粘性土含水率及壓實度對抗剪強度參數影響研究

2015-08-03 08:47:22王輝

黑龍江交通科技 2015年7期

王輝

(石家莊市軌道交通有限責任公司)

1 引言

隨著國家高速公路建設的進一步推進，出現了越來越多的高填深挖路基邊坡，其穩定問題日漸突出;同時，早期建成通車的部分路段邊坡發生滑塌，造成了較大的經濟損失。因此深入研究路基邊坡的穩定性問題越發顯得重要，土的抗剪強度參數粘聚力(c)和內摩擦角(φ)是完成邊坡穩定計算的主要參數，一般通過直剪和三軸試驗得到，且其隨著自然環境和施工條件的改變而不同，因此研究土體含水率和壓實度對細粒土的c、φ 影響不僅能夠為分析土體邊坡穩定性計算提供可靠參數，而且對工程設計和施工具有重要指導意義。

2 土的物理特性研究

按照《公路土工試驗規程》(JTG E40－2007)規定，對土樣進行了土的顆粒分析試驗，根據試驗結果劃分了土的類別;采用液限塑限聯合測定法測定了土的液限和塑限;采用重型擊實試驗方法確定土的最佳含水量和最大干密度。最終試驗結果見表1，可判斷此土樣為中液限粘性土。

表1 土樣的工程性質

3 土的三軸剪切試驗

3.1 試驗原理及方法

測定土的抗剪強度參數試驗可分為不固結不排水剪、固結不排水剪和固結排水剪的試驗。其中不固結不排水(UU)試驗是在施加周圍壓力和增加軸向壓力直至破壞過程中均不允許試樣排水，本試驗采用此種試驗方法。

設剪切破壞時軸向加荷系統加在試樣上的豎向壓應力(稱為偏應力)為Δσ1，則試樣上的大主應力為σ1=σ3+Δσ1，而小主應力為σ3，據此可作出一個極限應力圓。用同一種土樣的若干個試件(一般3～4 個)分別在不同的周圍壓力σ3下進行試驗，可得一組極限應力圓。作出這些極限應力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強度包絡線，據此可求得土樣的抗剪強度指標c，φ 值。

結合工程實際，本試驗選取4 種含水率(10%，12%，14%，16%)及3 種壓實度(90%、93%、95%)的進行試驗，圍壓分別為100 kPa、200 kPa、300 kPa。

3.2 試驗結果及分析

(1)粘聚力與內摩擦角值計算。

本次多組試驗的結果如表2，圖1 是對應含水率為10%和壓實度為90%的試樣的破壞應力圓包絡線圖。繪出試樣在不同周圍應力下的破壞應力圓，并繪出三個應力圓的公切線，可得土樣的內摩擦角和粘聚力。

表2 試樣在不同含水率和壓實度下的c、φ

圖1 試樣的不固結不排水剪強度包線

(2)結果分析。

按控制變量法把試驗結果做成關系曲線圖分析單一變量對c、φ 的影響。

如圖2 所示，顯示了含水率和內摩擦角φ 的關系曲線。隨著含水率的增加，內摩擦角先是增加，在最佳含水率附近達到最大值，隨后逐漸減小。這與含水率與干密度的關系曲線相似。同時由圖可知，95%壓實度下的φ 大于93%壓實度下的φ，93%下的φ 大于90%。也就是說土的密度與內摩擦角φ 也有一定的關系，具有近似直線的關系。這與劉劍旗等的觀點一致。

圖3 顯示了壓實度和內摩擦角φ 的關系。由圖可知，隨著壓實度的增加，內摩擦角φ 也增加，并且在含水率為12%時內摩擦角φ 最大。可見，不同壓實度的土樣有著不同的φ，進而影響著路基邊坡的穩定性。