地基土固結快剪與直接快剪指標相關性規律研究

安旭，陶夢玲，毛立杰（中交第二航務工程勘察設計院有限公司,湖北武漢430071）

地基土固結快剪與直接快剪指標相關性規律研究

安旭，陶夢玲，毛立杰
（中交第二航務工程勘察設計院有限公司,湖北武漢430071）

0 引言

在巖土勘察工作中，地基土的抗剪強度是極為重要的力學性質指標。通常測定地基土抗剪強度指標的方法有室內直接剪切試驗和現場原位剪切試驗兩類，由于現場原位剪切試驗對試驗設備要求高、耗時長、成本高，因而在中小型工程中較少采用，而是采取簡單有效的室內直接剪切試驗[1-3]。室內直接剪切試驗一般有兩種：固結快剪和直接剪切，通過這兩種剪切試驗獲取地基土的黏聚力和內摩擦角，是算地基承載力和評價場地工程性質必不可少的關鍵參數和理論依據[4-7]。筆者通過對土工試驗資料進行統計分析，發現地基土的固結快剪與直接快剪指標之間存在一定的相關性規律。本文立足于此，以安徽華誼化工有限公司液體化工碼頭還建工程為依托，采用定義、擬合、分析相結合的方法，對地基土的固結快剪與直接快剪指標之間的相關性規律展開研究。

1 工程概況

1.1 基本概況

安徽華誼化工有限公司液體化工碼頭還建工程位于安徽省蕪湖市鳩江區二壩鎮長江左岸，距下游已建的蕪湖長江大橋約1.4km。該項目的勘察區域分水域區和陸域區兩部分。其中水域區擬建設5000t級液體化學品泊位1座，碼頭裝卸平臺和引橋均采用透空的高樁梁板式結構，基礎結構采用樁基，樁長約為50m，樁底標高在-41m左右，樁基擬采用打入樁，靠近陸域部分擬采用水上灌注樁施工；陸域區擬建管架，結構類型為混凝土柱、鋼桁架結構，高10m、三層、跨度30m，單柱最大荷載標準值為700kN，擬采用樁基礎。

1.2 工程地質條件

研究區地貌屬長江中下游沖積平原及河床漫灘地貌，位于長江左岸，江岸順直。地層屬揚子地層區下揚子地層分區，該區下伏基巖主要為侏羅系及白堊系地層，基巖大部分被第四系覆蓋。該區及附近發育的主要斷裂構造有3條，均為隱伏構造，以北北東、東西向最為發育，分別為（1）長江隱伏擠壓破碎帶：位于該區西側，延伸方向約為35°～50°；（2）西江口-裕溪口隱伏大斷裂：位于本區西側，總體走向北北東；（3）大橋-蕪湖隱伏大斷裂：臨近該區，延伸25°。第四紀以來，新構造運動繼承老構造活動的特點，具有鮮明節奏性與振蕩性，不同時期，運動方向、規模、速度不同。

根據鉆孔揭示，勘區勘探深度內主要地層為第四系全新統河流沖積形成的河床相及漫灘相地層，下伏基巖為侏羅系砂巖。根據巖土體工程性質，研究區地層由上至下可分為10個大的工程地質層：①人工填土（Q4ml）；②淤泥質粉質粘土（Q4ml）；②t粉土（Q4al）；③粉細砂（Q4al）；④-1粉細砂（Q4al）；④-1t粉質粘土及淤泥質粉質粘土（Q4al）；④-2粉細砂（Q4al）；④-2t粉質粘土（Q4al）；⑤淤泥質粉質粘土及粉質粘土（Q4al）；⑤t粉細砂（Q4al）；⑥粉細砂（Q4al）；⑥t粉質粘土（Q4al）；⑦粉質粘土及淤泥質粉質粘土（）；⑦t粉細砂（；⑧粉細砂（；⑨砂混卵石（；⑨t粉質粘土（）；⑩強風化砂巖（J3）。

