Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ 工程地质学报 １００４—９６６５／２０１ １／１９（１）．０１３７—０６ 非饱和黏性土抗剪强度的温度效应试验研究术 邵玉娴 施 斌 顾 凯 唐朝生 高 磊 （南京大学地球科学与工程学院 南京摘要２１００９３） 为了系统地了解温度对黏性土工程性质的影响，本文采用南京地区三种不同矿物成分的黏性土，制成不同含水量和 干密度的试样，在５～４５℃条件下，开展了抗剪强度试验，获得了三种土的非饱和重塑试样的抗剪强度与温度的关系。试验结 果表明：黏性土的黏聚力随温度升高呈线性变化；亲水矿物含量较高的黏性土抗剪强度对温度变化较敏感，黏聚力随着温度 的升高而降低，表现为强度的热软化现象；亲水矿物含量较低的黏性土，当含水量较低（Ｗ≤１７％）时，表现为强度的热硬化现 象，当含水量较高（ｗ≥２２％）时，表现为强度的热软化现象，且干密度越高的试样，强度的温度效应越明显。论文还分析了非 饱和黏性土抗剪强度的热硬化和热软化的内在机理。 关键词非饱和黏性土温度强度热软化热硬化 中图分类号：ＴＵ４４１ 文献标识码：Ａ ＤＩＲＥＣＴ ＳＨＥＡＲ ＴＥＳＴ ＦｏＲ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＥＦＦＥＣＴ ｏＮ ＳＨＥＡＲ ＳＴＲＥＮＧＴＨ ｏＦ ＵＮＳＡＴＵＲＡＴＥＤ ＣＬＡＹＥＹ ＳｏＩＬＳ ＳＨＡＯ Ｙｕｘｉａｎ ＳＨＩ Ｂｉｎ ＧＵ Ｋａｉ ’Ｉ’Ａ Ｇ Ｃｈａｏｓｈｅｎｇ ＧＡ０ Ｌｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥａａｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９３） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌｓ，ｌａｂｏ－ ｒａｔｏｒｙ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ．Ａｍｏｎｇ ｔｈｒｅｅ ｃｏｍｍｏｎ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌｓ ｉｎ Ｎａｎｊｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｄｉｒｅｃｔ ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ５～５Ｏ℃．Ｔｈｅ ｒｅ－ ｓｕｈｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ．（１）ｔｈｅ ｃｏｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｉｎｌｙ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．（２）ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｍｉｎｅｒａｌ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ． （３）ｔｈｅ ｃｏｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ，ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ—ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．（４）ｆ０ｒ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ ｍｉｎｅｒａｌ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｌｏｗｅｒ（Ｗ≤１７％），ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏ—ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｈｏｗｅｖｅｒ ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ—ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ（Ｗ ＞２２％），ａｎｄ ｔＩｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｏｆ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌｓ ｉｓ ａｎａ— ｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌｓ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ｓｔｒｅｎｇｔｈ，Ｔｈｅｒｍａｌ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ，Ｔｈｅｒｍａｌ—ｈａｒｄｅｎｉｎｇ 收稿日期：２０１０—０８—２０；收到修改稿日期：２０１１—０ｌ一１４． 基金项目：国家自然科学基金重点项目（４０７３０７３９）． 第一作者简介：邵玉娴，从事工程地质和环境岩土工程研究．Ｅｍａｉｌ：ｓｈａｏｙｕｘｉａｎＯ１２７＠１６３．ｃｏｒｌｌ １３８ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１１ 显，根据作者所在的南京大学地球环境计算工程研 １ 引 言 究所城市热岛效应课题组对南京地区浅层土体温度 的长期观测，发现南京城区地下１～３ｍ浅层土体中 温度场是黏性土的基本物理场，它的改变对黏 的温度比郊区年平均高２￣Ｃ左右，在夏季甚至高达４ 性土的工程性质有较大的影响，这种影响表现在黏 ～５℃¨ ”ｊ。温度场的变化已引起岩土体内部湿度 性土强度、水分迁移规律、渗透性和蠕变特性等工程 场和化学场的变化，也一定会引起土的力学性状的 性质的变化，是工程地质领域中一个重要的研究课 变化，在一定的条件下，引起一系列地质灾害 。 题 ］。 因此，开展在地温变化范围内的黏性土强度的温度 关于温度对黏性土强度和变形的影响，很早就 效应研究具有重要的理论和实际意义。 引起了国外学者的关注。Ｍｉｔｃｈｅｌｌ等对饱和的淤泥 本文采用南京地区三种典型黏性土，在５～ 在０～３５℃之间进行了三轴强度试验，得出了土的 ４５℃范围内对不同含水量和干密度的非饱和重塑试 强度随温度的增加而下降的规律 ；Ｐａｓｓｗｅｌｌ完成 样进行了直接剪切试验，对温度影响下的非饱和黏 了恒定荷载条件下的加热试验，首次提出了热固结 性土抗剪强度特性进行了研究，并分析了温度对黏 的概念 ；Ｂｏｕｄａｌｉ的研究表明，温度对天然黏性土 性土抗剪强度的影响机理。 的先期固结压力、压缩曲线、孔隙水压力有较大的影 响，但对于重塑或正常固结黏性土的力学性质影响 ２试验方案 不明显 ；Ｂｒｕｙｎ发现饱和黏土性土试样抗剪强度 随温度升高而减小 ，Ｂｕｒｇｈｉｇｎｏｌｉ对热固结过程中 ２．１材料选取 热量和土骨架蠕变进行了研究，并发现热循环会导 致土的硬化＿５ Ｊ。这些研究成果大多针对饱和土开 本文试验中采用的三种黏性土分别为南京地区 展的，研究的土类也比较单一。 广泛分布的淤泥质＿土（ＳＩ）、下蜀土（Ｓ２）和膨胀土 近年来，国内一些学者也开始了这方面的研究， （ｓ３）。淤泥质土取自南京段长江阶地，属现代新近 如高燕希用理论推导得出土的抗剪强度随温度升高 沉积粉质黏土，呈灰黑色，天然含水量约为５５％；下 而线性减小的结论，但没有得到试验验证 ；欧孝 蜀土为中、晚更新世亚黏土，呈棕黄色，天然含水量 夺等进行了不同温度下的三轴试验，获得了黏性土 约为２５％；膨胀土取自南京浦口地区，呈灰白色密 强度硬化的结果 ；谢云等采用控制温度、净围 块状。三种土的基本物理性质参数见表１，可以看 压和基质吸力的膨胀土三轴排水剪切试验，得出了 出，三种黏性土的伊蒙混层矿物含量呈递增变化，它 非饱和土的抗剪强度随温度的升高而增加的结 们的液塑限也呈递增变化。 论 。 从以上研究成果看到，黏性土强度的温度效应 ２．２试验方法 影响因素复杂，与黏性土的结构性、矿物组成成分、 本文试验中环境温度的控制采用步入式高低温 含水量和密度等密切相关，但目前还缺乏比较系统 交变湿热实验室（图Ｉ）。该实验室的控温范围为一 和一致的看法，关键是弄清土中水在量和质上的变 １０～８０￣Ｃ，控温精度为±０．５￣Ｃ，控湿范围为５０％～ 化¨ 。因此通过较为全面的试验方法，从水一土作 ９８％。参照南京地区浅表层土体的温度变化区 用的本质人手对黏性土强度的温度效应进行分析是 间¨ ，本文试验的控温区间为５～４５℃。 十分必要的。 