羅和平

(山西省地質(zhì)工程勘察院，山西太原 030024)

土的強(qiáng)度理論是土力學(xué)中除滲透理論和變形理論之外的又一重要研究課題。其主要應(yīng)用于地基承載力和穩(wěn)定性、邊坡和路基穩(wěn)定性、擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力三方面的評(píng)價(jià)與研究中。研究各種材料的破壞強(qiáng)度有不同的強(qiáng)度理論，而對(duì)于土體的破壞，一般采用摩爾—庫(kù)侖強(qiáng)度理論，土體內(nèi)的某一面上的剪應(yīng)力，如果達(dá)到該面上的抗剪強(qiáng)度時(shí)，剪切變形將不斷增大，變形速率加快，直至土體出現(xiàn)連續(xù)的破壞面，將引起基礎(chǔ)嚴(yán)重下陷和傾倒、土的塌方和滑坡等破壞現(xiàn)象。反之，如果該面上的剪應(yīng)力小于其抗剪強(qiáng)度，則地基就能夠支撐建筑物的荷載而不被破壞，土坡就能夠維持穩(wěn)定而不滑塌。所以土的抗剪強(qiáng)度就是土體在剪應(yīng)力的作用下，當(dāng)發(fā)生一部分土沿另一部分土滑動(dòng)時(shí)，所具有的抵抗剪切的極限強(qiáng)度。因此，土的強(qiáng)度問題其實(shí)質(zhì)就是抗剪強(qiáng)度問題，而土體的破壞過程就是喪失穩(wěn)定性的過程。所以，在土的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是最重要的基本力學(xué)參數(shù)，也是決定土體穩(wěn)定性的重要力學(xué)指標(biāo)之一。為了確保建筑物的安全、邊坡路基的穩(wěn)定，研究土的抗剪強(qiáng)度具有非常重要的意義。

目前，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)可以通過野外和室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)得，但多數(shù)土是通過室內(nèi)剪切試驗(yàn)獲得的。剪切試驗(yàn)的方法不同，得到的土的抗剪強(qiáng)度結(jié)果差異很大，而試驗(yàn)方法的選擇主要取決于建筑物的類型和土的特性。所以選用合理的試驗(yàn)方法，才能為工程提供準(zhǔn)確可靠的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

土的抗剪強(qiáng)度性能主要由土的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征決定，不同地區(qū)、不同成因、不同類型土的抗剪強(qiáng)度往往有很大差別，即使同一種土，在不同的干密度、儀器形式、試驗(yàn)方法的條件下，其抗剪強(qiáng)度也不相同。

本文通過對(duì)不同干密度試樣進(jìn)行剪切試驗(yàn)，采用不同的試驗(yàn)方法，通過試樣干密度的縱向?qū)Ρ龋囼?yàn)方法的橫向?qū)Ρ?，分析探討土的抗剪?qiáng)度指標(biāo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器

ZJ型應(yīng)變控制式直剪儀，TSZ30-2.0型應(yīng)變控制式三軸儀，均為南京土壤儀器廠生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法及類型

試驗(yàn)方法依據(jù)規(guī)范［1］采用直剪剪切試驗(yàn)與三軸剪切試驗(yàn)。直剪剪切試驗(yàn)包括直剪快剪與直剪慢剪，三軸剪切試驗(yàn)包括三軸不固結(jié)不排水剪(UU)和三軸固結(jié)不排水剪(測(cè)孔壓)(CU)，且三軸(UU)包括飽和與非飽和兩種狀態(tài)，三軸(CU)為飽和狀態(tài)。

1.3 樣品來源及其物理指標(biāo)

樣品選用引黃北干工程某地黃土，采用兩種試樣:一種為低液限粉土，其液限為26.4%，塑限為17.2%，塑性指數(shù)為9.2，顆粒分析表明粒徑小于0.005 mm的含量為13.1%;另一種為低液限粘土，其液限為31.5%，塑限為18.1%，塑性指數(shù)為13.4，顆粒分析表明粒徑小于0.005 mm的含量為20.8%。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)低液限粉土進(jìn)行了5個(gè)不同干密度的剪切試驗(yàn)，對(duì)低液限粘土進(jìn)行了4個(gè)不同干密度剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果以平均值統(tǒng)計(jì)，主要試驗(yàn)結(jié)果分別列于表1和表2。

