慢剪條件下細粒土抗剪強度指標影響因素分析研究

劉秀云

摘 要：細粒土主要有粘土和粉質粘土兩種形式，在現代實際的工程中應用非常廣泛。影響細粒土抗剪強度指標的因素主要有含水率、塑形指數和孔隙比等。正因為多種影響因素的共同作用，使得細粒土的抗剪強度變化較為復雜，并不能準確的予以確定。基于此，文中筆者就慢剪條件下對細粒土的抗剪強度進行了優化試驗，以正交設計手法對影響其抗剪強度的影響因素進行了簡要的分析，以期能夠合理確定細粒土抗剪強度指標的準確程度提供一定的理論支持。

關鍵詞：細粒土；抗剪強度；影響因素

細粒土主要是指土粒的直徑大于0.075mm的小顆粒且顆粒含量小于總質量的一半的粘土或者粉質粘土，其在現代實際的工程中應用頗為廣泛。細粒土一般具有抗剪強度低、壓縮性較高、孔隙率小、毛細現象較為明顯等特點。但對于一些含水率大于液限的淤泥和淤泥質土或者孔隙率大于1的細粒土需要經過一系列的處理方可在工程中投入使用，主要是以為這種細粒土的抗剪強度較低、性質也較差。

細粒土的抗剪強度指標的試驗能夠為工程設計中提供科學的計算參數，土體的穩定性和抗剪強度是關系到工程設計質量的重要影響因素。而影響細粒土抗剪強度指標的因素主要有含水率、塑形指數和孔隙比等。這些眾多的影響因素使得即使是同種土的抗剪強度指標也不會是一個定值，加之受到多重其他因素的共同作用，使得細粒土的抗剪強度指標的確定變得更為復雜，以至于到現在還存在很多問題沒有解決。

1 剪切試驗

1.1 剪切試驗的方案設計

上文中已經提到，細粒土抗剪強度的確定存在著很多影響因素。在筆者通過大量的調查分析之后，對這些影響因素進行了歸納總結：影響細粒土抗剪強度指標的確定主要分為內在和外在因素。外在影響因素包括溫度、土的應力歷史等。內在影響因素有孔隙比、塑形指數和含水率等。這里要說明一點：文中主要針對內在影響因素分析細粒土的抗剪強度的確定，即孔隙比、塑形指數和含水率等對細粒土抗剪強度確定的影響。

在該設計方案中，筆者選取了三種相對具有代表性的細粒土，分別是：粘土、粉質粘土、粉土。在對3種細土粒的性質進行分析之后，通過試驗測的三種細粒土的含水率分別是：22%、18%、14%，其塑形指數分別是：25.7、12.6、7.4，考慮到細粒土孔隙比的變化范圍，為三種細粒土的孔隙比分別取定值：0.8、0.7、0.6。利用正交試驗設計手法，設置的試驗方案見圖1。

圖1 三種細粒土的實驗方案

為保證土體的充分固結對抗剪強度提高的影響，文中采用的直剪試驗中的慢剪。

1.2 試驗結果

通過上述試驗，共計得出9組試件36次試驗的數據結果。并根據該數據結果畫出I～R的關系曲線，見下圖2、圖3、圖4。

圖2 試驗1～3的關系曲線

圖3 試驗4～6的關系曲線

圖4 試驗7～9的關系曲線

在三種不同條件下，針對該關系曲線，筆者總結了相應的粘聚力和內摩擦角的相關數值，具體見下圖5。

圖5 試驗數據總結

2 影響因素的敏感性分析

在圖5中，通過計算可以得出粘聚力和內摩擦角對各個影響因素的敏感性系數，進而能夠對各個影響因素的變化得出相應的敏感程度。下面首先以孔隙比為例，做內摩擦角孔隙比的敏感性系數的計算。

首先計算各孔隙比對應的內摩擦角的平均值：

0.6：（29.8+26.3+22.9）/3=26.3

0.7：（25.2+22.7+28.1）/3=25.3

0.8：（22.1+27.4+24.9）/3=24.8

然后計算各個孔隙比變化范圍內，單位孔隙比的內摩擦角，即為孔隙比在該范圍內內摩擦角對其的敏感性系數：

0.6～0.7：（25.3-26.3）/（0.7-0.6）=-10

0.7～0.8：（24.8-25.3）/（0.8-0.7）=-5

求出上述范圍內敏感性系數的平均值，即為內摩擦角對孔隙比的敏感性系數：

（-10-5）/2=-7.5

根據上面的計算方式，同樣可以得出內摩擦角對塑形指數以及含水率的敏感性系數分別是：-0.4、-5；而粘聚力對塑形指數、含水率和孔隙比的敏感性系數分別是：3.1、-32.5、-37.5。

