韋 鋒，姚志華，陳正漢，蘇立海，鮑亮亮，李加貴

（1.榆林學(xué)院 建筑工程系，陜西 榆林 719000；2.空軍工程大學(xué) 機(jī)場(chǎng)建筑工程系，陜西 西安 710038；3.后勤工程學(xué)院 土木工程系，重慶 401311；4.第二炮兵裝備部管理處，北京 100085）

1 引 言

黃土作為一種特殊土，結(jié)構(gòu)性的存在導(dǎo)致了力學(xué)特性與其他土有著質(zhì)的區(qū)別。沈珠江[1]指出，21世紀(jì)土力學(xué)的核心問(wèn)題是土體結(jié)構(gòu)性的數(shù)學(xué)模型，說(shuō)明了黃土結(jié)構(gòu)性研究的重要性。謝定義等[2－3]為黃土結(jié)構(gòu)性研究指明了方向，并提供了定量結(jié)構(gòu)性參數(shù)的方法。陳正漢[4]則從細(xì)觀角度研究了黃土的結(jié)構(gòu)性，通過(guò)CT 掃描數(shù)據(jù)得到了結(jié)構(gòu)性參數(shù)對(duì)黃土結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程的影響規(guī)律。駱亞生[5]、陳存禮[6]和邵生俊[7]等在復(fù)雜應(yīng)力條件下將黃土的結(jié)構(gòu)性與其力學(xué)特征進(jìn)行了緊密聯(lián)系，對(duì)黃土結(jié)構(gòu)性的工程實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了有益探索。

認(rèn)識(shí)黃土的結(jié)構(gòu)性，繞不開(kāi)對(duì)黃土抗剪強(qiáng)度以及屈服特性的認(rèn)識(shí)。張煒[8]、陳正漢[9]等較為系統(tǒng)地研究了非飽和黃土的強(qiáng)度和屈服特性；方祥位等[10]研究了凈平均壓力和剪應(yīng)力對(duì)重塑非飽和黃土力學(xué)特性的影響；李保雄等[11]根據(jù)室內(nèi)和原位測(cè)試結(jié)果，研究了不同沉積時(shí)代與含水狀態(tài)下黃土抗剪強(qiáng)度-應(yīng)力-變形關(guān)系；劉海松等[12]將非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究與黃土濕陷性結(jié)合起來(lái)，提出了一些黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有益結(jié)論；扈勝霞[13]和申春妮[14]等對(duì)原狀黃土進(jìn)行直剪試驗(yàn)，得出了諸多原狀黃土的力學(xué)參數(shù)。然而這些成果很少涉及結(jié)構(gòu)性對(duì)原狀黃土及其重塑土強(qiáng)度特性影響的深入分析。朱元青[15]和李加貴[16]初步研究了非飽和Q3黃土吸力增大的屈服特性，但原狀與重塑黃土的屈服特性的比較鮮有提及。基于以上考慮，很有必要對(duì)原狀黃土及其重塑黃土的強(qiáng)度和屈服特征展開(kāi)研究。

本文以蘭州和平鎮(zhèn)非飽和原狀Q3黃土及其重塑土為研究對(duì)象，利用非飽和土四聯(lián)直剪儀和改進(jìn)型非飽和土三軸儀進(jìn)行了一系列的控制吸力和凈豎向應(yīng)力（凈平均應(yīng)力）的非飽和土直剪和各向等壓加載以及三軸收縮試驗(yàn)，分析并比較了結(jié)構(gòu)差異對(duì)非飽和原狀Q3黃土及其重塑土的抗剪強(qiáng)度和屈服應(yīng)力以及屈服吸力的影響，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)黃土的結(jié)構(gòu)性以及建立結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型提供試驗(yàn)基礎(chǔ)及參數(shù)依據(jù)。

