關于巖土抗剪強度參數的幾點探討

2015-10-29 08:41:16葉安源

建材與裝飾 2015年10期

葉安源

（福州市建筑設計院　福建　福州　350000）

關于巖土抗剪強度參數的幾點探討

葉安源

（福州市建筑設計院福建福州350000）

為研究不同試驗獲取的巖土抗剪強度參數的影響，進行了飽和粘性土固結不排水三軸試驗及直接剪切試驗。試驗成果表明固結不排水三軸試驗所得的抗剪強度比直接剪切試驗大一些。且隨著壓實度的增大，差值不斷的增大。

巖土；設計；參數；試驗

引言

我國目前正處于經濟建設飛速發展階段，土木工程也處于大建設時期，建設過程中遇到的問題也越來越復雜，對設計的提出要求也更高，設計參數的準確性就成了整個工程建設成敗的首要因素。對于巖土工程來說，參數的獲取主要依靠的是現場和室內試驗，因此很多學者對一些常規土工試驗展開了研究，如陳煥強就環刀法測定土密度試驗進行技術改進與探討[1]，潘廣燦結合實踐經驗討論了土工試驗中的常見問題，并提出解決方法和建議[2]。安杰分別采用密度計法，移液管法試驗，就其對懸液的攪動影響結果進行比較，提出了針對性的試驗方法[3]。還有一些學者從土工試驗與現場試驗的對比及試驗質量等方面進行了研究[4～6]。筆者也是從土工試驗入手，分析所得的試驗參數的準確性，并提出試驗中應注意的事項。

1　抗剪強度指標試驗的分析

抗剪強度是巖土工程設計中一項十分重要的指標，抗剪強度指標的獲取方法有很多，包括了單軸試驗、三軸試驗、直接剪切試驗、室外的十字板剪切試驗等。目前，大部分工程項目的抗剪強度指標都是通過直接剪切試驗獲取的，直接剪切試驗具有儀器設備便宜，試驗操作簡單，試驗時程短等優點，試驗成果可以滿足部分現場地質條件簡單的情況。但其剪切面固定，排水條件簡單等缺點，往往無法滿足一些復雜工程項目設計中對參數準確性提出的要求，如設計中需要了解土體受力工程中孔隙水壓力的變化情況，采用直接剪切試驗就無法滿足。單軸試驗由于試驗過程中沒有側向的作用力，只適用于現場土體臨空的狀態。十字板剪切試驗雖然具有對原有土體擾動少，儀器設備簡單等優點，但其只適用于均質的飽和粘性土，無法測得一些地下水位以上非飽和硬粘土的抗剪強度指標。三軸試驗是一種能近視模擬較多現場土體情況的試驗，對能較好的控制排水，并測量試驗中孔隙水壓力的變化。隨著計算機的發展，現在三軸試驗儀器有了較大的改變，不再需要看表讀數，大大的減少了人為因素的影響，且試驗成果的精度有較高的保證。當然，傳統的三軸試驗過程中土樣四周圍壓是相等的，與實際中土樣受三維不同的壓力有所差別，但其試驗成果的精度已經能夠滿足大部分的工程需求，況且真三軸試驗儀器價格昂貴，操作過程相對復雜，若要將其大范圍的推廣到工程試驗過程中還是有一定的難度的。為說明直剪試驗和三軸試驗所得參數對設計的影響。本文選取了幾組相同土樣分別進行了直接剪切和三軸試驗，并對試驗成果進行了分析。

2　試驗基本參數

土樣取于閩清，為了對土體性質有一全面的了解，本文還進行了多項常規試驗，獲取了土樣的各項基本參數如表1所示。

表1　試驗土樣的基本物理性質指標

為了使試驗成果更具可比性，本文在制作土樣時，進行了不同壓實度下飽和粘性土固結直接剪切和固結不排水三軸試驗，試驗中土樣的初始含水率取最優含水率17.2％，同時考慮了壓實度的影響，將土樣的壓實度設定為80％、85％、90％、95％、100％五種，采用靜壓的方式來制備土樣，飽和采用了傳統的抽氣飽和的方式。每種壓實度在進行三軸試驗的時，圍壓分別取為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa。限于篇幅，這里僅給出了壓實度為90％的應力應變曲線圖。如圖1和圖2所示。

圖1　三軸試驗的應力應變曲線

圖2　直接剪切試驗

3　試驗成果分析

從試驗成果上來看，三軸試驗中不論是何種壓實度的試驗，隨著圍壓的增大，土體的抗剪強度也在不斷的增大。同時在低壓實度下，三軸試驗中飽和粘性土并沒有明顯的峰值，按照應變為15％時所對應的應力值作為每次試驗的強度值，通過摩爾應力圓的公切線得到同一壓實度下的粘聚力和內摩擦角，如圖3所示。直接剪切試驗中隨著豎向荷載的增大土體的抗剪強度也不斷的增大（如圖4）。

從圖3中可以看出，土樣壓實度較小時，直接剪切試驗的抗剪強度比相同圍壓下的固結排水試驗三軸試驗得的抗剪強度小一些，但相差不大。隨著壓實度的增大，三軸試驗的強度始終比直接剪切試驗得到的強度大，且差值不斷增大。