将取回的三种黏性土风干粉碎，并过２ｍｍ筛， 随着城市化进程的加快，城市热岛效应日益明 均匀喷洒水后静置于密闭容器内２４ｈ后，用静压法 表１ 三种粘性土的物理和水理性质 Ｔａｂｌｅ １ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ—ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌｓ １９（１） 邵玉娴等：非饱和黏性土抗剪强度的温度效应试验研究 １３９ 图１ 步入式高低温交变湿热实验室 Ｆｉｇ．１ Ｗａｌｋｉｎｇ—ｉｎ ｈｉｇｈ—ａｎｄ—ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｌａｂ 分别制成４组直剪试样，每种土的每个试样组含１６ 个试样，其物理指标见表２。试样放置在保湿皿中， 在不同温度（５℃、２０℃、３０ｏＣ和４５ ｏＣ）条件下养护 ２４ｈ后，采用应变控制式便携直剪仪进行该温度下 进行直接剪切试验，剪切速率１０ｓ・转～，各级垂直荷 Ｓ 载的大小分别为５０ｋＰａ，ｌＯＯｋＰａ，２００ｋＰａ和３００ｋＰａ。 表２重塑试样的物理指标 ５ 加 如 ７ ７ ８ ８ Ｔａｂｌｅ ２ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｉｎｄｅｘｅｓ ｏｆ ｒｅｍｏ｜ｄｅｄ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌ ｉｎ ｌｂａｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｓｔ∞ ｓ 口： 。＝ ＂ ７ ７ ６ ６ 他 卯 ８ ７ ６ ６ ∞ 加吣 ４ ４ ３ ４ 卯 ４ ４ ３ ４ 昭 ∞ ３ ３ ３ ２ ” 卯盯 ３ ３ ２ ３ 盯 ３试验结果与分析 根据不同温度下的直接剪切试验，得到了不同 温度下试样的强度指标：黏聚力（Ｃ）和内摩擦角 （ ）。可以看出，Ｃ和 受温度的影响非常明显 （表３）。 ３．１ 土质对黏性土抗剪强度温度效应的影响 同组试样中３种土的抗剪强度指标与温度的关 系如图２所示：３种黏性土试样的Ｃ与７１具有明显 表３试样在不同温度下的抗剪强度指标 Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 的相关关系，随温度的升高基本呈线性变化，而 值比较离散，与温度没有明显的相关性。几组试样 的 值都不大，且随温度升高变化范围都在５。以 内，因此ｃ值是影响黏性土抗剪强度的主要指标。 图２还表明，Ｓ３的４组试样的ｃ值随温度升高都呈 线性递减，且３种黏性土ｃ值随温度升高的变化率 呈ｓ３＞ｓ２＞Ｓ１。在试样组Ⅲ中Ｓ３的ｃ值从１６．４７ｋＰａ 降低到７．９ｋＰａ，在４５℃时试样组Ⅲ中ｓ３的ｃ值低 于ｓ２；在试样组Ⅳ中，当温度从５℃增加到４５ ｏＣ时， １２ ｌＯ ８ 一 ６ 鲁 ４ ２ ０ 图２不同土质试样抗剪强度指标的温度效应 Ｆｉｇ．２ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌｓ １４０ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅ Ｇｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１１ ｓ３的Ｃ值降低了１２．３８ｋＰａ，在３０ｃｌＣ时ｓ３的Ｃ值低 于Ｓ２。 亲水性和较高的活性。亲水矿物含量越高，黏土颗 粒表面的结合水膜和对应的力学性质对温度变化越 敏感。 对于上述试验结果，可用经典的黏性土双电层 理论进行解释。由于黏土颗粒表面带电，在其静电 引力的作用下，带有负电荷的反离子被牢固地吸附， ＼ 排列在黏粒的表面上形成反离子层。黏粒表面的负 咖 ｊ＼．ｊ。 ＼＼０ １０ ２０ ３０ ４０ 三 Ｓ ． ∞ ＼ 《 Ⅱ 的如∞ ０电荷由吸附的水化阳离子和极性水分子所补偿，后 者形成了双电层的外层，即结合水膜，它由固定层 持 基 （强结合水）和扩散层组成（弱结合水），扩散层由次 定向吸附结合水和渗透结合水组成¨ 。黏性土中 的结合水膜厚度的变化控制着黏性土稠度、塑性、分 ｊ｛ ’、．＝＝＝＝＝ ＝ 、 ５０ 温度／％２ 散、渗透、膨胀、收缩等水理性质与物理化学性质以 及强度、变形等力学性质 ’“ ，而结合水膜的厚度又 图３不同温度下土的吸附结合水量变化曲线 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｂｅｄ ｂｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ 与温度密切相关，因此了解土中结合水膜厚度随温度 的变化有利于分析黏性土力学性质的温度效应。 