2 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)所用黃土均取自蘭州和平鎮(zhèn)，人工挖設(shè)探井，在離地面21 m 處取得土樣若干。土粒相對(duì)密度為2.71，其余物理指標(biāo)參見(jiàn)表1。將原狀黃土碾碎過(guò)1 mm 篩后，配制成含水率為20.56 %的土料。重塑試樣干密度為1.35 g/cm3，孔隙比為1.01。直剪試驗(yàn)所需試樣為環(huán)刀試樣，直徑為61.8 mm、高度為20 mm，重塑試樣一次壓實(shí)成型。各向等壓加載和三軸收縮試驗(yàn)采用直徑39.1 mm、高度80 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，原狀土樣利用削土器削制而成，重塑試樣采用5 層壓實(shí)方法制成。

表1 原狀黃土試樣的初始物理指標(biāo)Table 1 Initial physical parameters of undisturbed loess samples

原狀試樣由于初始含水率低，不能達(dá)到試驗(yàn)要求，需將其含水率調(diào)至20.56 %，與重塑土含水率保持一致，即原狀土樣削制成功后，根據(jù)其初始含水率與目標(biāo)含水率以及干密度值，可算出原狀試樣含水率增濕至目標(biāo)含水率所加水量。使用5 mm 注射器，分若干次將水滴在原狀試樣上，每次滴水間隔2～3 h，完成含水率調(diào)整后，將土樣放置在保濕器中，為讓水分充分均勻，試樣在保濕器中放置時(shí)間不低于72 h。為避免試樣水分在保濕器中揮發(fā)，定時(shí)對(duì)試樣進(jìn)行稱量，觀察其質(zhì)量是否與加水之后試樣質(zhì)量相等，如果質(zhì)量稍有減少，必須再次滴水以達(dá)到目標(biāo)含水率。

試驗(yàn)主要包括3 部分：

（1）控制吸力和凈豎向應(yīng)力為常數(shù)的非飽和直剪試驗(yàn)，原狀和重塑試樣各12 個(gè)；試驗(yàn)控制吸力分別為50、100、200、300 kPa；凈豎向應(yīng)力分別為100、200、400 kPa。直剪試驗(yàn)包括固結(jié)和剪切兩個(gè)階段，參照前人直剪試驗(yàn)結(jié)果[17]，非飽和直剪試驗(yàn)的固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)要求體變和排水量分別要小于0.003 15、0.006 00 cm3/h。直剪試驗(yàn)的剪切速率均控制在0.016 7 mm/min。試驗(yàn)設(shè)備則采用陳正漢等[18]加工和改造的四聯(lián)FDJ-ZO 型非飽和土直剪儀（見(jiàn)圖1）。

（2）吸力等于常數(shù)、凈平均應(yīng)力增大的各向等壓加載試驗(yàn)，原狀和重塑試樣各4 個(gè)；控制吸力分別為0、50、100、200 kPa，凈平均應(yīng)力最終均為400 kPa，每個(gè)試驗(yàn)用時(shí)約15 d。試驗(yàn)設(shè)備采用改進(jìn)型多功能非飽和土三軸儀，如圖2 所示。新的試驗(yàn)儀器采用GDS 壓力/體積控制器來(lái)控制變形，這一改動(dòng)可以更好地反映黃土的變形，使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有準(zhǔn)確性和科學(xué)性。各向等壓加載試驗(yàn)的固結(jié)和排水標(biāo)準(zhǔn)與直剪試驗(yàn)相同。

圖1 非飽和土四聯(lián)直剪儀Fig.1 Four-alliance direct shear apparatus for unsaturated soils

