天津软黏土触变特性研究

杨爱武 杨少朋 张静 郎瑞卿

杨爱武, 杨少朋, 张静, 等. 2023. 天津软黏土触变特性研究[J]. 工程地质学报, 31(5): 1528-1534. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0154
引用本文: 杨爱武, 杨少朋, 张静, 等. 2023. 天津软黏土触变特性研究[J]. 工程地质学报, 31(5): 1528-1534. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0154
Yang Aiwu, Yang Shaopeng, Zhang Jing, et al. 2023. Study on thixotropic properties of Tianjin soft clay[J]. Journal of Engineering Geology, 31(5): 1528-1534. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0154
Citation: Yang Aiwu, Yang Shaopeng, Zhang Jing, et al. 2023. Study on thixotropic properties of Tianjin soft clay[J]. Journal of Engineering Geology, 31(5): 1528-1534. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0154

天津软黏土触变特性研究

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2021-0154
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51978440

天津市科技计划项目 19JCZDJC39700

中央高校基本科研业务费专项资金 2232021A-07

详细信息
    通讯作者:

    杨爱武(1971-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事软黏土力学特性及土体微观结构方面的研究. E-mail: tulilab@163.com

  • 中图分类号: TU447

STUDY ON THIXOTROPIC PROPERTIES OF TIANJIN SOFT CLAY

Funds: 

the National Natural Science Foundation of China 51978440

Project of Tianjin Science and Technology planned 19JCZDJC39700

Special Fund for Fundamental Scientific Research Business Expenses of Central Universities 2232021A-07

  • 摘要: 软黏土的触变性对于实际工程设计和施工具有重要意义。为了分析天津地区软黏土触变性,本文基于正交试验研究了含水率、矿粉含量和pH值对其十字板强度和触变强度比率等指标的影响。试验结果表明:影响天津软黏土触变强度比率的主次因素依次为含水率、矿粉含量、pH值;软黏土的触变强度比率随含水率的增大而呈指数增大;随矿粉含量增大而呈接近线性减小;随pH值的增大而增大,但其增加幅度逐渐降低,且碱性比酸性环境更有利于软黏土强度的恢复;通过回归分析,建立了包含含水率、矿粉含量、pH值3个因素的天津软黏土触变强度比率预测公式,据此预测触变强度,预测结果较好。研究成果能够为工程实践提供理论参考。
  • 图  1  触变强度比率极差值与静置时间关系图

    Figure  1.  The relationship between the thixotropic intensity ratio range and the resting time

    图  2  十字板剪切强度与含水率关系

    Figure  2.  The relationship between shear strength of cross plate and moisture content

    图  3  触变强度比率A与含水率关系

    Figure  3.  Relationship between thixotropic strength ratio A and water content

    图  4  十字板剪切强度与矿粉含量关系

    Figure  4.  The relationship between the shear strength of cross plate and the content of mineral powder

    图  5  触变强度比率A与矿粉含量的关系

    Figure  5.  Relationship between thixotropic strength ratio A and mineral powder content

    图  6  十字板剪切强度与pH值关系

    Figure  6.  The relationship between cross plate shear strength and pH value

    图  7  触变强度比率A与pH值的关系

    Figure  7.  Relationship between thixotropic strength ratio A and pH value

    表  1  天津软黏土基本物性指标

    Table  1.   Basic physical property index of Tianjin soft clay

    孔隙比e 含水率ω/% 密度ρ/g·cm-3 相对密度Gs 液限WL/% 塑限Wp/% 塑性指数Ip 液性指数IL 压缩系数av/MPa-1 压缩模量Es/MPa pH值
    1.20 46.9 1.71 2.76 43.4 22.9 20.5 1.17 0.845 2.605 9.3
    下载: 导出CSV

    表  2  天津软黏土的矿物成分

    Table  2.   Mineral composition of Tianjin soft clay

    成岩矿物种类和含量/% 黏土矿物总量/%
    石英 钾长石 斜长石 方解石 白云石 黄铁矿 石盐 角闪石
    19.0 1.1 8.5 16.2 0.8 0.2 1.4 0.2 52.6
    下载: 导出CSV

    表  3  石英粉基本物性指标

    Table  3.   Basic physical properties of quartz powder

    液限WL/% 塑限Wp/% 塑性指数Ip
    22.4 15.2 7.2
    下载: 导出CSV

    表  4  正交试验因素水平表

    Table  4.   Level of orthogonal test factors

    水平 因素
    ω/% c/% b e1 e2
    1 34 0 5.1 1 1
    2 36 5 7.0 2 2
    3 38 10 9.2 3 3
    4 40 15 11.4 4 4
    矿粉含量为掺入矿粉与干土的百分比
    下载: 导出CSV

