文/馮建國(guó)、周杰 河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 天津 300250

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天津市區(qū)域土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與物性關(guān)系分析

文/馮建國(guó)、周杰 河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 天津 300250

土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)受土類、初始狀態(tài)、飽和度以及所受的應(yīng)力歷史等因素有關(guān)。對(duì)于天津地區(qū)來(lái)講：地下水位埋深較淺，土體基本處于飽和狀態(tài)，絕大多數(shù)屬正常固結(jié)土。因此，土類和土體的初始狀態(tài)是影響土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的主要因素。

抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；物性；關(guān)系

一、前言

在工程勘察設(shè)計(jì)中，土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。科學(xué)、準(zhǔn)確地確定土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)關(guān)系到工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和工程運(yùn)行安全。土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與土類、初始狀態(tài)、飽和度以及所受的應(yīng)力歷史等因素有關(guān)。對(duì)于天津地區(qū)來(lái)講，地下水位埋深較淺，土體基本處于飽和狀態(tài)，絕大多數(shù)屬正常固結(jié)土。因此，土類和初始狀態(tài)是影響土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的主要因素。目前在規(guī)程規(guī)范中，對(duì)于低等級(jí)建筑物地基設(shè)計(jì)還保留采用直剪試驗(yàn)方法所提供的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。因此，總結(jié)分析土體直剪試驗(yàn)獲得的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與其物理指標(biāo)的關(guān)系有一定的必要性。本文主要以天津市六緯路區(qū)域的工程勘察試驗(yàn)資料為依據(jù)，分析了兩種試驗(yàn)條件下天津地區(qū)飽和粘性土的直剪試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)與土類、土體初始狀態(tài)的關(guān)系，提出了該區(qū)域各類土體內(nèi)摩擦角的變化范圍和固結(jié)后增長(zhǎng)區(qū)間。

二、基本思路

基于分析的土體屬正常固結(jié)、處于飽和狀態(tài)，因此，影響土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的主要因素是土類和它的初始狀態(tài)。在分析中，土類考慮的指標(biāo)有：土的塑性指數(shù)（IP）和液限（WL）；土的初始狀態(tài)考慮的因素是：土的初始孔隙比（e0）。

三、數(shù)據(jù)組成

數(shù)據(jù)均來(lái)自天津市六緯路區(qū)域的工業(yè)與民用建筑地基的工程勘察資料。在數(shù)據(jù)采用時(shí)進(jìn)行了甄別和篩選，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了刪除。選取的樣品土類包括：淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土和粉土。兩種試驗(yàn)條件下的數(shù)據(jù)共388組，其中自快數(shù)據(jù)124組，固快數(shù)據(jù)264組。詳見(jiàn)表1。

四、相關(guān)分析

為了充分考慮土類、土的初始狀態(tài)對(duì)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響，我們以表達(dá)式WL/（IP（1+e0））綜合反映土的物理狀態(tài)并繪制土的內(nèi)摩擦角、粘聚力與WL/（IP（1+e0））的關(guān)系曲線，詳見(jiàn)圖1～圖4。

圖1 Cq與WL/（Ip（1+e0））關(guān)系曲線

圖2 φq與WL/（Ip（1+e0））關(guān)系曲線

圖3 Ccq與WL/（Ip（1+e0））關(guān)系曲線

圖4 φq與WL/（Ip（1+e0））關(guān)系曲線

從上圖可以看出：除了快剪指標(biāo)Cq（粘聚力）與表達(dá)式WL/（IP（1+e0））相關(guān)性較差外，其余均有較好的相關(guān)關(guān)系。分析其原因：由于土樣在采取、運(yùn)輸、制備等因素的影響下，其結(jié)構(gòu)遭到不同程的破壞，且破壞程度不一，因此造成對(duì)Cq值的影響較大，數(shù)據(jù)較離散。而經(jīng)過(guò)固結(jié)后，土樣的結(jié)構(gòu)得到了統(tǒng)一修復(fù)，消除了絕大部分外界因素對(duì)Ccq值的影響，因此Ccq值隨WL/（IP（1+e0））變化的規(guī)律性較好。