（3）凈平均應(yīng)力等于常數(shù)、吸力增大的三軸收縮試驗(yàn)，原狀和重塑試樣各3 個(gè)。凈平均應(yīng)力分別為25、50 和100 kPa，吸力分級(jí)施加；試驗(yàn)終止時(shí)，除吸力為100 kPa 的試驗(yàn)，凈平均應(yīng)力為250 kPa外，其余凈平均應(yīng)力均為300 kPa；每個(gè)試驗(yàn)用時(shí)約30 d。試驗(yàn)設(shè)備仍采用改進(jìn)后的三軸儀，與各向等壓加載試驗(yàn)相同。三軸收縮試驗(yàn)的固結(jié)和排水標(biāo)準(zhǔn)與前兩類試驗(yàn)相同。

圖2 改進(jìn)后的非飽和土三軸儀Fig.2 Improved unsaturated soil triaxial apparatus

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 直剪試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度特性影響

圖3 非飽和原狀和重塑Q3黃土剪應(yīng)力與凈豎向應(yīng)力關(guān)系曲線Fig.3 Variations of shearing stress with net vertical stress of undisturbed and remolded loess

圖4 非飽和Q3原狀和重塑黃土黏聚力和內(nèi)摩擦角與吸力之間的關(guān)系曲線Fig.4 Variations of cohesion and internal frictional angle with matric suction of undisturbed and remolded loess

非飽和土直剪試驗(yàn)中加載至設(shè)定的吸力和凈豎向應(yīng)力，通過(guò)換算可以得到剪應(yīng)力τf。圖3(a)和圖3(b)分別是原狀和重塑試樣剪應(yīng)力τf與凈豎向應(yīng)力σ′在不同吸力條件下的關(guān)系曲線；圖4(a)和圖4(b)分別是原狀和重塑土總黏聚力c 和內(nèi)摩擦角φ 與吸力s 的關(guān)系曲線，其對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表2 中。由圖3、4 和表2 可知，在同試驗(yàn)條件下，原狀黃土的剪應(yīng)力要略高于重塑土，且凈豎向應(yīng)力一定時(shí)，無(wú)論是原狀黃土還是重塑黃土，抗剪強(qiáng)度均隨吸力的增加而增加，且吸力越大，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)越大。

表2 控制吸力的直剪試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of direct shear test controlling matric suction

在50～300 kPa 吸力范圍內(nèi)，c、φ 均隨著吸力的增加呈線性增加，而吸力對(duì)內(nèi)摩擦角的變化影響不是很明顯，保守分析時(shí)可以考慮將其用飽和土內(nèi)摩擦角代替。通過(guò)分析總c、φ 與s 關(guān)系曲線的斜率變化可以得到原狀和重塑土的吸力摩擦角 φb（表3）。

表3 非飽和Q3黃土強(qiáng)度參數(shù)表Table 3 Shear strength parameters of unsaturated Q3loess

Fredlund 等[19]曾提出的非飽和土抗剪強(qiáng)度理論公式為

式中：c′和φ′分別為黏聚力和內(nèi)摩擦角；σ′=σ? ua，為凈豎向應(yīng)力；ua? uw為吸力；φb為吸力摩擦角。

通過(guò)圖3、4 以及式（1）可以求得c′、φ′和φb參數(shù)，其中c′和φ′可以通過(guò)圖4 中直線在豎軸方向的截距直接得到，原狀和重塑土強(qiáng)度參數(shù)列于表3中。原狀Q3黃土具有較高結(jié)構(gòu)性，其抵抗外力破壞的能力較強(qiáng)，相反重塑土土粒結(jié)構(gòu)比較松散，抵抗外力的能力自然較差，從而導(dǎo)致原狀土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)要高于重塑土。隨著吸力的增大，試樣含水率的降低，原狀試樣強(qiáng)度指標(biāo)增長(zhǎng)的趨勢(shì)更明顯。試驗(yàn)結(jié)果表明，同一試驗(yàn)條件下，原狀土與重塑土強(qiáng)度指標(biāo)的差異主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)性上。

將圖4 和表2 中原狀黃土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與重塑黃土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行相除，可得

