非饱和紫色土抗剪强度影响因素研究

【摘要】上的抗剪强度是工程设计中重要的依据指标,同时也是土壤精准耕作,大型农业器具设计的一个基本参数。随着西南丘陵区农业基础工程建设力度的不断加大,为紫色土工程力学性质的研究带来了新的契机。紫色土作为西南地区广泛分布的一种土壤类型,其力学性质将会表现出与其它类型土壤有着较为明显的差别,不能简单的用其它类型土壤的研究结果来套用于紫色土力学性质的研究。作为土地整理工程的示范地区,国家对重庆市每年都会有较大规模的农业工程建设投资。而在这些上地整理工程、农田水利工程以及田间道路工程的设计以及施工过程中都要涉及到施工区域的土壤力学性质的研究和测算,因此对紫色土区土壤抗剪强度的研究十分必要,这对该地区农业工程的设计和施工具有重要的知道意义。尽管土壤抗剪强度受诸多因素的影响,但含水率和颗粒组成则是影响紫色土强度性质的主要因素。因此本文选取遂宁组、飞仙关组和沙溪庙组三种不同地质年代发育形成的红棕紫泥、暗紫泥和灰棕紫泥作为研究对象,以含水率和粒径级配作为变量,采用TSZ全自动三轴仪研究了这三种土壤抗剪强度变化特征,并结合试验结果对区域内农业工程设计和施工提出了建议。具体研究结果如下：1.含水率对非饱和紫色土抗剪强度影响含水率对不同地质年代发育的三种紫色土的影响情况不同。其中黏聚力(c)随含水率的变化呈显著差异,随着含水率的增加红棕紫泥和灰棕紫泥黏聚力(c)均呈现为先增大后减小的趋势,红棕紫泥的最大黏聚力(c)出现在含水率为11%时,灰棕紫泥的最大黏聚力(c)出现在含水率为13%时,而暗紫泥的黏聚力随含水率变化过程中会出现两次峰值,分别为含水率11%和17%时；三种不同地质年代发育的紫色上内摩擦角(φ)随含水率的变化规律较为一致,均表现为随含水率的增加逐渐变小的趋势。三种不同地质年代发育的紫色上在同样的预设含水率以及干密度状态下其抗剪强度值存在明显的差异,三种紫色土内摩擦角数值相近,而黏聚力表现出较为明显的差异,具体表现为灰棕紫泥的黏聚力要高于红棕紫泥和暗紫泥,因此其抗剪切能力较强,路用性更加良好,在进行工程施工时,换填上的种类应优先选用力学性质较好的灰棕紫泥,而在暗紫泥分布地区由于土壤基础承载力不够稳定,在工程施工时应对材料进行严格筛选,对地基承载力要求较高的条石等材料不宜作为施工使用材料。2.粒径级配对非饱和紫色土抗剪强度影响粒径级配对三种不同地质年代发育的紫色土壤抗剪强度影响也不同,粒径级配对三种紫色土抗剪强度的影响主要表现为对其内摩擦角(φ)的影响,对黏聚力(c)的影响较小。其中红棕紫泥和灰棕紫泥抗剪强度受粒径级配的影响均表现为细粒径土壤含量越高的级配土样其黏聚力和内摩擦角越大,抗剪切能力越强；而粒径级配对暗紫泥抗剪强度的影响则不同于前两者,灰棕紫泥抗剪强度最高的土样为三种粒径土壤均匀混合的D级配土样,其力学性能要强于细粒含量较多的A级配土样,其余三种级配的土样抗剪切能力的强弱则随着细粒径土壤含量的大小成正比。对比三种不同地质年代发育的紫色土在不同粒径级配下的抗剪强度参数值可以发现,暗紫泥的内摩擦角(φ)要高于同样级配的红棕紫泥和灰棕紫泥,而灰棕紫泥的黏聚力(c)则要高于红棕紫泥和暗紫泥。由此可知重塑后的紫色土力学性质会由于颗粒组成的改变而受到一定程度的改变,而灰棕紫泥受影响和改变的程度最小,因此可知其力学性质最为稳定。根据以上结论对工程设计及施工提出工程建议如下：在不同紫色土区进行工程布设时应当采用不同的预设方案以保证工程稳定性,并且在道路设计时进行分段设计,在受水力侵蚀严重的区域采用块石和碎石加强路基承载力,在不同土壤类型区域应当进行不同的规划设计,暗紫泥分布区域若要进行工程施工,则不应使用条石等对地基承载力要求较高的材料作为原材料；并且在对道路工程中路基层的加固处理时尽量使用多种粗细不同的材料混合铺设以加强基础承载能力。综上所述,影响土壤抗剪强度的因素很多,并且同样的因素对不同土壤的抗剪强度也有着不同的影响,本文仅选取了目前研究较为广泛的含水率和粒径级配两种因素进行研究,确定了其对不同类型紫色土抗剪强度的影响情况。而影响土壤抗剪强度的因素很多,例如植物根系的符合作用、击实功的大小以及长期人为扰动对土壤力学性质的影响。并且重庆地区的紫色土壤种类也有很多,对这些方面的研究有待进一步深入,以进一步完善重庆地区土壤力学性质的基础理论研究。
【作者】钟茫；
【导师】魏朝富；
【作者基本信息】西南大学，土壤学，2014，硕士
【关键词】紫色土；抗剪强度；含水率；粒径级配；农业工程；

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