岩土力学物理力学参数测试报告

1粉煤灰的级配组成

称取200g样品进行细筛筛析，细筛孔径从上到下依次为2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm,均匀摇晃20分钟后称量各层筛上的试样质量，精确至0.01g。

小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比可按式2.2计算，即

XmAmBds （2.2）

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（%）。 （1）：尾铁矿

表2.1尾铁矿细筛分析表

筛前总土质量=200.00g 细 筛 分 析 孔径 （mm） 2 1 0.5 0.25 0.075 累计留筛土质量（g） 2.39 5.00 27.66 87.18 177.04 小于该孔径的土质量（g） 197.61 195.00 172.34 112.82 22.96 小于该孔径土质量的百分比（%） 97.6 96.3 85.1 55.7 11.3 占总土质量百分比（%） 98.8 97.5 86.2 56.4 11.5

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100小于某粒径的质量百分数（%）8060402010.80.60.40.10.080.060.040.01湿排灰土粒直径（mm）

图2.1阜新发电厂统灰颗粒级配曲线

不均匀系数按式2.5计算：

Cud60 （2.5） d10Cud600.0683.9 d100.0173曲率系数按式2.6计算：

2d30 （2.6） Ccd10d602d300.029442Cc0.74

d10d600.01730.068式中Cu——不均匀系数；

Cc——曲率系数；

d60——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）；

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

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粒组）有28.4%，在小于0.075mm范围内（细粒组）有71.6%。按照国家标准分类，此土属于含砂低液限粉土，其土代号为MLS。 2最小干密度

砂的最小干密度宜采用漏斗法和量筒法，本实验按《土工试验方法标准》的要求，采用漏斗法对粉煤灰进行最小干密度的测定。 试验步骤如下：

（1） 将锥形塞杆自长颈漏斗下口穿入，并向上提起，使锥底堵住漏斗管口，一并放入1000mL的量筒内，使其下端与量筒底接触。

（2） 称取烘干的代表性试样700g，均匀缓慢地倒入漏斗中，将漏斗和锥形塞杆同时提高，移动塞杆，使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面1～2cm，使试样缓慢且均匀分布地落入量筒中。

（3） 试样全部落入量筒后，取出漏斗和锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平、测记试样体积，估读至5mL。

（4） 用手掌或橡皮板堵住量筒口，将量筒倒转并缓慢地转回到原来位置，重复数次，记下试样在量筒内所占体积的最大值，估读至5mL。

（5） 取上述两种方法测得的较大体积值，计算最小干密度。 最小干密度应按下式计算：

dminmd （2.8） Vd式中：dmin——试样的最小干密度（gcm3）。

最大孔隙比应按下式计算：

emaxwGs1 （2.9） dmin式中：emax——最大孔隙比，计算至0.01；

Gs——土粒比重；

dmin——最小干密度（gcm3）。

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m V试验结果见表2.22：

表2.22阜新发电厂统灰最小干密度试验结果

质量m（g） 体积V（ml） 密度（g/ml） 平均密度（g/ml） 700 490 1.429 1.436 700 485 1.443 3粉煤灰的含水率

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20～30g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2.10计算得到，即：

msmd100 （2.10） md式中——含水率（%）；

ms——湿土质量（g）； md——干土质量（g）。 试验结果如表2.26所示：

表2.26阜新发电厂统灰含水率

样品号 1 2 样品质量（g） 盒、灰总质量（g） 10.00 10.00 23.17 24.52 烘干后总质量（g） 22.42 23.74 含水率（%） 平均含水率（%） 7.50 7.65 7.80 4

4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：

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） 取固结仪于桌面，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，然后将环刀装入护环中，称取90g试样，添加到环刀中并抹平，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。

（2） 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。

（3） 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5、10分钟时记录测微表读数，假设读到5分钟时一级变形已稳定（注：工程试验对每级荷载加上后的读数时间间隔、变形稳定标准《土工试验方法标准》都有明确的规定，故生产试验必须按规程要求进行）。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。

（4） 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）

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（1） 按下式计算试样初始孔隙比e0

e0=d（s1+0）01 （3.6）

（2） 某一压力范围内的压缩系数ai

ai=ei-ei+1 （3.7） 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）；

hih1，hs0 hs1e0m0——湿土质量（g）； md——干土质量（g）；

'——环刀内湿土质量（g）； m0V——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：

e1e2e100e2001e100-1110(MPa)E(MPa) ao=P2P1（MPa）=P200P=（e（3.8） 100-e200）s100a（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；

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0.1≤a0＜0.5Mpa-1为中压缩性土。 a0≥0.5Mpa-1为高压缩性土。

表3.11真实含水率为9%时孔隙比与压力关系数据表

孔隙比与压力数据汇总（固结） 真实含水率 时间（min） 0 5 25 30 50 55 75 80 100 9% 105 125 130 150 155 175 180 200 205 225

压力值（KPa） 0 12.5 25 50 100 200 300 400 800 1600 百分表读数 第一组 0 9.6 9.8 17.4 21.6 32.0 35.2 50.9 52.3 71.3 72.5 84.5 85.9 99.8 100.0 122.3 124.3 157.4 159.8 第二组 0 11.6 12.8 22.0 23.0 36.4 37.4 53.0 .5 72.9 74 85.6 86.9 102.4 103.1 124.6 126.9 161.2 163.3 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 0.962 0.952 0.941 0.927 0.911 0.1 0.878 0.8 0.840 0.805 第二组 0.962 0.949 0.939 0.925 0.908 0.8 0.877 0.861 0.837 0.802

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图3.7真实含水率为15%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a，根据a来评价土的压缩性大小。

含水率为9%时的压缩系数为0.136 Mpa-1。 5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式表示：

=tg+c （3.9） 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

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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100、300、500、700kpa等。各个垂直压力依次轻轻施加。

（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。

（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 （3.10）

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

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本项目分别作含水率为9%的直接剪切（快剪）试验，试验结果如图3.12所示：

剪切位移与剪切力的关系曲线图（含水率：10%）250 100KN 200KN 300KN 400KN200剪切力（Kpa）150100500050010001500200025003000350040004500500055006000剪切位移（0.01mm）

图3.12含水率10%条件下剪切位移与剪切力关系曲线

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3.17所示：

垂直压力Kpa 剪切强度Kpa 表3.17 10%含水率条件下垂直压力与抗剪强度的关系

100 200 300 55.07715 109.38215

163.68715 400 217.99215 240220200180抗剪强度与垂直压力的关系曲线（含水率：10%）抗剪强度（Kpa）160140120100806040200050100150200250300350400垂直压力（Kpa）

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拟合直线方程为：

Y = A + B * X

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------ A 0.77215 1.2307E-14

B 0.305 4.49387E-17

最后得出：内摩擦角=28.5°；粘聚力=0.Kpa。

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