綜上，從敏感性系數的計算中，內摩擦角對孔隙比的敏感性系數最大，即：孔隙比的變化對內摩擦角的影響最為強烈，塑形指數的變化對內摩擦角的影響最小，含水率的影響居中。粘聚力對這三種影響因素的變化幾乎同內摩擦角保持一致。另外，塑形指數的變化對粘聚力的敏感性系數為3.1，其數值大于0，所以，塑形指數與粘聚力的關系表現為呈正相關關系，而另外兩種均表現為負相關關系。

3 從量化角度上分析抗剪強度與三種影響因素的關系

從上面的圖5中，主要是運用多元回歸的手法進行了線性回歸試驗，從而得出粘聚力和內摩擦角同三種主要影響因素的函數關系式。

U=-7.6667e-0.05w-0.3013Ip+36.346R2=0.96

c=-37.5e-0.325w+2.7034Ip+51.973R2=0.99

上式中，e代指孔隙比、w代指含水率、lp代指塑形指數、ψ代指內摩擦角、c代指粘聚力。通過分析總結可知，內摩擦角與粘聚力同三種主要影響因素的有著密切的關系。

4 結語

綜上所述，細粒土抗剪強度的確定受到多種因素的影響，主要有孔隙比、含水率、塑形指數三種，文中主要利用多元回歸的手法，得出了內摩擦角與粘聚力同含水率、孔隙比和塑形指數三種主要影響因素的有著密切的關系。在上述進行的試驗中，我們可以得知：有敏感系數的分析中，細粒土抗剪強度的三種影響因素的敏感程度表現出不同的形式，塑形指數的變化對內摩擦角的影響表現出敏感程度最低，孔隙比的變化表現出的敏感程度最為強烈，含水率居中；在對粘聚力的計算中，粘聚力對這三種影響因素的變化幾乎同內摩擦角保持一致。另外，塑形指數的變化對粘聚力的敏感性系數為3.1，其數值大于0，所以，塑形指數與粘聚力的關系表現為呈正相關關系，而另外兩種均表現為負相關關系。

參考文獻

[1] 程玉梅，倪紅素.與土的抗剪強度指標相關的若干因素[J].中國港灣建設，2003（04）.

[2] 繆志萍.關于土的抗剪強度應用的探討[J].路基工程，2006（05）.

[3] 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 （04）.

[4] 盧肇鈞.粘性土抗剪強度研究的現狀與展望[J].土木工程學報， 1999（04）.

摘 要：細粒土主要有粘土和粉質粘土兩種形式，在現代實際的工程中應用非常廣泛。影響細粒土抗剪強度指標的因素主要有含水率、塑形指數和孔隙比等。正因為多種影響因素的共同作用，使得細粒土的抗剪強度變化較為復雜，并不能準確的予以確定。基于此，文中筆者就慢剪條件下對細粒土的抗剪強度進行了優化試驗，以正交設計手法對影響其抗剪強度的影響因素進行了簡要的分析，以期能夠合理確定細粒土抗剪強度指標的準確程度提供一定的理論支持。

關鍵詞：細粒土；抗剪強度；影響因素

細粒土主要是指土粒的直徑大于0.075mm的小顆粒且顆粒含量小于總質量的一半的粘土或者粉質粘土，其在現代實際的工程中應用頗為廣泛。細粒土一般具有抗剪強度低、壓縮性較高、孔隙率小、毛細現象較為明顯等特點。但對于一些含水率大于液限的淤泥和淤泥質土或者孔隙率大于1的細粒土需要經過一系列的處理方可在工程中投入使用，主要是以為這種細粒土的抗剪強度較低、性質也較差。