2 快剪試驗

2.1 試驗概況

在現場采集了原狀土樣，回實驗室開展標準固結試驗和直剪試驗。全區共采集鉆孔土樣26個，其中碼頭區9個，引橋區6個，陸域區11個。取樣采用XY-1A工程地質勘探鉆機，鉆孔開孔孔徑146mm，覆蓋層及軟質巖石中終孔直徑110mm，硬質巖石中終孔直徑91mm。巖芯采取率按如下要求控制：粘土層≥90%；粉土及砂土層≥80%；碎石土層≥50%；完整巖層≥80%；破碎巖層≥65%。

對場地內各巖土層物理力學性質指標及原位測試數據進行分層統計、分析，提供各項統計指標的標準值、平均值、最大值、最小值、變異系數、樣本數。各項物理力學指標的平均值用算術平均法計算。各項物理力學指標的標準值采用平均值乘以統計修正系數計算。各土層的試驗組數為5組。

2.2 試驗結果分析

各地基土剪切試驗結果見表1所示。

表1 地基土剪切試驗結果

表2 地基土剪切比計算結果

圖1 黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力相關曲線

從表1的地基土剪切試驗結果可知，不同類型地基土的固結快剪和直接快剪強度參數有一定差異，對于同類型土而言，固結快剪強度參數有可能大于直接快剪，也可能小于直接快剪的結果。進一步統計分析發現，對于人工填土和粉土，直接快剪強度參數大于固結快剪強度參數；對于淤泥質粘土，則是固結快剪強度參數大于直接快剪強度參數。也就是說，僅對比固結快剪和直接快剪的試驗數值，無法找到剪切強度指標的相關性規律，需要做進一步的定義來分析。

3 固結快剪與直接快剪指標相關性規律研究

3.1 定義剪切比

由于研究對象地基土為不同類型土體，為確保研究對象的可比性，定義各類土層自身的固結快剪與直接快剪指標的比值為剪切比β，剪切比只與該土層自身的物理力學性質相關，與其它土層無關。則黏聚力與內摩擦角的剪切比分別為：

3.2 剪切比計算結果

將表1的剪切試驗結果代入（1）式，得到剪切比計算結果見表2所示。

3.3 黏聚力相關性規律分析

將黏聚力剪切比作為縱坐標，原狀土的直接剪切黏聚力作為橫坐標，繪制黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力相關曲線，如圖1所示。

從圖1可知，隨著直接剪切黏聚力增大，黏聚力剪切比不斷降低，兩者具有明顯的相關性規律。在直接剪切黏聚力較低時，黏聚力剪切比降低很快；隨著直接剪切黏聚力進一步增大，黏聚力剪切比下降幅度逐漸減小。黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力擬合曲線呈冪函數關系，且擬合精度達到0.9377，表明擬合結果較為理想，因此在實際勘察工作中，當固結快剪試驗條件缺乏或受限制時，可通過直接快剪試驗得到黏聚力結果，并推算其固結快剪的黏聚力試驗結果。黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力擬合函數和擬合精度如下式所示：

3.4 內摩擦角相關性規律分析

將內摩擦角剪切比作為縱坐標，原狀土的直接剪切內摩擦角作為橫坐標，繪制內摩擦角剪切比-直接剪切內摩擦角相關曲線，如圖2所示。

圖2 內摩擦角剪切比-直接剪切內摩擦角相關曲線

從圖2可知，隨著直接剪切內摩擦角增大，內摩擦角剪切比不斷降低，兩者具有明顯的相關性規律，尤其是直接剪切內摩擦角較小時（小于15°），相關性十分密切；當內摩擦角進一步增大后，相關性逐漸發生離散。內摩擦角剪切比-直接剪切內摩擦角擬合曲線也呈冪函數關系，且擬合精度達到0.94853，表明擬合結果較為理想，因此在實際勘察工作中，當固結快剪試驗條件缺乏或受限制，且內摩擦角低于15°時，可通過直接快剪試驗得到內摩擦角結果，并推算其固結快剪的內摩擦角試驗結果。內摩擦角剪切比-直接剪切內摩擦角擬合函數和擬合精度如下式所示：