表1 低液限粉土的試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表2 低液限粘土的試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

從表1，表2的試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，無(wú)論是低液限粉土，還是低液限粘土，在直剪快剪試驗(yàn)中，粘聚力c與內(nèi)摩擦角φ均與土的干密度成正比關(guān)系，即干密度越大，相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度越大。在三軸剪切試驗(yàn)中，兩種土的非飽和狀態(tài)下三軸不固結(jié)不排水剪(UU)，所測(cè)得的抗剪強(qiáng)度也呈現(xiàn)這種規(guī)律。這與其他著作［2］中土的抗剪強(qiáng)度結(jié)論一致。對(duì)于直剪慢剪試驗(yàn)，粘聚力與土的干密度的相關(guān)性不大，但內(nèi)摩擦角與土的干密度成正比關(guān)系，干密度越大，其內(nèi)摩擦角也越大，其原因可能是在直剪慢剪試驗(yàn)中，試樣在固結(jié)過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化的結(jié)果。飽和狀態(tài)的三軸不固結(jié)不排水剪(UU)的試驗(yàn)結(jié)果表明，土的粘聚力與土的干密度也成正比關(guān)系，隨土的干密度增大而增大，但其內(nèi)摩擦角不存在這一關(guān)系，而是基本在某一值附近保持不變。究其原因是飽和粘性土在試驗(yàn)時(shí)，在試樣加壓過程中不排水，土樣中的孔隙水沒有排出，其孔隙水壓力得不到消散，土的有效應(yīng)力就不能增加，則土的抗剪強(qiáng)度就得不到提高。三軸固結(jié)不排水剪(測(cè)孔壓)(CU)試驗(yàn)表明，土的干密度大小對(duì)其粘聚力的影響不相關(guān)，可能是由于試樣在抽氣飽和過程中，水進(jìn)入試樣中與土顆粒產(chǎn)生相互作用，在固結(jié)排水過程中，土顆粒又發(fā)生了重新排列所造成的，而內(nèi)摩擦角不論是總內(nèi)摩擦角，還是有效內(nèi)摩擦角均隨土的干密度增大而增大。對(duì)于相同的試樣狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)過程中都不固結(jié)不排水，即直剪快剪和三軸(UU)非飽和狀態(tài)試驗(yàn)對(duì)比，三軸所測(cè)得土的粘聚力與內(nèi)摩擦角均比直剪快剪要小，也即三軸所測(cè)得的土的抗剪強(qiáng)度小。對(duì)同一干密度的兩種土對(duì)比，低液限粘土的粘聚力比低液限粉土的粘聚力要大，即土的粘粒含量越大，土的粘聚力相應(yīng)的越大。不同狀態(tài)土的同一種試驗(yàn)結(jié)果相差較大，如三軸(UU)的兩種試驗(yàn)結(jié)果就差別很大。直剪慢剪測(cè)得的土的抗剪強(qiáng)度與三軸固結(jié)不排水剪(測(cè)孔壓)測(cè)得的土的有效抗剪強(qiáng)度均較大。

3 結(jié)語(yǔ)

1)土的干密度對(duì)抗剪強(qiáng)度影響比較復(fù)雜，一般成正比關(guān)系; 2)不同的試驗(yàn)方法所測(cè)得的土的抗剪強(qiáng)度不同;3)土的不同狀態(tài)所測(cè)得的土的抗剪強(qiáng)度不同。因此，工程技術(shù)人員與試驗(yàn)工作人員，應(yīng)根據(jù)建筑場(chǎng)地工程地質(zhì)勘察的實(shí)際地質(zhì)情況、建筑物的具體情況等因素，確定選用哪種狀態(tài)下的剪切試驗(yàn)方法，確保所測(cè)得的土的抗剪強(qiáng)度與工程實(shí)際相符。

［1］ GB/T 50123—1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ 胡中雄.土力學(xué)與環(huán)境土工學(xué)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1997:30.