土的內(nèi)摩擦角φq、φcq與表達(dá)式WL/（IP（1+e0））均有較好的相關(guān)關(guān)系，尤其φcq與WL/（IP（1+e0））的關(guān)系更緊密，可以說(shuō)：土的內(nèi)摩擦角受外界影響比土的粘聚力較小，其可靠度大于土的粘聚力。

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：388組數(shù)據(jù)中，除一例WL/（IP（1+e0））值小于1外，其余均大于1。當(dāng)WL/（IP（1+e0））＜1.5時(shí)，土類基本由淤泥質(zhì)土、粘土和粉質(zhì)粘土組成；當(dāng)WL/（IP（1+e0））＞1.5～1.6時(shí)，土類絕大多數(shù)由粉土和少部分粉質(zhì)粘土組成；當(dāng)WL/（IP（1+e0））在1.5附近時(shí)，土類由粉質(zhì)粘土和粉土組成。

將圖2與圖4比較可以發(fā)現(xiàn)：盡管確定φq、φcq值的樣品取自同一區(qū)域，每一個(gè)φq、φcq值并不是對(duì)應(yīng)同一樣品，其物理狀態(tài)可能大不相同，但是，兩圖中散點(diǎn)分布的趨勢(shì)非常相似。粘質(zhì)土（粘土、粉質(zhì)粘土）的內(nèi)摩擦角為：φq=5°～15°、φcq=10°～21°；粉土的內(nèi)摩擦角為：φq=25°～31°、φcq=27°～32°；粘質(zhì)土與粉土過(guò)渡段土的內(nèi)摩擦角為：φq=15°～25°、φcq=21°～27°。固結(jié)后粘質(zhì)土的內(nèi)摩擦角增長(zhǎng)區(qū)間為：6°～16°；粉質(zhì)土的內(nèi)摩擦角增長(zhǎng)區(qū)間為：1°～7°；粘質(zhì)土與粉土過(guò)渡段的內(nèi)摩擦角增長(zhǎng)區(qū)間為：2°～12°（此區(qū)段土的內(nèi)摩擦角變化或波動(dòng)較大），這一現(xiàn)象也符合常規(guī)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，即固結(jié)后粘性土的內(nèi)摩擦角普遍增加較大，粉土（砂性大的）的內(nèi)摩擦角增加較小。

結(jié)語(yǔ)：

⑴在正常固結(jié)和飽和的情況下，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與其物理指標(biāo)之間存在比較密切關(guān)系。如果受外部因素影響，土體結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，那么，土的粘聚力受影響較大，內(nèi)摩擦角受影響較小。

⑵土體經(jīng)固結(jié)后其內(nèi)摩擦角均有不同程度的增加。在所分析的區(qū)域內(nèi)，粘質(zhì)土增加區(qū)間為：6°～16°；粉土增加區(qū)間為：1°～7°；粘質(zhì)土與粉土過(guò)渡段增加區(qū)間為：2°～12°（此區(qū)段土的內(nèi)摩擦角變化或波動(dòng)較大）。

⑶在所分析的區(qū)域內(nèi)，幾乎所有土體的WL/（IP（1+e0））值均大于1。

⑷由于受所選取資料的局限制，分析結(jié)果可能帶有一定的區(qū)域性和片面性。

［1］《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2002）［S］.

［2］張喜發(fā).《巖土工程勘察與評(píng)價(jià)》［K］.

［3］武漢水利電力學(xué)院.《土力學(xué)及巖石力學(xué)》［M］.

［4］楊熙章.《土工試驗(yàn)與原理》［K］.

［5］陳仲頤，周景星，王洪瑾.《土力學(xué)》［K］.北京：清華大學(xué)出版社，1994.

馮建國(guó)，男，天津人，工程師，長(zhǎng)期從事巖土工程相關(guān)工作。