淺談土的抗剪強度指標的理解和運用

任智

摘要：如果對強度指標原理不是很清楚，導致選取不合理強度指標，有可能導致事故。工程師應該抓住核心要點，參數選擇與工程實際較吻合，不可硬套規范而造成不必要的損失

關鍵詞：抗剪強度指標；三軸試驗；固結不排水

土的抗剪強度指標公式為：t=σtanφ+cT=σtanφ+c，確定內摩察角φφ和粘聚力cc，是研究的關鍵問題。根據不同的試驗條件，特別是排水條件的不同，有不同的測試方法。在三軸試驗強度指標測試中，分為固結排水試驗，固結不排水試驗，不固結不排水試驗；在直剪試驗強度指標中，分為慢減試驗，固結快剪試驗，快剪試驗。根據應力分析法可劃分為總應力強度指標與有效應力強度指標。公式為T'=σtanφ+c't'=σ'tanφ'+c'和t=σtanφ+cT=σtanφ+c，兩者法向應力之間相差一個孔隙水壓力札。uj。工程師如果對強度指標原理不是很清楚，導致選取不合理強度指標。許多巖土工程如基坑工程屬臨時結構，如果工程安全系數不夠，加上選取不合理的抗剪強度指標，有可能導致事故。在此談談土的相關抗剪強度指標。

首先，必須理解液體是不能抗剪，土的抗剪能力均是由土粒間接觸壓力提供，也就是由有效應力提供。控制土體抗剪強度的是有效應力，應該將有效應力分析法作為基本方法。在工程中，應盡量求出孔隙水壓力，同時就能確定有效應力。此時數據準確，工程設計會更合理和經濟。在三軸固結排水試驗中，試樣充分固結且充分排水，可認為是有效應力下的強度指標；在慢減試驗中，試樣充分固結且充分排水，也可以認為是有效強度指標。實際工程中，有時有效應力難以求得，故退而求其次，采用總應力強度指標。

總應力強度指標，必須選取合適的試驗方法，其標準為試驗情況與工程實際情況是否一致。在三軸固結不排水試驗中，模擬的工程為固結已經完成，孔隙水壓力沒來得及消散的情況，在直剪試驗中對應是固結快剪試驗。這種強度指標確定的要點為，一定是固結已經完成，否則不能選取此種強度指標。

不固結不排水試驗模擬的是快速加載孔壓沒消散的情況，在直剪試驗中對應的是快剪試驗。這種強度指標表示在壓力作用下，土沒來得及固結，水也來不及排除。在工程中此種強度指標內摩察角φ=Oφ=O，屬于偏于安全的取值。

在圖1基坑工程中，存在著多種正壓力，如土的自重，坑邊堆載。可以如此分析，在土的自重作用下，可以認為固結已經完成，但自重應分情況是否取有效重度。該處有地下水，實際上固結壓力僅為有效重度。坑邊堆載時間不長，該壓力下固結沒有完成，此部分荷載不能選取固結不排水強度指標。因此在此基坑工程中，應分強度指標分別計算。在有效重度下可取固結排水強度指標，而堆載部分則應取不固結不排水強度指標。在對浙江杭州風情大道地鐵一號線工地發生塌方事故的研究調查中，施工中基坑工程的選取固結不排水指標。實際上地面上的大量堆載是短時間增加的，土的固結不可能完成，選取固結不排水指標安全系數過小。這也是此工程事故的一個重要原因。

在強度指標選取中，固結排水選取條件較嚴格，強度指標也較好。排水良好或黏性小，類似砂土，或施工條件較慢，排水固結大部分完成，才能選取。

不固結不排水強度指標，計算出來的強度相對較低，導致工程成本上升，但安全富余較大。此參數選取中，認為內摩察角φ=0φ=0，實際上隨著排水，φφ會提高。在條件復雜，排水不通暢情況下，很多工程選取此強度指標。

固結不排水試驗反映土體部分固結，又不完全固結的抗剪強度。在實際工程中土體加載既非完全不排水，又非完全不排水，就可以選擇此強度指標。

總結，土體穩定分析成果的可靠性，很大程度上取決于對抗剪強度試驗方法和強度指標的正確選擇。試驗方法所造成的抗剪強度差別通常都超過不同穩定分析方法之間的差別。因為基坑等巖土工程多屬于臨時性結構，很多施工單位和建設單位為了節約費用，在土的強度指標選擇上不甚合理。近年來基坑工程等事故頻發，應該引起足夠重視。工程師應該抓住核心要點，即土的強度參數選擇與工程實際較吻合，不可硬套規范而造成不必要的損失。