細粒土的抗剪強度指標的試驗能夠為工程設計中提供科學的計算參數，土體的穩定性和抗剪強度是關系到工程設計質量的重要影響因素。而影響細粒土抗剪強度指標的因素主要有含水率、塑形指數和孔隙比等。這些眾多的影響因素使得即使是同種土的抗剪強度指標也不會是一個定值，加之受到多重其他因素的共同作用，使得細粒土的抗剪強度指標的確定變得更為復雜，以至于到現在還存在很多問題沒有解決。

1 剪切試驗

1.1 剪切試驗的方案設計

上文中已經提到，細粒土抗剪強度的確定存在著很多影響因素。在筆者通過大量的調查分析之后，對這些影響因素進行了歸納總結：影響細粒土抗剪強度指標的確定主要分為內在和外在因素。外在影響因素包括溫度、土的應力歷史等。內在影響因素有孔隙比、塑形指數和含水率等。這里要說明一點：文中主要針對內在影響因素分析細粒土的抗剪強度的確定，即孔隙比、塑形指數和含水率等對細粒土抗剪強度確定的影響。

在該設計方案中，筆者選取了三種相對具有代表性的細粒土，分別是：粘土、粉質粘土、粉土。在對3種細土粒的性質進行分析之后，通過試驗測的三種細粒土的含水率分別是：22%、18%、14%，其塑形指數分別是：25.7、12.6、7.4，考慮到細粒土孔隙比的變化范圍，為三種細粒土的孔隙比分別取定值：0.8、0.7、0.6。利用正交試驗設計手法，設置的試驗方案見圖1。

圖1 三種細粒土的實驗方案

為保證土體的充分固結對抗剪強度提高的影響，文中采用的直剪試驗中的慢剪。

1.2 試驗結果

通過上述試驗，共計得出9組試件36次試驗的數據結果。并根據該數據結果畫出I～R的關系曲線，見下圖2、圖3、圖4。

圖2 試驗1～3的關系曲線

圖3 試驗4～6的關系曲線

圖4 試驗7～9的關系曲線

在三種不同條件下，針對該關系曲線，筆者總結了相應的粘聚力和內摩擦角的相關數值，具體見下圖5。

圖5 試驗數據總結

2 影響因素的敏感性分析

在圖5中，通過計算可以得出粘聚力和內摩擦角對各個影響因素的敏感性系數，進而能夠對各個影響因素的變化得出相應的敏感程度。下面首先以孔隙比為例，做內摩擦角孔隙比的敏感性系數的計算。

首先計算各孔隙比對應的內摩擦角的平均值：

0.6：（29.8+26.3+22.9）/3=26.3

0.7：（25.2+22.7+28.1）/3=25.3

0.8：（22.1+27.4+24.9）/3=24.8

然后計算各個孔隙比變化范圍內，單位孔隙比的內摩擦角，即為孔隙比在該范圍內內摩擦角對其的敏感性系數：

0.6～0.7：（25.3-26.3）/（0.7-0.6）=-10

0.7～0.8：（24.8-25.3）/（0.8-0.7）=-5

求出上述范圍內敏感性系數的平均值，即為內摩擦角對孔隙比的敏感性系數：

（-10-5）/2=-7.5

根據上面的計算方式，同樣可以得出內摩擦角對塑形指數以及含水率的敏感性系數分別是：-0.4、-5；而粘聚力對塑形指數、含水率和孔隙比的敏感性系數分別是：3.1、-32.5、-37.5。

綜上，從敏感性系數的計算中，內摩擦角對孔隙比的敏感性系數最大，即：孔隙比的變化對內摩擦角的影響最為強烈，塑形指數的變化對內摩擦角的影響最小，含水率的影響居中。粘聚力對這三種影響因素的變化幾乎同內摩擦角保持一致。另外，塑形指數的變化對粘聚力的敏感性系數為3.1，其數值大于0，所以，塑形指數與粘聚力的關系表現為呈正相關關系，而另外兩種均表現為負相關關系。

