岩土力学物理力学参数测试报告

颗粒分析按《土工试验方法标准》的要求进行试验，对于粒径大于0.075mm的粉煤灰颗粒用筛分试验来测定，对粒径小于0.075mm的粉煤灰颗粒用密度计法测定。

选取200g的试验土样，选用直径分别为2mm,1mm,0.5mm,0.25mm,0.075mm的筛子，按直径从大到小从上到下依次排列，将试验土样缓慢均匀的倒入最上层，均匀摇晃20min左右，测量留在各个筛子上土样的质量并记录。

小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比可按式1.1计算，即

XmAmBds （1.1）

式中X——小于某粒径的试样占总质量的百分比（%）；

mA——小于某粒径的试样质量（g）；

mB——当细筛分析时或用密度计分析时为所取的试样质量（g）； ds——粒径小于2mm的试样质量占试样总质量的百分比（%）。 试验结果如表1.1所示，粉煤灰颗粒大小分布曲线如图2.1所示。

表1.1筛分结果分析表

筛前总土质量=200.00g 孔径 （mm） 2 1 0.5 0.25 0.075 累计留筛土质量（g） 2.26 2.59 22.35 59.70 90.47 小于该孔径的土质量（g） 197.73 195.14 172.79 113.09 22.62 小于该孔径土质量的百分比（%） 98.9 97.6 86.4 56.5 11.3 占总土质量百分比（%） 98.9 97.6 86.4 56.5 11.3

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图1.1颗粒级配曲线

不均匀系数按式1.2计算：

Cud60 （1.2） d10Cud600.283.08 d100.091曲率系数按式1.3计算：

2d30 （1.3） Ccd10d602d300.162Cc1.00

d10d600.0910.28式中Cu——不均匀系数；

Cc——曲率系数；

； d60——限制粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量为60%的粒径（mm）； d30——即土中小于该粒径的颗粒质量为30%的粒径（mm）

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。 d10——有效粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量为10%的粒径（mm）

我国《土的分类标准》规定：当Cu错误！未找到引用源。<5时，为级配不良的土。可见，粉煤灰的级配不良。由试验结果可知，在0.075～2mm范围内（砂粒组）有87.56%，在小于0.075mm范围内（细粒组）有11.31%。 2尾矿的含水率

含水率是土的基本物理指标之一，它反映土的状态，它的变化将使土的一系列力学性质随之而异；它又是计算土的干密度、孔隙比、饱和度等项指标的依据，是检测土工构筑物施工质量的重要指标。烘干法一般采用能控制恒温的电热烘箱。烘干温度为105～110℃。

取10g土样放入铝制称量盒内，盖上盒盖称量盒加土的质量。打开盒盖，将铝制盒和土放入烘箱中，在105℃左右恒温下烘烤8h。将铝制称量盒盖上盒盖，冷却至室温，然后称量盒加干土质量。土样的含水率按式2.1计算得到，即：

msmd100 （2.1） md式中——含水率（%）；

ms——湿土质量（g）；

md——干土质量（g）。 试验结果如表2.1所示：

表2.1尾矿含水率

样品号 1 2 样品质量（g） 盒、灰总质量（g） 10.03 10.06 24.97 24.22 烘干后总质量（g） 24.01 23.43 含水率（%） 平均含水率（%） 10.58 9.55 8.52

3粉煤灰的压缩特性（固结试验）

土体在受外力作用后，其体积变小的现象称为土的压缩。引起土体压缩的原因有三：

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一是土粒本身的压缩；

二是土孔隙中的水和气体的压缩；

三是土孔隙中的水分与空气被挤出，土粒互相靠拢，孔隙变小。

根据研究，土粒和水本身的压缩量甚微，可以忽略不计。我们通常讲土的压缩，就是指土在某一压力作用下，其孔隙体积变小的现象。由前面的研究，粉煤灰也可视为土的一种，所以其固结特性的研究与其他土采用相同的方法。

试验步骤如下：

（1） 环刀内壁抹凡士林，刃口向下放在土样上面，切取土样。要边削土边压入，不要一下将环刀压入土样过多，以防土样结构破坏（切取土样时，应使土样的受荷方向与天然土层受荷方向一致）；

