度的增加而增大。这是由于随着密度的提高，土体结构更加紧密，颗粒之间的摩擦力更大，而且空隙更小，水分的胶结作用更加明显，使得土体强度也相应提高。
结论
通过本文的研究可以得出以下结论：
1.高含水率土体强度随着含水率的增加呈先增后减的趋势。
2.每种颗粒级配下土体强度的变化规律大致相同。
3.当土体密度固定时，土体的强度随着含水率的增加而降低。
4.当含水率固定时，土体的强度随着土体密度的提高而增大。
参考文献
[1]黄睿，李锦标，李欧阳，谭明杰，欧阳绵国.基于体变形的高含水率黏土动态强度试验研究[J].中国矿业大学学报，2019，48(5)，1169-1176.
[2]任占全.某软土动向变形试验和三轴强度试验的对比研究[J].岩土力学，2017，38(9)，2367-2372.