    表  5  正交试验结果

    Table  5.   Results of orthogonal experiments

    组数 因素 触变强度比率A
    ω/% c/% b e1 e2 5 h 1 d 7 d 14 d 28 d 60 d
    A1 34 0 5.1 1 1 1.112 1.350 1.665 1.889 2.078 2.248
    A2 34 5 7.0 2 2 1.102 1.328 1.620 1.831 2.018 2.185
    A3 34 10 9.2 3 3 1.104 1.292 1.554 1.749 1.935 2.098
    A4 34 15 11.4 4 4 1.087 1.254 1.497 1.683 1.873 2.038
    A5 36 0 7.0 3 4 1.175 1.419 1.738 1.966 2.159 2.332
    A6 36 5 5.1 4 3 1.091 1.311 1.608 1.823 2.014 2.184
    A7 36 10 11.4 1 2 1.158 1.355 1.629 1.834 2.029 2.200
    A8 36 15 9.2 2 1 1.075 1.240 1.480 1.664 1.852 2.015
    A9 38 0 9.2 4 2 1.265 1.597 1.993 2.276 2.494 2.728
    A10 38 5 11.4 3 1 1.256 1.569 1.948 2.222 2.445 2.681
    A11 38 10 5.1 2 4 1.078 1.343 1.675 1.921 2.135 2.357
    A12 38 15 7.0 1 3 1.070 1.306 1.608 1.836 2.048 2.265
    A13 40 0 11.4 2 3 1.401 1.942 2.525 2.940 3.222 3.605
    A14 40 5 9.2 1 4 1.311 1.798 2.325 2.705 2.977 3.339
    A15 40 10 7.0 4 1 1.203 1.636 2.113 2.464 2.732 3.081
    A16 40 15 5.1 3 2 1.108 1.494 1.928 2.252 2.517 2.853
    下载: 导出CSV

    表  6  触变强度比率方差分析

    Table  6.   Thixotropic strength ratio analysis of variance

    方差来源 平方和Si 自由度fi Fi 显著性
    含水率 1.647 3 18.8 显著
    矿粉含量 0.382 3 4.36
    pH值 0.090 3 1.00
    下载: 导出CSV

    表  7  参数取值

    Table  7.   Parameter value

    组别 k m At-∞ R2
    A1 -1.043 05 11.983 05 2.223 09 0.997 27
    A2 -0.991 17 12.628 52 2.166 42 0.999 77
    A3 -0.928 45 13.627 06 2.087 59 0.993 68
    A4 -0.899 77 14.734 40 2.036 32 0.997 89
    A5 -1.061 56 11.975 73 2.306 79 0.996 94
    A6 -1.009 81 12.640 20 2.165 20 0.999 77
    A7 -0.973 72 13.639 20 2.189 73 0.993 58
    A8 -0.889 49 14.747 13 2.013 35 0.997 79
    A9 -1.319 72 11.659 48 2.684 69 0.997 22
    A10 -1.292 81 12.270 55 2.644 74 0.999 65
    A11 -1.172 41 13.182 22 2.332 86 0.993 98
    A12 -1.105 70 14.123 90 2.250 66 0.997 28
    A13 -1.947 50 11.291 10 3.518 59 0.993 31
    A14 -1.799 68 11.813 13 3.267 20 0.995 05
    A15 -1.679 51 12.626 08 3.024 84 0.998 72
    A16 -1.573 46 13.470 06 2.811 43 0.992 43
    下载: 导出CSV