式中：c1和c1分別為原狀黃土和重塑黃土的黏聚力；φ1和φ2分別為原狀黃土和重塑黃土土的內(nèi)摩擦角；Dc和Dφ則為原狀土和重塑土的黏聚力和內(nèi)摩擦角的比值。

將Dc和Dφ與吸力的變化曲線匯于圖5。由該圖可知，吸力等于0 或者50 kPa 情況下，Dc在2以上，在此試驗(yàn)條件下，原狀土的黏聚力是重塑土的2 倍以上，說(shuō)明低吸力情況下及土樣較濕時(shí)，原狀土的結(jié)構(gòu)性發(fā)揮較大作用，使得原狀土強(qiáng)度指標(biāo)高于重塑土。吸力等于300 kPa 時(shí)，Dc則接近于1，說(shuō)明了吸力對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)起到了主導(dǎo)作用，結(jié)構(gòu)性此時(shí)的貢獻(xiàn)略低。Dφ隨著吸力的增大逐漸減小，且兩者比值差別不大，高吸力情況下，兩者比值有接近1 的趨勢(shì)。

圖5 黏聚力比值 cD 和內(nèi)摩擦角比值Dφ與吸力關(guān)系曲線Fig.5 Variations of cohesion ratioDc and internal frictional angle ratio Dφwith matric suction

定義一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)M，M 始終在0～1 之間變化，與黏聚力相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為Mc，與內(nèi)摩擦角相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為Mφ：

式中：Dc0和D0φ分別為吸力為0 kPa 對(duì)應(yīng)的原狀土和重塑土的黏聚力和內(nèi)摩擦角的比值；Dcf和Dfφ分別為吸力為300 kPa 對(duì)應(yīng)的原狀土和重塑土的黏聚力和內(nèi)摩擦角的比值（本次試驗(yàn)最大吸力為300 kPa，其目的為了使Mc和Mφ介于0～1 之間）。

由前文可知，高吸力下原狀土和重塑土的性狀會(huì)接近，兩者抗剪強(qiáng)度參數(shù)的比值等于1，因此Dcf和Dfφ的值取1，因此，式（4）、（5）變?yōu)?/p>

由式（6）、（7）計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖6 所示。由圖可知，Mc、Mφ均與s 的增大呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。低吸力情況下，即黃土較濕時(shí)，結(jié)構(gòu)性發(fā)揮則受到含水率的影響，此時(shí)的結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的影響較小。而高吸力作用下，吸力會(huì)促使結(jié)構(gòu)性發(fā)揮更大作用。

圖6 結(jié)構(gòu)參數(shù)M 與吸力s 之間的關(guān)系曲線Fig.6 Variations of structural parameter M with matric suction s

根據(jù)Desai 的耦合模型[20－21]，可以考慮原狀土和重塑土在加載過(guò)程中的耦合效應(yīng)，得到的耦合表達(dá)式為

當(dāng)Mc或Mφ=0時(shí)，黏聚力和內(nèi)摩擦角耦合值取重塑土；當(dāng)Mc或Mφ=1時(shí)，黏聚力和內(nèi)摩擦角耦合值近似取原狀土；當(dāng)0＜Mc或Mφ＜ 1時(shí)，加載過(guò)程中隨著吸力以及土體干濕程度的變化，黏聚力和內(nèi)摩擦角取原狀土和重塑土的耦合值。

由式（8）、（9）計(jì)算得到了由于結(jié)構(gòu)性和吸力作用而產(chǎn)生的黏聚力和內(nèi)摩擦角耦合值，如圖7 所示。由該圖可知，黏聚力和內(nèi)摩擦角耦合值隨著吸力的變化呈現(xiàn)良好的線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，通過(guò)線性擬合得到耦合值與吸力之間的關(guān)系表達(dá)式為

圖7 黏聚力和內(nèi)摩擦角耦合值與吸力之間的關(guān)系曲線Fig.7 Variations of coupling values of cohesion c* and internal friction angle φ* with matric suction

