0、 前言

迄今，經濟實用的分級分期灰渣筑壩技術被廣泛應用在粉煤灰貯存中?；覉鲆话阆冉ǔ跗趬?，待貯灰達一定高程后在壩前庫灰上用粉煤灰加高子壩貯灰，如此分級分期修建子壩直到最終壩高。在設計分析中，粉煤灰一般分為一般碾壓區或自然沉積區、壩基庫灰和壩體灰，由于沉積條件與碾壓程度不同，三者的干密度不同，其力學性質亦各有差異，故有必要研究粉煤灰在不同干密度下的力學性質。且粉煤灰屬粉土范疇，亦有助于認識粉土干密度與力學性質的關系。

干密度對粉煤灰力學性質影響顯著。李海芳基于幾座電廠粉煤灰的試驗得出，重塑試樣的換算摩擦系數隨干密度增大而增大，而原狀試樣試驗結果非常離散; 干密度與壓縮系數間的關系較離散，對滲透系數未見明顯影響。劉鳳德認為，內摩擦角、壓縮系數和滲透系數與干密度近似呈線性關系，文獻［4］的試驗結果亦表明，內摩擦角與干密度有良好的線性關系。

本文針對某電廠粉煤灰，進行了不同干密度下的直接剪切、壓縮和滲透試驗，分析了干密度對粉煤灰力學性質的影響。

1、 試驗

1． 1 試驗土料

試驗土料為某電廠粉煤灰，比重 Gs= 2. 42，砂粒\\(2 ～ 0. 075 mm\\) 占 18. 7%，粉粒\\(0. 075 ～ 0. 005mm\\) 占 73. 8% ，粘粒\\(≤0. 005 mm\\) 占 7. 5% ，液限wL= 45% ，塑性指數 IP= 9，分類定名為含砂低液限粉土［5］。據擊實試驗得最優含水率 wop= 16. 5% ，在本次試驗中粉煤灰制樣含水率 w 定為 17%。1． 2 試驗程序在室內采用壓樣法試制試樣時，制成試樣的最松和最密狀態下干密度分別為 0. 95 g/cm3和 1. 30g / cm3，故本次試驗取其為試驗最小和最大干密度，并內插 3 個干密度，分別為 1. 05 g/cm3、1. 15 g/cm3和 1. 25 g/cm3。

本次試驗針對 5 個干密度下的粉煤灰分別進行直接剪切、壓縮和滲透試驗。直接剪切試驗為非飽和固結快剪，試樣尺寸 \ue7886. 18 cm × 2 cm，剪切速率0. 8 mm / min，法向壓力分別為 100 kPa、200 kPa、300kPa 和 400 kPa。壓縮試驗為非飽和側限壓縮試驗，試樣尺寸 \ue7886. 18 cm ×2 cm，固結壓力分 50 kPa、100kPa、200 kPa、400 kPa 和 800 kPa 五級加載，每級壓力下固結24 h，每個干密度值下取兩個樣的平均值。滲透試驗采用變水頭法，試樣尺寸 \ue7886. 18 cm × 4cm，每個試樣測記 10 次并取其平均值。

2、 試驗結果及分析

2． 1 干密度對抗剪強度的影響

由直接剪切試驗得不同干密度下的粉煤灰在不同法向壓力下的抗剪強度 τf，繪制抗剪強度包線，如圖 1 所示?？芍?，在相同法向壓力作用下，隨干密度的增大抗剪強度增大。

由摩爾-庫倫強度理論求得不同干密度下粉煤灰的粘聚力 c 和內摩擦角 φ，見表 1。

由表 1 可知:1\\) 隨著干密度的增大 c 值有增大的趨勢，但在較低干密度下 c 值增大不明顯，其原因為較低干密度下，顆粒間的咬合力及顆粒之間的內力較小;2\\) 干密度愈大，土樣愈緊密，咬合摩擦愈大，則剪切時需更多能量來克服，故 φ 隨干密度增大而增大。為了得出內摩擦角 φ 與干密度 ρd的關系，繪制φ － ρd關系曲線，如圖 2 所示?？芍呋境示€性關系，文獻［3-4］也得出類似結論。由最小二乘法擬合得 φ =10. 97ρd+ 15. 87，相關系數 0. 9957，即干密度 ρd增大 0. 1 g/cm3，內摩擦角 φ 約增大 1. 0°。

值得說明的是，該關系式為粉煤灰在 ρd= 0. 95 ～1. 300 g / cm3下得到的試驗結果。

2． 2 干密度對壓縮性質的影響

由壓縮試驗得不同干密度下的 e － p 曲線，如圖3 所示。

由圖 3 可知:1\\) 隨干密度 ρd的逐漸增大，顆粒位置調整受到的阻力逐漸增大，曲線變得越來越平緩，表明其壓縮性逐漸減小;2\\) 由于采用壓樣法制樣，試樣具有一定的先期固結壓力，并隨干密度增大而增大，故在較低固結壓力下，低干密度試樣處于正常固結狀態且其本身孔隙比大，高密度試樣處于超固結狀態且孔隙比小; 因此，在0. 1 ～0. 2 MPa 壓力范圍內，低密度試樣壓縮性明顯大于高密度試樣，如 ρd= 0. 95 g / cm3時壓縮系數 av= 0. 973 MPa－ 1，ρd= 1. 25 g / cm3時 av=0. 128 MPa－ 1，二者壓縮性相差 7. 6 倍。

圖 4 為 av－ ρd關系曲線，二者近似呈線性關系，表明隨著 ρd的增大，av線性比例減小，文獻［3］亦得出類似結論。由最小二乘法擬 合 得 av=－ 2. 3653ρd+ 3. 1305，相關系數 0. 9235，公式適用范圍為 ρd= 0. 95 ～ 1. 30 g / cm3。

2． 3 干密度對滲透性質的影響

隨干密度 ρd的增大，粉煤灰的大孔隙度和毛管孔隙度均減小，但滲透性主要和前者有關，到達一定干密度值后大孔隙在總孔隙中所占比例小，在較低孔隙率時，進一步的壓縮主要是粒團本身壓縮和粒團內部顆粒的重新定向排列，對滲透性影響較小。因此，滲透系數 k20隨 ρd的逐漸增大逐漸減小并趨于穩定，見表 1。

土體干密度的變化可由孔隙比表示，泰勒用毛管流的海根-伯朔尼方程導出了砂土滲透系數與孔隙比 e 的關系式:

c ———顆粒形狀系數

表明在顆粒和滲流體不變的情況下，滲透系數與 e3/ \\(1 + e\\) 成比例關系。繪制粉煤灰在不同 ρd下的 k20－ e3/ \\(1 + e\\) 關系曲線，如圖 5 所示?？芍獌烧叱柿己玫木€性關系，表明式\\(1\\) 既適用于砂性土也適用于粉煤灰。

3、 結 語

本文針對某電廠粉煤灰，進行了 5 個干密度下的直接剪切、壓縮和滲透試驗，分析了干密度對其力學性質的影響，結論如下:1\\) 隨著干密度的增大，粉煤灰抗剪強度增大，內摩擦角呈線性增大，粘聚力亦增大，但在低干密度下增大不明顯;2\\) 隨著干密度的增大，粉煤灰的壓縮性減小，壓縮系數與干密度近似呈線性減小關系;3\\) 隨著干密度的增大，粉煤灰滲透系數減小并逐漸趨于穩定，其與孔隙比的關系可由泰勒公式表示。

參考文獻:
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