3 從量化角度上分析抗剪強度與三種影響因素的關系

從上面的圖5中，主要是運用多元回歸的手法進行了線性回歸試驗，從而得出粘聚力和內摩擦角同三種主要影響因素的函數關系式。

U=-7.6667e-0.05w-0.3013Ip+36.346R2=0.96

c=-37.5e-0.325w+2.7034Ip+51.973R2=0.99

上式中，e代指孔隙比、w代指含水率、lp代指塑形指數、ψ代指內摩擦角、c代指粘聚力。通過分析總結可知，內摩擦角與粘聚力同三種主要影響因素的有著密切的關系。

4 結語

綜上所述，細粒土抗剪強度的確定受到多種因素的影響，主要有孔隙比、含水率、塑形指數三種，文中主要利用多元回歸的手法，得出了內摩擦角與粘聚力同含水率、孔隙比和塑形指數三種主要影響因素的有著密切的關系。在上述進行的試驗中，我們可以得知：有敏感系數的分析中，細粒土抗剪強度的三種影響因素的敏感程度表現出不同的形式，塑形指數的變化對內摩擦角的影響表現出敏感程度最低，孔隙比的變化表現出的敏感程度最為強烈，含水率居中；在對粘聚力的計算中，粘聚力對這三種影響因素的變化幾乎同內摩擦角保持一致。另外，塑形指數的變化對粘聚力的敏感性系數為3.1，其數值大于0，所以，塑形指數與粘聚力的關系表現為呈正相關關系，而另外兩種均表現為負相關關系。

參考文獻

[1] 程玉梅，倪紅素.與土的抗剪強度指標相關的若干因素[J].中國港灣建設，2003（04）.

[2] 繆志萍.關于土的抗剪強度應用的探討[J].路基工程，2006（05）.

[3] 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 （04）.

[4] 盧肇鈞.粘性土抗剪強度研究的現狀與展望[J].土木工程學報， 1999（04）.

摘 要：細粒土主要有粘土和粉質粘土兩種形式，在現代實際的工程中應用非常廣泛。影響細粒土抗剪強度指標的因素主要有含水率、塑形指數和孔隙比等。正因為多種影響因素的共同作用，使得細粒土的抗剪強度變化較為復雜，并不能準確的予以確定。基于此，文中筆者就慢剪條件下對細粒土的抗剪強度進行了優化試驗，以正交設計手法對影響其抗剪強度的影響因素進行了簡要的分析，以期能夠合理確定細粒土抗剪強度指標的準確程度提供一定的理論支持。

關鍵詞：細粒土；抗剪強度；影響因素

細粒土主要是指土粒的直徑大于0.075mm的小顆粒且顆粒含量小于總質量的一半的粘土或者粉質粘土，其在現代實際的工程中應用頗為廣泛。細粒土一般具有抗剪強度低、壓縮性較高、孔隙率小、毛細現象較為明顯等特點。但對于一些含水率大于液限的淤泥和淤泥質土或者孔隙率大于1的細粒土需要經過一系列的處理方可在工程中投入使用，主要是以為這種細粒土的抗剪強度較低、性質也較差。

細粒土的抗剪強度指標的試驗能夠為工程設計中提供科學的計算參數，土體的穩定性和抗剪強度是關系到工程設計質量的重要影響因素。而影響細粒土抗剪強度指標的因素主要有含水率、塑形指數和孔隙比等。這些眾多的影響因素使得即使是同種土的抗剪強度指標也不會是一個定值，加之受到多重其他因素的共同作用，使得細粒土的抗剪強度指標的確定變得更為復雜，以至于到現在還存在很多問題沒有解決。

1 剪切試驗

1.1 剪切試驗的方案設計

上文中已經提到，細粒土抗剪強度的確定存在著很多影響因素。在筆者通過大量的調查分析之后，對這些影響因素進行了歸納總結：影響細粒土抗剪強度指標的確定主要分為內在和外在因素。外在影響因素包括溫度、土的應力歷史等。內在影響因素有孔隙比、塑形指數和含水率等。這里要說明一點：文中主要針對內在影響因素分析細粒土的抗剪強度的確定，即孔隙比、塑形指數和含水率等對細粒土抗剪強度確定的影響。

在該設計方案中，筆者選取了三種相對具有代表性的細粒土，分別是：粘土、粉質粘土、粉土。在對3種細土粒的性質進行分析之后，通過試驗測的三種細粒土的含水率分別是：22%、18%、14%，其塑形指數分別是：25.7、12.6、7.4，考慮到細粒土孔隙比的變化范圍，為三種細粒土的孔隙比分別取定值：0.8、0.7、0.6。利用正交試驗設計手法，設置的試驗方案見圖1。