式中：Ac和 Bc為與黏聚力耦合值相關(guān)的系數(shù)，其值分別為9.57 和0.26；Aφ和Bφ為與內(nèi)摩擦角耦合值相關(guān)的系數(shù)，其值分別為24.22 和0.011；ua? uw為吸力。

低吸力情況下，即含水率偏大的土樣，這時(shí)原狀土與重塑土力學(xué)性狀差異較大，結(jié)構(gòu)性對(duì)其原狀土強(qiáng)度指標(biāo)起到提高作用，適當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)的影響，采用耦合值，以達(dá)到選用較高的強(qiáng)度指標(biāo)的目的。高吸力情況下，即含水率偏低的土樣，此時(shí)結(jié)構(gòu)性和吸力對(duì)強(qiáng)度的增長(zhǎng)均發(fā)揮作用，但吸力貢獻(xiàn)尤為明顯；吸力越大，結(jié)構(gòu)性參數(shù)也越大，采用耦合值亦達(dá)到選用較高強(qiáng)度指標(biāo)的目的。

綜上所述，含水率較大時(shí)結(jié)構(gòu)性對(duì)黃土強(qiáng)度指標(biāo)貢獻(xiàn)尤為明顯，吸力居于次要位置；而含水率較小時(shí)，吸力對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)的提高居主導(dǎo)地位，結(jié)構(gòu)性次之。考慮黃土的結(jié)構(gòu)性和吸力的影響，在邊坡穩(wěn)定性分析或者地基承載力計(jì)算等實(shí)際工程中，可以根據(jù)土的含水率高低以及永久性或者臨時(shí)性建筑等具體工程問(wèn)題，嘗試采用原狀黃土與重塑黃土土的力學(xué)參數(shù)耦合值，為黃土地區(qū)的工程建設(shè)提供另一種參數(shù)選取的嘗試。

3.2 結(jié)構(gòu)性對(duì)屈服應(yīng)力的影響

通過(guò)各向等壓加載試驗(yàn)可以得到結(jié)構(gòu)性對(duì)屈服應(yīng)力的影響規(guī)律。圖8(a)、8(b)分別為原狀Q3黃土及其重塑土在各向等壓加載試驗(yàn)中的比容v 與凈平均應(yīng)力p 的關(guān)系曲線。比容v 具體表達(dá)式為

圖8 各向等壓加載試驗(yàn)中各試樣的比容與凈平均應(yīng)力關(guān)系曲線Fig.8 Variation of specific volume with net mean stress of hydrostatic triaxial compression test

式中：εv為體應(yīng)變；e0為土樣的初始孔隙比；v0為初始比容。

由圖8 可知，在一定吸力條件下，隨著外荷載凈平均應(yīng)力的增大，試樣體積產(chǎn)生壓縮變形，比容v 逐漸減小?？蓪⒓虞d過(guò)程中的試驗(yàn)點(diǎn)近似在一條直線上，將交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的凈平均應(yīng)力作為該試樣的屈服應(yīng)力[22]。用最小二乘法擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)得到各個(gè)試樣的屈服應(yīng)力，將其列于表4 中。

表4 各向等壓加載試驗(yàn)相關(guān)的土性參數(shù)及屈服應(yīng)力值Table 4 Values of soil parameters related to hydrostatic triaxial compressure test

由表可知，隨著吸力的增加，屈服應(yīng)力也隨之增加；吸力越大，試樣含水率越低時(shí)，抵抗外部荷載的能力有了一定的提高。在吸力條件下，重塑土的屈服應(yīng)力要略低于原狀土。可以將原狀土和重塑土屈服應(yīng)力繪于p-s 平面上，連接這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線則稱之為L(zhǎng)C 曲線[23]，可以說(shuō)由于兩者結(jié)構(gòu)性的差異，原狀土屈服面要比重塑土的屈服面大。