（2） 当整个环刀压入土样后，用直边刀将上下两端面多余土样削平，将环刀外壁擦净后上下两端面放圆玻璃板，称量（准确至0.1克），测定土样的密度； （3） 取切余下的土样（不沾有凡士林的土），用烘干法测定土样试验的含水率0；

（4） 将透水石放入固结仪中，套上护环在透水石面上放湿润滤纸一张，然后将带有土样的环刀装入护环中，并在土样表面放湿润的滤纸一张后再依次加上透水石和加压盖。

（5） 检查杠杆式加压设备杠杆是否转动灵活，用平衡砣调整杠杆至水平位置，然后将固结仪放入加压框架内，使横梁中心与传压板对中，插入量表导杆，装上测微表，使测微表的测杆与量表导杆顶面接触，并使表测杆缩入7～8毫米（以免土样压缩时测杆脱空，测不到变形量），把测微表调整至某一个毫米整数值。然后转动平衡锤，观察测微表读数稍有变化时，说明加压框架横梁与传压板已经接触好，重新调整测微表读数至毫米整数值，随即记录下来，作为试验前测微表的起始读数。

（6） 开始加荷载。第一级荷载使土样承受50KPa的压力，在加上压力的同时，即开动秒表。分别在1、2、3、5、7、10分钟时记录测微表读数，假设读到10分钟时一级变形已稳定，接着再依次逐级加荷达100KPa、200KPa、400KPa，在每加上一级荷载后，都要测定变形量至稳定，然后才能加下一级荷载。

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（7） 在最后一级荷重达稳定并读取变形读数后，即可松开测微表，卸除全部荷重，拆开固结仪，清除土样。

成果整理（计算与绘图）

（1） 按下式计算试样初始孔隙比e0

e0=d（s1+0）01 （3.1）

（2） 某一压力范围内的压缩系数ai

ai=ei-ei+1 （3.2） Pi+1-Pi式中：e0——试样的初始孔隙比；

ds——土粒比重；

； ——水的密度（g/cm3）

0——试验前的含水率，0(m01)100%； md'm00——试验前土的密度，0（g/cm3）；

Vei——某一压力下稳定孔隙比；eiPi——某一压力值（KPa）； m0——湿土质量（g）； md——干土质量（g）；

'——环刀内湿土质量（g）； m0hih1，hs0 hs1e0V——环刀体积，60cm3；

hi——固结后试样高度，hih0hi h0——试验前试样高度，20mm；

hi——试样固结后变形量（mm）。

（3） 以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标，绘制孔隙比与压力的关系曲线即压缩曲线，在压缩曲线上取P1，P2相应的e1，e2，计算压缩系数a0和压缩模量Es：

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e1e2e100e2001e100-1110(MPa)E(MPa) ao=P2P1（MPa）=PP=（e（3.3） 100-e200）s200100a（4） 根据压缩系数大小，来评价土的压缩性高低：

a0＜0.1Mpa-1为低压缩性土； 0.1≤a0＜0.5Mpa-1为中压缩性土。 a-10≥0.5Mpa为高压缩性土。

表3.1水率为孔隙比与压力数据汇总（固结） 孔隙比真实含水时间压力值百分表读数 率 （min） （KPa） 第一组 第二组 关系数0 0 0 0 5 5.2 9.3 12.5 30 6.1 10.1 35 11.8 19.0 25 60 12.9 20.1 65 22.0 39.8 50 90 23.1 40.1 95 36.1 52.5 100 120 38.7 54.6 8.5% 125 50.1 71.5 200 150 52.0 74.9 155 64.6 86.4 300 180 66.2 87.9 185 73.8 96.4 400 210 75.3 97.8 215 89.9 114.8 800 240 91.0 116.1 245 110.0 136.1 1600 270 111.0 137.0 6

真实含

8.5%时

与压力

据表

根据上述的数据和公式计算出各个压力对应的孔隙比，计算结果如下：

表3.2 孔隙比

组别 孔隙比 e0 e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8 e9 第一组 第二组

0.953 0.947 0.935 0.912 0.874 0.823 0.759 0.686 0.597 0.488 0.953 0.943 0.924 0.884 0.831 0.758 0.672 0.577 0.463 0.329 根据上表绘出图3.1：

