西雙版納某邊坡工程土體原位直剪試驗(yàn)研究

陶盾

摘要：邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)是工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，本文依托于西雙版納地區(qū)的某邊坡支護(hù)工程，針對(duì)含礫粉質(zhì)粘土和礫砂兩種土層分別進(jìn)行了正常和浸水情況下的原位剪切試驗(yàn)，在基本不擾動(dòng)土層的情況下獲取兩種土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，并與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析對(duì)比，提出了場(chǎng)地土邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)中c、φ的參考值，對(duì)后期邊坡的設(shè)計(jì)做出了相應(yīng)指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】邊坡支護(hù)；原位剪切試驗(yàn)；抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

在工民建、交通土建等工程建設(shè)過(guò)程中，邊坡問(wèn)題的處理是不可忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，邊坡的設(shè)計(jì)支護(hù)要求對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估分析。土體原位測(cè)試可以在不擾動(dòng)或基本不擾動(dòng)土層的情況下進(jìn)行測(cè)試，獲得所測(cè)土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)的傳統(tǒng)方法比較起來(lái)具有明顯優(yōu)點(diǎn)：（1）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，毋需取樣，避免了原狀樣擾動(dòng)所帶來(lái)的問(wèn)題；（2）原位測(cè)試土尺寸較室內(nèi)試驗(yàn)樣品要大得多，因而更能反映土的宏觀結(jié)構(gòu)（如裂隙等）對(duì)土的性質(zhì)的影響。本文以西雙版納地區(qū)某邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)工程為依托，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位直剪試驗(yàn)，取得不同狀態(tài)下土體（含礫粉質(zhì)粘土、礫砂）的抗剪強(qiáng)度參數(shù)（C、φ），以此為依據(jù)為后續(xù)邊坡設(shè)計(jì)提出經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。

1.工程概況

本項(xiàng)目整個(gè)場(chǎng)地由丘體、沖溝、緩坡、階梯狀梯田組成，總體地形起伏較大，坡角一般為5～30°。勘察期間現(xiàn)場(chǎng)正在施工整平挖填方，部分坡度在變化中。鉆探揭露深度范圍內(nèi)出露的地層主要分5層，主要為人工填土、耕植土、粘土、含礫粉質(zhì)粘土、礫砂。

2.試驗(yàn)布置與實(shí)施

2.1試驗(yàn)方案

本次現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)共完成8組試驗(yàn)。含礫粉質(zhì)粘土層4組（1組為浸水試驗(yàn)）、礫砂層4組（1組為浸水試驗(yàn)）。每組分為4次快剪，共32次。

本次試驗(yàn)為平推法試驗(yàn)。通過(guò)人工現(xiàn)場(chǎng)切樣，利用試驗(yàn)儀器（剪切盒、手動(dòng)液壓泵、應(yīng)變式荷重傳感器、表式位移計(jì)、反力裝置、水平尺、承載板、鋼珠、豎向反壓車等），每組通過(guò)4級(jí)不同豎向載荷測(cè)得土體豎向壓縮指標(biāo)，再水平剪力分級(jí)加載的形式剪切至土體破壞，使試樣在確定的剪切面上破壞、記錄試樣的破壞剪應(yīng)力，繪制破壞剪應(yīng)力與垂直（法向）應(yīng)力的關(guān)系曲線，從而求得土體的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ等抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

2.2試驗(yàn)步驟

2.2.1 土樣制作

試樣的制備均在探坑內(nèi)進(jìn)行，探坑平面尺寸為1.8m*2.1m，深約0.7m；每個(gè)探坑取4個(gè)土樣，土樣尺寸為0.1m2*0.12m。取樣過(guò)程中，用鏟刀削切土體，避免擾動(dòng)土體，直至達(dá)到剪力盒高度，將剪力盒豎向緊握下切土體，剪力盒上方土體削平，并保證坑底的水平。

2.2.2 儀器安裝

安裝前應(yīng)對(duì)傳感器、位移計(jì)、應(yīng)變儀、千斤頂?shù)葍x器設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)、標(biāo)定。試樣的制備和設(shè)備的安裝工作應(yīng)盡快進(jìn)行，以保持試樣的天然含水率狀態(tài)。浸水試驗(yàn)的浸水時(shí)間視試樣的透水性而定。

2.2.3 加載試驗(yàn)

本次現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)采用快剪法。每個(gè)探坑做一組實(shí)驗(yàn)（4個(gè)土塊），分4級(jí)豎向荷載加載，豎向荷載分別為100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa。

3.試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制剪切應(yīng)力與剪切位移曲線、剪切應(yīng)力τ與豎向壓應(yīng)力σ曲線，得出各組試驗(yàn)的土體粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ。同時(shí)，本次試驗(yàn)在完成剪切試驗(yàn)之后，在每個(gè)剪切面上取擾動(dòng)土樣一個(gè)，送試驗(yàn)室完成含水率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果取4個(gè)剪切面的含水率平均值。結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

本次試驗(yàn)期間正值雨季，試驗(yàn)部位均有明顯的雨后集水，積水向下滲透導(dǎo)致試驗(yàn)土層的含水率均偏高。試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)施加較大的軸向壓力時(shí)，從剪切盒的底部滲出少量的水，說(shuō)明本次試驗(yàn)的土層均處于飽和狀態(tài)。從含礫粉質(zhì)粘土的C3、E5、E6三組試驗(yàn)可以看出，剪切面的含水率基本相同，可取平均值。而C1的含水率明顯偏大，抗剪強(qiáng)度有所降低，但不明顯；礫砂地層的容水率較差，浸水后抗剪強(qiáng)度有一定的降低。綜合以上分析結(jié)果，場(chǎng)地土的直接剪切抗剪強(qiáng)度的參考值如表3所示。

試驗(yàn)結(jié)果較好的反映了場(chǎng)地內(nèi)2種土層在目前狀態(tài)條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，與室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比如下。

場(chǎng)區(qū)深部的基巖均為花崗巖，設(shè)計(jì)邊坡的地層為全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層，自地表向深部，地層的密度和強(qiáng)度逐漸提高、含水率逐漸減少，土的抗剪強(qiáng)度逐漸提高，試驗(yàn)結(jié)果是最不利條件下得到的抗剪強(qiáng)度值。

4.結(jié)束語(yǔ)

不同含水率下土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)存在差異，因此邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)做好坡面排水系統(tǒng)，施工中應(yīng)檢查坡后土體的開(kāi)裂情況防止地面集水長(zhǎng)期深入地層中，降低土的抗剪強(qiáng)度，避免產(chǎn)生大體量的滑坡地質(zhì)災(zāi)害。土層的浸水試驗(yàn)條件（飽和狀態(tài)）為本工程邊坡土層的最不利條件，對(duì)于長(zhǎng)期處于浸水條件的部位進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，可采用浸水條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。浸水條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)也可用于邊坡設(shè)計(jì)安全性的驗(yàn)證評(píng)估。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周曾玉. 土工原位測(cè)試方法[J]. 交通世界， 2013（z1）：118-119.

[2]王眾. 利用原位測(cè)試數(shù)據(jù)確定浙江省天然地基土承載力的研究[D]. 杭州： 浙江大學(xué)， 2006.