通過(guò)最小二乘法可以得到圖8(a)和8(b)屈服點(diǎn)前后直線斜率，作為原狀非飽和Q3黃土和重塑土的壓縮指標(biāo)，分別采用符號(hào)κ 和 λ(s) 代表屈服前和屈服后直線段的斜率，其值列于表4 中。

由表4、圖8(a)、8(b)可知，原狀土和重塑土的屈服變形差異主要體現(xiàn)在試樣屈服前，原狀土的κ值要大于重塑土，意味著原狀土的變形量隨著荷載的增加變化較小。原狀土具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，能夠抵抗一定外力作用，凈平均應(yīng)力施加時(shí)變形不是很明顯；而對(duì)于重塑土，施加凈平均應(yīng)力后，試樣變形已經(jīng)較大，這也是重塑土屈服前直線斜率較大、壓縮指標(biāo)普遍較高的原因。屈服后原狀土和重塑土壓縮指標(biāo) λ(s) 相差不是很明顯，這是因?yàn)樵瓲钔燎l(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，不能抵抗外力作用，其特性已經(jīng)向重塑土轉(zhuǎn)變。

圖9為原狀和重塑試樣的屈服應(yīng)力之差（原狀黃土屈服應(yīng)力減去重塑黃土屈服應(yīng)力）與吸力之間關(guān)系，屈服應(yīng)力之差代表了兩種土樣由于結(jié)構(gòu)性而導(dǎo)致的力學(xué)行為差異。一般認(rèn)為，重塑黃土試樣沒(méi)有結(jié)構(gòu)性，原狀黃土屈服應(yīng)力大于重塑黃土，兩者屈服應(yīng)力之差代表了原狀黃土結(jié)構(gòu)性的釋放以及結(jié)構(gòu)性的大小。

圖9 原狀和重塑土的屈服應(yīng)力之差與吸力關(guān)系曲線Fig.9 Variation of the difference between yielding stress and suction of undisturbed and remolded loess

由圖9 可知，隨著吸力的增大，屈服應(yīng)力之差呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，這也說(shuō)明了試樣結(jié)構(gòu)性的發(fā)揮受到吸力緊密影響。原狀黃土的吸力越大，含水率越低，試樣干燥，結(jié)構(gòu)性的發(fā)揮作用越強(qiáng)。吸力越小，黃土試樣的含水率越高，土樣濕潤(rùn)，不利于原狀黃土架空結(jié)構(gòu)以及膠結(jié)組織連接抵抗外部荷載。

3.3 結(jié)構(gòu)性對(duì)屈服吸力的影響

通過(guò)三軸收縮試驗(yàn)可以得到結(jié)構(gòu)性對(duì)屈服吸力的影響規(guī)律。圖10(a)、10(b)分別為三軸收縮試驗(yàn)中非飽和原狀Q3黃土及其重塑土的比容v 與吸力s的關(guān)系曲線，與前文中各向等壓加載試驗(yàn)一樣，試驗(yàn)點(diǎn)位于兩相交的直線上，通過(guò)最小二乘法可以得到屈服吸力，其值列于表5 中。由表可知，隨著凈平均應(yīng)力的增大，屈服吸力變化很小，可以認(rèn)為原狀黃土和重塑黃土的屈服吸力近似為一常數(shù)，受凈平均應(yīng)力的影響較小。

圖10(a)中，吸力加載至105 kPa 左右時(shí)原狀土樣均發(fā)生了屈服，比容迅速隨著吸力的增大而減??；圖10(b)中吸力僅加載至75 kPa 左右時(shí)重塑土樣就發(fā)生了屈服。由該圖可知，原狀試樣的屈服吸力要大于重塑試樣。通過(guò)對(duì)圖10(a)、10(b)屈服前、后直線段進(jìn)行擬合，可將得出的斜率作為收縮性指標(biāo)，屈服前、后分別采用符號(hào)κs和 λ(p)表示，其值列于表5 中。屈服前重塑土收縮性指標(biāo) κs明顯小于原狀土κs，這也表明重塑土在同一荷載作用下變形較大。試樣屈服后原狀和重塑試樣的收縮性指標(biāo) λ(p)相差不大，然而隨著凈平均應(yīng)力的增大，原狀和重塑土的收縮性指標(biāo) λ(p)均在減小，說(shuō)明荷載越大，其變形越大。