4 結語

本文通過對土工試驗資料進行統計分析，發現地基土的固結快剪與直接快剪指標之間存在一定的相關性規律，通過定義剪切比，得到了剪切比-直接剪切指標的擬合函數，且擬合精度滿足工程應用要求，因此在實際勘察工作中，當固結快剪試驗條件缺乏或受限制時，可通過直接快剪試驗得到黏聚力結果，并推算其固結快剪的黏聚力試驗結果。研究結論既可以對地基土體的力學性質理論研究提供依據，也可以對勘察工作、室內土工試驗產生積極指導意義。

[1]宋效蘭.直剪飽和固結快剪與三軸固結不排水剪切試驗比較[J].山西水利，2013（1）：33-34.

[2]徐忠.直剪試驗和三軸剪切試驗對比分析[C].//建筑科技與管理學術交流會，2012.

[3]劉天韻.直剪試驗固結快剪強度指標影響因素探討[J].中國港灣建設，2009（6）：32-34.

[4]李軍海.太湖湖沼平原區勘察指標相關性初探[A].巖土工程地質專業委員會.江蘇省地質學會巖土工程專業委員會論文集[C].2003.

[5]林育芬.軟土固結快剪與快剪指示的相關關系[J].福建建筑，2000（4）：32-33.

[6]魏汝龍.固結快剪試驗中的幾個問題[A].中國土木工程學會.中國土木工程學會第八屆土力學及巖土工程學術會議論文集[C].1999.

[7]董貴.對直接剪力儀固結快剪法固結時間的探討[J].油田設計，1981（1）：64-67.

責任編輯：孫蘇，李紅

Study on Index Correlation Rule between Consolidated Quick Shearand DirectQuick Shearof Foundation Soil

為探究地基土固結快剪與直接快剪指標之間的相關性規律，該文以安徽華誼化工有限公司液體化工碼頭還建工程為依托，通過室內土工試驗獲取了各類地基土的剪切試驗結果；定義了剪切比，分別對黏聚力和內摩擦角的固結快剪與直接快剪的相關性規律進行了擬合。研究結果表明：隨著直接剪切黏聚力增大，黏聚力剪切比不斷降低，隨著直接剪切內摩擦角增大，內摩擦角剪切比不斷降低；黏聚力與內摩擦角的剪切比-直接剪切擬合曲線均呈冪函數關系，兩者擬合精度均超過0.93，表明地基土固結快剪與直接快剪指標之間存在較好的規律性。

地基土體；土工試驗；固結快剪；直接快剪

In order to explore the index correlation rulebetween the consolidated quick shear and directquick shear of foundation soil,this paper,based on the compensation project for the liquid-chem ical term inalof AnhuiHuayiChem ical Co.,ltd,obtains the shear test resultsof various typesof foundation soilsby indoor laboratory test.The shear ratio is defined,and the correlation rulebetween the consolidated quick shear and directquick shear of the cohesion and internal friction angle is fitted respectively.The results show thatwith the increase of the direct shear cohesion,the shear ratio of cohesion force continuously decreases,and thatof the internal friction angle steadily decreasesw ith the increaseof the internal friction angleof directquick shear; theshear ratio of cohesion and internal friction angle-directshear fitting curveshowsa power function relationship,with the fitting accuracy over0.93,indicating there liea regular index rulebetween the consolidated quick shearand directquick shear.

foundation soil;soil test;consolidated quick shear;directquick shear

TU 411

A

1671-9107（2017）07-0051-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.07.051

2017-05-11

安旭（1984-），男，湖北武漢人，本科，助理工程師，主要從事土工試驗研究。