Efectul conținutului de argilă asupra rezistenței la forfecare a amestecului de argilă-nisip SpringerLink
Abstract
Această lucrare investighează efectul conținutului de argilă asupra rezistenței la forfecare a amestecurilor de argilă-nisip. Bentonita și nisipul Jumunjin au fost amestecate pentru a prepara amestecuri de argilă-nisip cu conținut variabil de argilă de 5, 10, 15, 20, 25 și 30%. Rezistența la forfecare a amestecului de argilă-nisip a fost măsurată folosind teste de forfecare directă și teste de unghi de repaus în stare uscată. Unghiul de repaus al amestecului de argilă-nisip a fost măsurat ca fiind mai mare decât cel al nisipului pur pentru gama studiată de conținut de argilă. De asemenea, unghiul de frecare intern al amestecului de argilă-nisip a fost măsurat pentru a fi mai mare decât cel al nisipului pur, atingând un vârf la conținutul de argilă de 10%. Teoretic, comportamentul amestecurilor de argilă-nisip urma să fie guvernat de particule de dimensiuni mari la un conținut de argilă mai mic de 23,5%, ceea ce este de acord cu inspecția vizuală a amestecurilor. La un conținut de argilă de 25,1% sau mai mare, unde aportul particulelor mari s-a presupus teoretic că nu este nici unul, rezultatele din unghiul testelor de repaus au fost semnificativ împrăștiate, indicând faptul că argila a început să joace un rol cheie în comportamentul amestecurilor.
Introducere
În timp ce mecanica solului a fost dezvoltată în principal pe baza rezultatelor testelor de nisip pur sau argilă pură, solurile întâlnite în câmp sunt în mare parte amestecuri de soluri diferite. Comportamentul mecanic al unor astfel de amestecuri de sol este foarte dificil de definit în câțiva parametri, deoarece fracțiunea boabelor fine și grosiere poate fi infinită. Cu toate acestea, comportamentul amestecurilor de sol a fost investigat cu diferite combinații de diferite tipuri de sol.
Mollins și colab. [6] au studiat proprietățile amestecurilor de argilă-nisip (bentonita Wyoming și nisipul Knapton Quarry) folosind teste de umflare și teste de conductivitate hidraulică. Rezultatele testului de umflare au arătat că bentonita a atins un raport de vid al stresului specific de limitare, iar acest raport de vid și logaritmul stresului efectiv vertical se afla într-o relație liniară. Corelarea permeabilității cu raportul gol al bentonitei a fost exprimată printr-o lege a puterii. Mai târziu, Mollins și colab. [7] a măsurat rezistența drenată a amestecurilor de argilă-nisip bentonită cu conținut diferit de argilă și densitate relativă. Densitatea relativă și unghiul de frecare al nisipului într-o stare critică au afectat rezistența finală la forfecare a amestecurilor de argilă-nisip. Dafalla [8] a investigat efectele conținutului de argilă și al conținutului de umiditate asupra rezistenței la forfecare a amestecurilor de argilă-nisip. Pe măsură ce conținutul de apă a crescut, coeziunea și unghiul de frecare intern al amestecurilor de argilă-nisip au scăzut. Mai mult, la un conținut mai mare de argilă, creșterea conținutului de apă a redus brusc coeziunea și unghiul de frecare intern. Creșterea conținutului de argilă a dus la o creștere a coeziunii pentru un conținut scăzut de argilă, cum ar fi 5 și 10%; totuși, la un conținut de argilă de până la 20%, coeziunea ar putea scădea.
Variația proprietăților materialului cu raportul golului poate fi atribuită multor factori, cum ar fi golul, densitatea relativă, compresibilitatea și permeabilitatea. Variația golului cu conținut volumetric fin a fost teoretic derivată de Lade și colab. [9]. În hârtia lor, boabele de sol s-au presupus a fi sfere complete non-plastice cu o dimensiune identică. Figura 1a ilustrează variația teoretică a raportului de gol cu conținuturi fine în volum, împreună cu figurile de umplere a golurilor conceptuale. Variația raportului gol a fost exprimată atât pentru maxim cât și pentru minim în Fig. 1b.
(modificat din Lade și colab. [9])
A Variația teoretică a raportului golului și a umplerii golurilor cu conținut fin, și variația raportului de gol maxim și minim cu conținut fin
Ueda și colab. [10] a evaluat contribuția teoretică a particulelor mari și mici asupra proprietăților mecanice ale amestecurilor de particule de două dimensiuni. Au fost adoptate metodele și experimentele cu elemente discrete bidimensionale. Contribuția particulelor mari la rezistența la forfecare s-a schimbat de la una la un conținut mic de argilă la zero la un conținut mare de argilă așa cum se arată în Fig. 2. Conținutul de argilă în care contribuția particulelor mari a început să scadă a fost definit ca limita inferioară (W a s), iar conținutul de argilă în care contribuția particulelor mari a devenit zero a fost definit ca limită superioară (W b s). Contribuția particulelor mari a continuat să varieze între cele două limite. Rezistența la forfecare a amestecului de argilă-nisip cu conținut scăzut de fin depindea de proprietățile particulelor de dimensiuni mari, iar golul unui astfel de amestec părea parțial umplut cu fine. Pe măsură ce conținutul fin a crescut, golul a fost complet umplut și particulele de dimensiuni mari ar fi înconjurate de fine. Ulterior, așa cum se arată în Fig. 2, zona de forfecare era probabil să apară în zona particulelor mici și comportamentul amestecului de argilă-nisip a început să fie guvernat de proprietatea particulelor mici.