圖10 三軸收縮試驗(yàn)中Q3黃土v-s 關(guān)系曲線Fig.10 Variations of v-s of Q3loess during triaxial shrinkage test

表5 三軸收縮試驗(yàn)相關(guān)的土性參數(shù)及屈服吸力Table 5 Values of soil parameters and yielding suction related to triaxial shrinkage test

通過(guò)各向等壓加載試驗(yàn)以及三軸收縮試驗(yàn)可以完整地了解非飽和原狀Q3黃土及其重塑土的屈服特性以及之間的差異。將本節(jié)得到的屈服吸力（表5）以及3.2 節(jié)得到的屈服應(yīng)力（表4）同時(shí)繪于p-s（凈平均應(yīng)力-吸力）平面上以及p-s-q（凈平均應(yīng)力-吸力-偏應(yīng)力）三維空間上，如圖11、12所示。由圖11、12 可知，原狀黃土的屈服應(yīng)力和屈服吸力均大于重塑黃土，在p-s 平面和p-s-q 三維空間上原狀土彈性區(qū)的范圍要大于重塑土，這與黃土的結(jié)構(gòu)性密切相關(guān)，彈性區(qū)域越大，發(fā)生屈服時(shí)受到的吸力和凈平均應(yīng)力則越大，說(shuō)明由于結(jié)構(gòu)性的存在，原狀黃土抵御外部荷載的能力優(yōu)于重塑土。

圖11 原狀Q3黃土及重塑土在p-s 平面上的屈服曲線Fig.11 Yielding curves of undisturbed and remolded Q3loess in p-s plane

圖12 原狀Q3黃土及其重塑土p-q-s 坐標(biāo)系中屈服面的空間形式Fig.12 Configuration of yielding surface for undisturbed and remolded Q3loess in p-s-q coordinate

4 結(jié) 論

（1）凈豎向應(yīng)力一定時(shí)，原狀Q3黃土及其重塑土的黏聚力和內(nèi)摩擦角均隨吸力的增加而呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，吸力越大，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)越大。

（2）原狀Q3黃土具有較高的結(jié)構(gòu)性，抵抗外力破壞的能力較強(qiáng)，其重塑土的土粒之間結(jié)構(gòu)比較松散，抵抗外力的能力較差，導(dǎo)致原狀土的抗剪強(qiáng)度要高于重塑土，尤其是在低吸力情況下，原狀土的黏聚力是重塑土的2 倍以上。

（3）定義了黏聚力結(jié)構(gòu)參數(shù)Mc和內(nèi)摩擦角結(jié)構(gòu)參數(shù)Mφ，得到了黏聚力耦合值 c*和內(nèi)摩擦角耦合值 φ*隨著吸力的變化的擬合公式，為實(shí)際工程抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選取提供另一種嘗試。

（4）原狀黃土的屈服應(yīng)力和屈服吸力均大于重塑土，在p-s 平面上原狀土的彈性區(qū)要大于重塑土；原狀與重塑黃土屈服應(yīng)力之差隨著吸力的增大而線性增長(zhǎng)；屈服吸力并不隨凈平均應(yīng)力的變化而顯著變化，基本上趨近于一常數(shù)。

（5）試樣屈服前，原狀黃土較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性導(dǎo)致其變形要小于重塑土，試樣屈服后，兩者變形差別不大，結(jié)構(gòu)性具有抵消外部荷載變形的能力。

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