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膨胀土的工程病害问题到现在都还没有得到妥善解决。相关的工程问题涉及到边坡防护、路堤填筑、建筑物基础的稳定和放射性废物深埋处置等,这些问题都涉及到膨胀土的非饱和性质。膨胀土是一种特殊的粘土,其力学与水力学行为不同于一般的非饱和土。吸湿膨胀软化、脱湿收缩开裂,且胀缩变形具有往复性。原状膨胀土具有超固结特性和裂隙性等特有的结构性质,其力学与水力学性能比压实土的更加复杂,目前相关的理论研究很不完善,难以满足相关工程问题的需要。因此对原状膨胀土非饱和性质的研究有重要的学术研究意义和工程实用价值。 本文针对荆门原状弱膨胀土进行了土水特性和抗剪强度的试验研究工作,并取得了以下研究成果: (1)对原状膨胀土的吸力测定试验中,分别使用了轴平移法、滤纸法和蒸汽平衡法,这3种吸力量测方法使用广泛,所得结果比较可靠。本文对这3种方法的原理进行了详细阐述,并结合试验经验,对3种方法分别提出了具体的操作要求和注意事项。为相关的研究工作提供了很好的借鉴意义。 (2)通过滤纸法测得荆门原状膨胀土的初始吸力在2000kPa左右,继而通过轴平移法和蒸汽平衡法测定了原状膨胀土的脱湿和吸湿过程中的土水特征曲线。并运用了Gardner模型、V-G模型和F-X模型对试验结果进行了拟合,得出相应的拟合参数具有很好的规律性。该3种模型对原状膨胀土脱湿和吸湿过程的SWCC拟合精度都很高,因此,上述模型能够对原状膨胀土的土水特征给出比较好的预测结果。 (3)采用四联直剪仪进行原状膨胀土与压实膨胀土的饱和和非饱和状态在不同剪切条件下的强度试验,研究了其强度特性与剪切过程中的体变规律,根据试验结果通过摩尔-库仑准则得到其抗剪强度指标。试验结果表明:原状膨胀土的膨胀变形和剪切强度都比压实土的高;其非饱和抗剪强度远高于饱和抗剪强度;经过多次反复剪切后,原状土的残余强度与压实土的基本一致。分析得到原状土比压实土强度高的主要原因是:原状土粘聚力c对强度的贡献较大,二者的摩擦角φ差别较小。