为此，本文采用容量瓶法对不同温度下黏性土 结合水膜厚度的变化是引起宏观上力学性质改 变的重要原因¨ 。温度升高以后，吸附结合水量的 减少会导致结合水膜变薄 ’ 。这是因为结合水膜 内的水分子受两方面的力学作用：一方面是黏土颗 砸蚰∞∞∞０。 的吸附结合水量进行了测定，具体的测试方法可参 考文献［１７］。图３给出了３种土样在不同温度条 件下吸附结合水量变化曲线。由图中可知，３种黏 性土的吸附结合水量随温度升高（５～５ｏ￣ｃ）基本呈 线性递减，递减速率呈ｓ３＞ｓ２＞Ｓ１的趋势，这与Ｃ值 随温度的变化规律一致（图２（ａ））。吸附结合水的 含量及其随温度的变化率主要与黏性土中亲水矿物 含量有关。Ｓ３中含有８７．４％的伊蒙混层矿物，伊蒙 混层矿物由伊利石和蒙脱石两种单位晶层无规则的 粒表面的吸引力，使它束缚在土粒表面；另一方面 是水分子的热运动引起的扩散作用力，使水分子有 背向黏土颗粒扩散的趋势。升温作用加剧了水分子 的热运动，结合水膜内的部分水分子游离出水膜。 结合水膜厚度的变化会造成微观上粒间作用力的变 化，从而对宏观上的抗剪强度指标产生影响。 ３．２ 于密度和含水量对抗剪强度温度效应的影响 相互叠置而成，具有蒙脱石和伊利石的特性。其中 蒙脱石的阳离子交换量、比表面积和颗粒表面的负 电荷量都远远高于伊利石和高岭石 引，具有较强的 分别对比试样组Ｉ和Ⅱ，试样组Ⅲ和Ⅳ的ｃ值 和 值，可以得到相同含水量不同干密度试样的抗 ５ ２Ｏ ３０ ４５ ５ ２０ ３０ ４５ ５ ２０ ３０４５ ｒ／℃ ＋试样组Ⅲ— 一试样组Ⅳ Ｃｏ）妒一Ｔ（ｄ） ｒ 图４不同干密度试样抗剪强度温度效应试验结果 Ｆｉｇ．４ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｒｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌｓ ｌ９（１） 邵玉娴等：非饱和黏性土抗剪强度的温度效应试验研究 １４１ 剪强度随温度的变化情况（图４）。由图可知，４个 试样组的ｃ值与温度有较为明显的线性相关性，但 值随温度变化不大，且与 没有明显的相关性。 由图４还可以看到：在试样组Ｉ和Ⅱ中，Ｓ１和 Ｓ２的ｃ值随温度升高略有升高，表现为强度上的热 硬化现象，Ｓ３的Ｃ值随温度升高而明显降低，表现 为强度上的热软化现象；在试样组Ⅲ和Ⅳ中，３种 黏性土试样的ｃ值都随温度升高有所降低，表现为 强度上的热软化现象；含水量相同，干密度较大的 试样组的ｃ值随温度的变化率较大。 上述试验成果证明，试样强度的热硬化现象出 现在Ｓ１和ｓ２含水量和饱和度较低的试样组中。这 是因为此时的结合水膜厚度较薄，土中存在着较多 的封闭气体，使得土中水蒸发的有效表面积增大。 随着温度的升高，土中的水分蒸发加快，土颗粒结合 水膜变薄，毛细力上升，粒间连结力增大，随之黏聚 力也增大。 黏性土强度的热软化现象主要发生Ｓｌ和Ｓ２试 样组Ⅲ和Ⅳ和ｓ３中。ｓ１和ｓ２的Ⅲ和Ⅳ组试样含 水量和饱和度相对较高，土中的封闭气体较少，土中 水蒸发的有效表面积小，粒间毛细力相对较小，结合 水膜的厚度较厚，随着温度升高，部分结合水游离出 结合水膜成为自由水，因此粒间因为自由水的存在 连接力明显减弱… 。如３．１所述，ｓ３的吸附结合 水量及其随温度的减少幅度均高于Ｓ１和Ｓ２，因此 随温度升高Ｓ３土中的自由水增多最为明显。众所 周知，水的黏滞性随着温度的升高而降低，使得土中 剪切带上摩阻力减少，从而导致抗剪强度的降低。 另外，从土力学的角度出发，饱和度较高的试样中孔 隙大多被水充满，温度的升高使得孔隙水压升高，引 起有效应力的降低，也会导致抗剪强度指标的降 低 。 当含水量较低时，黏聚力主要来源于颗粒间的 静电力和范德华力，因此颗粒间的距离越近，单位面 积上土颗粒接触点越多，则黏聚力越强。对于同种 土样，相同含水量，干密度越大的试样黏聚力越大 （图４ａ）。因为剪切面上颗粒接触点较多，温度变化 带来的粒间力的变化较明显，抗剪强度的温度效应 也就越明显。从图４ｃ可以看出，试样组Ⅲ和Ⅳ的黏 聚力差距不大，且明显低于试样组Ｉ和Ⅱ。当黏性 土含水量较高时，土颗粒之间水化膜较厚，土粒表面 的负电荷多被水化阳离子补偿，颗粒问通过水化膜 和自由水间接接触，粒问力大大削弱，干密度差异带 来的黏聚力差异相对较小，抗剪强度的温度效应也 就减小。 ４结论 本文采用南京地区３种不同矿物成分的黏性 土，制成不同含水量和干密度的重塑试样，在５— ４５℃条件下，开展了抗剪强度试验，获得了３种土的 非饱和重塑试样的抗剪强度与温度的关系，并得到 以下结论： （１）温度的变化对非饱和黏性土的强度有一定 的影响，对抗剪强度指标中黏聚力的影响较大，而对 内摩擦角的影响规律不明显； （２）对于亲水矿物含量较低的黏性土，当含水 量较低（ ≤１７％）时，黏聚力随着温度的升高而升 高，表现为强度的热硬化现象；当含水量相同时，干 密度越高的试样，热硬化现象越明显；当含水量较 高（ ３２２％）时，黏聚力随着温度的升高而降低，表 现为强度的热软化现象，此时干密度的不同引起的 黏聚力及其温度效应的差异不大； （３）对于亲水矿物含量较高的黏性土，黏聚力 随着温度的升高而降低，表现为强度的热软化现象， 其温度效应基本不受含水量和干密度的制约； （４）黏性土中亲水矿物含量越高，黏性土的强 度对温度变化越敏感； （５）非饱和黏性土强度的热硬化和热软化的内 在机理与结合水膜的厚度和水的黏滞性变化有关， 同时还受到矿物成分、饱和度、密实度等多方面的影 响。 需要指出的是，本文只对３种非饱和黏性土的 强度开展了初步研究，非饱和黏性土强度的温度效 应影响因素众多，如果要用土质、含水量和密实度的 具体指标作为黏性土强度的热软化和热硬化的界 限，还需要开展更系统深入的研究工作，目前进一步 的试验工作正在进行中。 参考文献 ［１］ Ｍｉｔｃｈｅｌｌ Ｊ．Ｋ，Ｋｅｎｉｃｈｉ Ｓ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ［Ｍ］ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．，２００５． ［２］Ｐａｓｓｗｅｌｌ Ｒ Ｅ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｃｌａｙ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ．Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈ．ａｎｄ Ｆｏｕｎｄ．Ｅｎｇｒｇ．Ｄｉｖ．，ＡＳＣＥ，１９６７，９３（３）：９～２１． ［３ ｊ Ｂｏｕｄａｌｉ Ｍ．Ｖｉｓｃｏｕｓ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｃｌａｙｓ．Ｐｒｏ（：．１３ｔｈ ＩＣＳＭＦＥ， １９９４，（１）：４１１～４１６． ［４］ Ｂｍｙｎ Ｄ Ｄｅ，Ｔｈｉｎｍｓ Ｊ．Ｆ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｉｌ ｍｅ— ｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒａ（－ｔｅｒｉｓｔｊ【 ｓ ｏｆ Ｂｏｏｍ ｃｌａｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ａｌｌ ｉｎｉｔｉａｌ ｌａ－ ｌ４２ ｂｏｒａｔｏｒｙ ｐｒｏｇｒａｍｍｅ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ，１９９６，４１：１ １７～１２６． ［５］ Ｂｕｒｇｈｉｇｎｏｌｉ Ａ，Ｄｅｓｉｄｅｒｉ Ａ，Ｍｉｌｉｚｉａｎｏ Ｓ．Ａ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｍｅｅｈａｎｉｅａｌ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｏｆ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌｓ．Ｃａｎａｄｉａｎ Ｇｅｏｔｅｅｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０００，３７（４）：７６４～７８０． ［８］高燕希，冯战，郑健龙．非饱和土抗剪强度的温度性质［Ｊ］．长 沙交通学院学报，２￣３０２，１８（４）：６８～７１． Ｇａｏ Ｙａｎｘｉ，Ｆｅｎｇ Ｚｈａｎ，Ｚｈｅｎｇ Ｊｉａｎｌｏｎｇ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｈｅｅｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｆｏｒ Ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ Ｓｏｉｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｃｏｍｍｕｎｉ— ｃａｔｉｏｎｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２，１８（４）：６８～７１． ［７］ 欧孝夺，吴恒，周东．