圖1 三種細粒土的實驗方案

為保證土體的充分固結對抗剪強度提高的影響，文中采用的直剪試驗中的慢剪。

1.2 試驗結果

通過上述試驗，共計得出9組試件36次試驗的數據結果。并根據該數據結果畫出I～R的關系曲線，見下圖2、圖3、圖4。

圖2 試驗1～3的關系曲線

圖3 試驗4～6的關系曲線

圖4 試驗7～9的關系曲線

在三種不同條件下，針對該關系曲線，筆者總結了相應的粘聚力和內摩擦角的相關數值，具體見下圖5。

圖5 試驗數據總結

2 影響因素的敏感性分析

在圖5中，通過計算可以得出粘聚力和內摩擦角對各個影響因素的敏感性系數，進而能夠對各個影響因素的變化得出相應的敏感程度。下面首先以孔隙比為例，做內摩擦角孔隙比的敏感性系數的計算。

首先計算各孔隙比對應的內摩擦角的平均值：

0.6：（29.8+26.3+22.9）/3=26.3

0.7：（25.2+22.7+28.1）/3=25.3

0.8：（22.1+27.4+24.9）/3=24.8

然后計算各個孔隙比變化范圍內，單位孔隙比的內摩擦角，即為孔隙比在該范圍內內摩擦角對其的敏感性系數：

0.6～0.7：（25.3-26.3）/（0.7-0.6）=-10

0.7～0.8：（24.8-25.3）/（0.8-0.7）=-5

求出上述范圍內敏感性系數的平均值，即為內摩擦角對孔隙比的敏感性系數：

（-10-5）/2=-7.5

根據上面的計算方式，同樣可以得出內摩擦角對塑形指數以及含水率的敏感性系數分別是：-0.4、-5；而粘聚力對塑形指數、含水率和孔隙比的敏感性系數分別是：3.1、-32.5、-37.5。

綜上，從敏感性系數的計算中，內摩擦角對孔隙比的敏感性系數最大，即：孔隙比的變化對內摩擦角的影響最為強烈，塑形指數的變化對內摩擦角的影響最小，含水率的影響居中。粘聚力對這三種影響因素的變化幾乎同內摩擦角保持一致。另外，塑形指數的變化對粘聚力的敏感性系數為3.1，其數值大于0，所以，塑形指數與粘聚力的關系表現為呈正相關關系，而另外兩種均表現為負相關關系。

3 從量化角度上分析抗剪強度與三種影響因素的關系

從上面的圖5中，主要是運用多元回歸的手法進行了線性回歸試驗，從而得出粘聚力和內摩擦角同三種主要影響因素的函數關系式。

U=-7.6667e-0.05w-0.3013Ip+36.346R2=0.96

c=-37.5e-0.325w+2.7034Ip+51.973R2=0.99

上式中，e代指孔隙比、w代指含水率、lp代指塑形指數、ψ代指內摩擦角、c代指粘聚力。通過分析總結可知，內摩擦角與粘聚力同三種主要影響因素的有著密切的關系。

4 結語

綜上所述，細粒土抗剪強度的確定受到多種因素的影響，主要有孔隙比、含水率、塑形指數三種，文中主要利用多元回歸的手法，得出了內摩擦角與粘聚力同含水率、孔隙比和塑形指數三種主要影響因素的有著密切的關系。在上述進行的試驗中，我們可以得知：有敏感系數的分析中，細粒土抗剪強度的三種影響因素的敏感程度表現出不同的形式，塑形指數的變化對內摩擦角的影響表現出敏感程度最低，孔隙比的變化表現出的敏感程度最為強烈，含水率居中；在對粘聚力的計算中，粘聚力對這三種影響因素的變化幾乎同內摩擦角保持一致。另外，塑形指數的變化對粘聚力的敏感性系數為3.1，其數值大于0，所以，塑形指數與粘聚力的關系表現為呈正相關關系，而另外兩種均表現為負相關關系。

參考文獻

[1] 程玉梅，倪紅素.與土的抗剪強度指標相關的若干因素[J].中國港灣建設，2003（04）.

[2] 繆志萍.關于土的抗剪強度應用的探討[J].路基工程，2006（05）.

[3] 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 （04）.

[4] 盧肇鈞.粘性土抗剪強度研究的現狀與展望[J].土木工程學報， 1999（04）.