图3.1真实含水率为8.5%时孔隙比与压力关系曲线

土的压缩系数不是常数，它随初始压力p1和压力增量p1—p2而变化，为了判断和比较土的压缩性，并考虑到土基础通常受到的压力大小，实用上采用p1=100kpa和p2=200kpa，根据土的室内压缩试验孔隙比与压力的曲线（e—p）来确定土的压缩系数a1-2，根据a1-2来评价土的压缩性大小。

含水率为8.5%时的压缩系数为0.621Mpa-1。

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4粉煤灰的抗剪强度（直接剪切试验）

土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另外一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。测定土的抗剪强度，可以提供计算地基强度和地基稳定性的基本指标，即土的粘聚力和内摩擦角。土的内摩擦角和粘聚力与抗剪强度之间的关系由库伦公式表示：

=tg+c （4.1） 式中——抗剪强度（kPa）； ； ——正应力（kPa）φ——内摩擦角（度）； c——粘骤力（kPa）。

粉煤灰的剪切强度可以通过粘聚力c值和内摩擦角φ值来表征。无论是饱和土的抗剪强度试验，还是天然土基础加荷过程中，孔隙水压力的消散，即荷载在土体中产生的应力全部转化为有效应力，需要一定的固结时间来完成。因此，土的固结过程，实质上也是土体强度不断增长的过程。对同一种土，即使在同一法向压力下，由于剪切前试样的固结过程和剪切试样的排水条件不同，其强度指标也是各异的，为了近似地模拟现场土体的剪切条件，即按剪切前的固结过程、剪切时的排水条件以及加荷快慢情况，将直剪试验分为快剪，固结快剪和慢剪三种试验方法。对本项目的粉煤灰可用固结快剪试验。 试验过程如下：

（1） 按照《土工试验方法标准》规定的方法制备试样。

（2） 对准剪切容器上下盒，插入固定销，在下盒内放透水石和滤纸，将带有试样的环刀刃口向下，对准剪切盒口，在试样上放滤纸和透水石，将试样小心地推入剪切盒内。

（3） 移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，依次加上传压板，加压框架，安装垂直位移量测装置，测记初始读数。

（4）施加各级垂直压力，分别为100kpa，300kpa，500kpa，700kpa。 （5） 垂直压力施加后，拔出固定销，立即开动秒表，以0.8mm/min的剪切速度进行。

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（6） 当测力计百分表读数不变或后退时，则继续剪切至剪切位移为4mm时停止，记下破坏值。当剪切过程中测力计百分表读数无峰值时，则剪切至剪切位移达6mm时停止。

（7） 剪切结束，吸掉盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动压力框架，取出试样，测定试样含水率。 成果整理如下：

（1） 按下式计算每一试样的抗剪强度

τ=c·R （4.2）

式中τ——相应于某一垂直压力的抗剪强度（kPa）；

c——试验温度下的量力环应力系数（kPa/0.1mm）； R——剪切时量力环中百分表的最大读数（0.01mm）。

（2） 作抗剪强度与垂直压力的关系图

确定土的粘聚力和内摩擦角（c、φ）。如各点不在一条近似的直线上，可按相邻的三点连接成两个三角形，分别得到两个三角形的形心，然后将两形心连成一直线，直线的倾角即为内摩擦角（φ），直线在纵坐标上的截距为粘聚力（c）。

（3） 作剪应力τ与剪切位移的关系曲线

本项目分别作含水率为8.5%的直接剪切（快剪）试验，试验结果如图4.1所示：

图4.1含水率10%条件下剪切位移与百分表读数关系曲线

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由剪切位移与剪切力关系曲线，可以得出各含水率下垂直压力与抗剪强度的关系如表4.1所示：

表4.1 8.5%含水率条件下垂直压力与抗剪强度的关系 垂直压力Kpa 100 300 500 700 剪切强度Kpa 11.51 36.16 60.98 76.89

拟合直线方程为： Y = A + B * X ans =

0.110480000000000 2.192999999999981 B=0.11048 tan0.11048 A=2.193

最后得出：内摩擦角=6.3°；粘聚力=2.193Kpa。

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