广西红黏土和膨胀土热力学特性的比较 研究［Ｊ］．岩土力学，２００５，２６（７）：１０６８～１０７２． Ｏｕ Ｘｉａｏｄｕｏ，Ｗｕ Ｈｅｎｇ，Ｚｈｏｕ Ｄｏｎｇ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅｒｍｏ－ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ａｎｄ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌｓ ｉｎ Ｇｕａｎ— ｇｘｉ．Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００５，２６（７）：１０６８～１０７２． ［８］ 吴恒，张信贵，易念平，等．城市环境下的水土作用对土强度的 影响［Ｊ］．岩土力学，１９９９，２０（４）：２５～３０． Ｗｕ Ｈｅｎｇ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉｎｇｕｉ，Ｙｉ Ｎｉａｎｐｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｓｏｉｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｎ ｓｏｉｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎ ｕｒｂａｎ ａｒｅａｓ．Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎ— ｉｃｓ，１９９９，２０（４）：２５～３０． ［９］ 吴恒，欧孝夺，周东．城市环境下黏性土的热力学行为初探 ［Ｊ］．广西科学，２００３，１０（３）：２０５—２０７，２１５． Ｗｕ Ｈｅｎｇ，Ｏｕ Ｘｉａｏｄｕｏ，Ｚｈｏｕ Ｄｏｎｇ．Ｔｈｅｒｍａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉ— ｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌ ｉｎ ｕｒｂａｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｇｕａｎｇｘｉ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２００３，１０（３）：２０５～２０７，２１５． ［１Ｏ ｊ 谢云，陈正汉，李刚．温度对非饱和膨胀土抗剪强度和变形特 性的影响［Ｊ］．岩土工程学报，２００５，２８（９）：１０８２～１０８５． Ｘｉｅ Ｙｕｎ，Ｃｈｅｎ Ｚｈｅｎｇｈａｎ，Ｌｉ Ｇａｎｇ．Ｔｈｅｒｍｏ—ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌｓ．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎ－ ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，２８（９）：１９３７～１９４２． ［１１］Ａ．Ｍ．库里契茨基等，李生林，薄遵昭，秦素绢，张之一编译． 土中结合水译文集［Ｍ］．北京：地质出版社，１９８２． ＣＢＪ：Ｉ３ＡＨＨＡｇ Ｂｏ皿Ａ Ｂ ＣＩＡＣＴＥＭＡＸ，ｅｔ ａ１．Ｔｒａｎｓｌａｔｅｄ ｂｙ Ｌｉ Ｓｈｅｎｇｌｉｎ，Ｂｏ Ｚｕｎｚｈａｏ，Ｑｉｎ Ｓｕｊｕａｎ，Ｚｈａｎｇ Ｚｈｉｙｉ．Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ， １９８２． ［１２］ 施斌，刘春，王宝军，等．城市热岛效应对土的工程性质影响 及灾害效应分析［Ｊ］．地球科学进展，２００８，２３（１１）：１１６７～ ｌｌ７３． Ｓｈｉ Ｂｉｎ，Ｌｉｕ Ｃｈｕｎ，Ｗａｎｇ Ｂａｏｊｕｎ，ｅｔ ａ１．Ｕｒｂａｎ ｈｅａｔ ｉｓｌａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１１ ｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ． Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，２３（１１）：１１６７～１１７３． ［１３］ 王宝军，施斌，姜洪涛，等．近３０ａ南京市浅层地温场变化规 律研究［Ｊ］．高校地质学报，２００９，１５（２）：１９９～２０５． Ｗａｎｇ Ｂａｏｊｕｎ，Ｓｈｉ Ｂｉｎ，Ｊｉｎａｇ Ｈｏｎｇｔａｏ，ｅｔ ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ｆｏｒ Ｎａｎｊｉｎｇ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ３０ ｙｅａｒｓ．Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ， ２００９，１５（２）：１９９～２０５． ［１４］ 施斌，邵玉娴，刘春，等．城市“热岛”效应对土体工程性质的 影响及其关键科学问题［Ｊ］．工程地质学报，２００９，１７（２）： １８０～１８７． Ｓｈｉ Ｂｉｎ，Ｓｈａｏ Ｙｕｘｉａｎ，Ｌｉｕ Ｃｈｕｎ，ｅｔ ａ１．Ｉｍｐａｃｔ ａｎｄ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｈｅａｔ ｉｓｌａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｏ ｓｏｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ，２００９，ｌ７（２）：１８０～１８７． ［１５］邵玉娴，施斌，高磊，等．温度对非饱和土抗剪强度影响的试 验研究［Ｊ］．高校地质学报，２００９，１５（２）：２１３～２１７． Ｓｈａｏ Ｙｕｘｉａｎ，Ｓｈｉ Ｂｉｎ，Ｇａｏ Ｌｅｉ，ｅｔ ａ１．Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｉｎｔｌｕ－ ｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌ． Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ，２００９，１５（２）：２１３～ ２１７． ［１６］ 王媛，施斌，高磊，等．黏性土渗透性温度效应试验研究［Ｊ］． 工程地质学报，２０１０，１８（３）：３５ｌ～３５６． Ｗａｎｇ Ｙｕａｎ，Ｓｈｉ Ｂｉｎ，Ｇａｏ Ｌｅｉ，ｅｔ ａ１．Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｓｔｓ ｆｏｒ ｔｅｍｐｅｒａ— ｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｌａｙｅｙ ｓｏｉｌ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅ— ｏｌｏｇｙ，２０１０，１８（３）：３５１～３５６． ［１７］ 吴凤彩．黏性土的吸附结合水测量和渗流的某些特点［Ｊ］． 岩土工程学报，１９８４，６（６）：８４～９３． Ｗｕ Ｃａｉｆｅｎｇ．Ｔｈｅ ａｄｓｏｒｂｅｄ ｂｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｅｅｐａｇｅ．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９８４，６（６）：８４～９３． ［１８］谭罗荣，孔令伟．特殊岩土工程土质学［Ｍ］．北京：科学出版 社．２００６． Ｔａｎ Ｌｕｏｒｏｎｇ，Ｋｏｎｇ Ｌｉｎｇｗｅｉ．Ｓｐｅｃｉａｌ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｉｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｅｓｓ，２００６． ［１９］ 陈仲颐，周景星，王洪瑾．土力学［Ｍ］．北京：清华大学出版 社，１９９４． Ｃｈｅｎ ｚｈｏｎｇｙｉ，Ｚｈｏｕ ｊｉｎｇｘｉｎｇ，Ｗａｎｇ ｈｏｎｇｊｉｎ．Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｂｅｉ— ｊｉｎｇ：Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９９４．
