王文

（西安長安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710054）

砂土路基抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

王文

（西安長安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710054）

砂類土是目前較為普遍應(yīng)用的一種公路路基填料。高速公路要求路基能夠長期提供足夠的強(qiáng)度和剛度來滿足承載力和變形的要求，并且對各種氣候條件下路基的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。通過對陜西-高速公路的砂土填料進(jìn)行直剪試驗(yàn)得出以下結(jié)論：（1）砂土路基填料的抗剪強(qiáng)度在較高的密實(shí)度下有較強(qiáng)的水穩(wěn)定性。（2）當(dāng)極端暴雨條件下，砂土路基填料的含水率達(dá)到飽和含水量時(shí)，其抗剪強(qiáng)度將會明顯的降低，這將影響到路基的強(qiáng)度。須做好防、排水工作來避免這種情況的發(fā)生。

砂類土；路基；直剪試驗(yàn)；含水量

0 引言

砂土是粒徑大于2 mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50%，粒徑大于0.075 mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量50%的松散類土[1]。由于具有強(qiáng)透水、低壓縮等工程特性，因此被廣泛地應(yīng)用于公路的路基工程。

我國的《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定，公路路堤宜選用級配較好的礫類土、砂類土作為填料[2]，相比于普通等級的公路，高速公路要求路基能夠長期提供足夠的強(qiáng)度和剛度來滿足承載力和變形的要求，并且對各種氣候條件下路基的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。西部地區(qū)，長期干燥少雨，但偶爾又會有暴雨，這就要求路基不僅在干燥環(huán)境下能夠提供較高的強(qiáng)度，在極端的暴雨條件下同樣能夠有足夠的強(qiáng)度來滿足高速公路的穩(wěn)定性要求。本文選擇陜西境內(nèi)一高速公路的粗粒填料為研究對象，進(jìn)行不同含水量的直剪試驗(yàn)，希望為高速公路路基的填料施工提供一定參考。

1 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

通過簡單的篩分試驗(yàn)測得，填料大于2 mm的顆粒質(zhì)量為45.6%，大于0.075 mm的顆粒質(zhì)量為69.2%，為典型的砂土。通過計(jì)算，該砂土的不均勻系數(shù)Cu為6.67，曲率系數(shù)Cc為2.24，根據(jù)文獻(xiàn)[3]為級配良好的砂土，可以作為公路路基的填料。

本文通過直剪實(shí)驗(yàn)主要研究以下兩方面的內(nèi)容：

（1）砂土填料的抗剪強(qiáng)度特性。

（2）砂土填料在不同含水量下抗剪強(qiáng)度的變化特征。

試驗(yàn)工況及結(jié)果見表1。

表1 砂土的抗剪強(qiáng)度

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 實(shí)測抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析

一般認(rèn)為，粗粒土的抗剪強(qiáng)度主要決定于其內(nèi)摩擦角φ值[4,5]。從表1可以看出，當(dāng)含水量從干燥狀態(tài)增大至最優(yōu)含水量時(shí)，砂土的內(nèi)摩擦角在高壓實(shí)系數(shù)下（k≥0.93）變化的幅度較??；在低壓實(shí)系數(shù)下（k=0.87）時(shí)變化的幅度較大。當(dāng)砂土飽和狀態(tài)時(shí)，內(nèi)摩擦角φ值急劇變小，這主要是由于含水率增大到一定狀態(tài)，粗粒間的咬合力減弱所致。

2.2 基坑模型的建立及分析方法

圖1為正應(yīng)力為50 kPa時(shí)，不同壓實(shí)系數(shù)剪應(yīng)力-剪切位移曲線，圖2正應(yīng)力為150 kPa時(shí)，不同壓實(shí)系數(shù)剪應(yīng)力-剪切位移曲線。

圖1 正應(yīng)力為50 kPa時(shí)剪應(yīng)力-剪切位移曲線

從圖1、圖2均可以看出，當(dāng)密實(shí)度k=0.87時(shí)，干燥狀態(tài)下，應(yīng)力-位移曲線呈應(yīng)變軟化型；最優(yōu)含水量下，應(yīng)力-位移曲線呈應(yīng)變強(qiáng)化型；兩曲線的差距較大。當(dāng)密實(shí)度k=0.93時(shí)，干燥狀態(tài)下，應(yīng)力-位移曲線呈應(yīng)變軟化型；最優(yōu)含水率下，應(yīng)力-位移曲線呈應(yīng)變強(qiáng)化型；但曲線的差距明顯減小。當(dāng)密實(shí)度k=0.96時(shí)，干燥狀態(tài)和最優(yōu)含水量下，應(yīng)力-位移曲線均呈應(yīng)變軟化型；且兩曲線基本重合。以上的特征說明，隨著密實(shí)度的增加，含水量對砂土的抗剪強(qiáng)度以及剪切變形的影響越來越小，即砂土有較強(qiáng)的水穩(wěn)定性。這也說明《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求高速公路路堤填料的密實(shí)度大于等于0.93的規(guī)定是基本合理的[2]。

圖2 正應(yīng)力為150 kPa時(shí)剪應(yīng)力-剪切位移曲線

從圖1和圖2中也可以看出，當(dāng)含水量達(dá)到飽和含水量時(shí)，不論是密實(shí)度k=0.93或k=0.96，應(yīng)力-位移曲線與干燥狀態(tài)及最優(yōu)含水量狀態(tài)的應(yīng)力-位移曲線都有較大的差距。這說明在極端的暴雨天氣下，砂土的含水率達(dá)到了飽和含水量時(shí)，填料的抗剪強(qiáng)度將會有明顯的降低，而剪切變形將會急劇的增加，這將影響到路基的強(qiáng)度。所以，在實(shí)際工程施工中要做好防、排水工作來避免這種情況的發(fā)生。

3 結(jié) 論

本文通過對陜西一高速公路的砂土填料進(jìn)行直剪試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

（1）砂土路基填料的抗剪強(qiáng)度在較高的密實(shí)度下有較強(qiáng)的水穩(wěn)定性。《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求高速公路路堤填料的密實(shí)度大于等于0.93的規(guī)定基本合理。

（2）當(dāng)極端暴雨條件下，砂土路基填料的含水率達(dá)到飽和含水量時(shí)，其抗剪強(qiáng)度將會明顯的降低，這將影響到路基的強(qiáng)度。須做好防、排水工作來避免這種情況的發(fā)生。

[1]張克恭,劉松玉.土力學(xué)（第三版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[2]JTG D30－2015,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50021－2001,巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)[S].

[4]張嘎,張建明.粗粒土與結(jié)構(gòu)接觸面單調(diào)力學(xué)特性的試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2004,26(1):21-25.

[5]楊建華.直剪試驗(yàn)常見問題探討[J].陜西煤炭,2008,27(4):40-41.

TU441.5

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1009-7716（2017）08-0255-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.080

2017-04-12

王文（1983-），男，安徽桐城人，工程師，從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作。