    表  8  Fi检验结果表

    Table  8.   Fi test result table

    参数 自由度 剩余自由度 置信度 临界值 检验值 相关系数R2
    k 7 8 95% 3.500 6.98 0.9996
    m 9 6 95% 4.099 6.22 0.9997
    At-∞ 7 8 95% 3.500 5.44 0.9983
    下载: 导出CSV
  • Boswell P G H. 1948. A preliminary examination of the thixotropy of some sedimentary rocks[J]. Quarterly Journal of Geological Science,104 (1): 4-23.
    Chen H, Ma K S. 2015. Study on effect of moisture to strength recovery of disturbed silt[J]. Science Technology and Engineering, 15 (23): 184-188.
    Cui Z Z, Zhou W H, Pan P, et al. 2016. Thixotropic characteristics of remolded loess in Tongxin County, Ningxia[J]. Journal of Hydroelectric Engineering, 35 (6): 111-117.
    Huo H F, Qi L, Lei H Y, et al. 2016. Analysis and experimental study on thixotropy of Tianjin soft clay[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 35 (3): 631-637.
    Jan M, Norman J E. 2009. Thixotropy[J]. Advances in Colloid & Interface ence, 147: 214-217.
    Li L H, Chen L, Gao S Y. 2010. Experimentalresearch on thixotropy of wetland soft soil in Cuihu[J]. Rock and Soil Mechanics, 31 (3): 765-768.
    Liu C Y, Chen Q S, Zheng J G, et al. 2009. The thixotropy of ferric aluminum magnesium hydroxide/montmorillonite suspension[J]. Journal of East China University of Technology(Natural Science), 32 (2): 167-171.
    Mitchell J K. 1960. Fundamental aspects of thixotropy in soils[J]. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 86 (3): 19-52. doi: 10.1061/JSFEAQ.0000271
    Seed H B, Chan C K. 1957. Thixotropic characteristics of compacted clays[J]. Journal of the Soil Mechanics & Foundations Division, 83(4), doi: 10.1061/JSFEAQ.0000077.
    Skempton A W, Northey R D. 1952. The sensitivity of clays[J]. Géotechnique, 2 (1): 30-53.
    The National Standards Compilation Group of People's Republic of China. 2019. Standards for geotechnical test methods(GB/T50123-2019)[S]. Beijing: China Planning Press.
    Wang L, Cao L L, Li L, et al. 2015. Vane shear tests on thixotropy of Taihu lake and Baimahu lake dredged slurries[J]. Journal of Engineering Geology, 23 (3): 548-553.
    Wang W M, Guo S C, Cui Z Z. 2014. Study of effect of soluble salt on loess thixotropy[J]. Rock and Soil Mechanics, 35 (12): 3385-3388, 3395.
    Zhang X W, Kong L W, Li J, et al. 2014. Microscopic mechanism of strength increase of clay during thixotropic process[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 36 (8): 1407-1413.
    Zhu C P, Liu H L, Shen Y. 2011. Laboratory tests on shear strength properties of soil polluted by acid and alkali[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 33 (7): 1146-1152.
    Zsuzsanna C, Etelka T, Tamas S, et al. 2010. Standard state of soil dispersions for rheological measurements[J]. Applied Clay Science, 48 (4): 594-601. doi: 10.1016/j.clay.2010.03.009
    陈恒, 马克生. 2015. 含水率对扰动粉土强度恢复规律影响研究[J]. 科学技术与工程, 15 (23): 184-188. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS201523034.htm
    崔自治, 周伟红, 潘鹏, 等. 2016. 宁夏同心重塑黄土的触变特性[J]. 水力发电学报, 35 (6): 111-117. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SFXB201606014.htm
    霍海峰, 齐麟, 雷华阳, 等. 2016. 天津软黏土触变性的思考与试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 35 (3): 631-637. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSLX201603020.htm
    李丽华, 陈轮, 高盛焱. 2010. 翠湖湿地软土触变性试验研究[J]. 岩土力学, 31 (3): 765-768. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTLX201003018.htm
    刘崇宇, 陈泉水, 郑举功, 等. 2009. Fe-Al-Mg-MMH/溪膨润土分散体系触变性研究[J]. 东华理工大学学报(自然科学版), 32 (2): 167-171. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HDDZ200902013.htm
    王亮, 曹玲珑, 李磊, 等. 2015. 太湖与白马湖疏浚淤泥的触变特性研究[J]. 工程地质学报, 23 (3): 548-553. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2015.03.025
    王文孟, 郭少春, 崔自治. 2014. 可溶盐对黄土触变性的作用效应研究[J]. 岩土力学, 35 (12): 3385-3388, 3395. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTLX201412006.htm
    张先伟, 孔令伟, 李峻, 等. 2014. 黏土触变过程中强度恢复的微观机理[J]. 岩土工程学报, 36 (8): 1407-1413. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTGC201408006.htm
    中华人民共和国国家标准编写组. 2019. 土工试验方法标准(GB/T50123-2019)[S]. 北京: 中国计划出版社.
    朱春鹏, 刘汉龙, 沈扬. 2011. 酸碱污染土强度特性的室内试验研究[J]. 岩土工程学报, 33 (7): 1146-1152. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YTGC201107025.htm
  • 加载中
图(7) / 表(8)
计量
  • 文章访问数:  79
  • HTML全文浏览量:  11
  • PDF下载量:  21
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-22
  • 修回日期:  2021-06-16
  • 刊出日期:  2023-10-25

目录

    /

    返回文章
    返回