天津市區域土層的抗剪強度指標與物性關系分析

文/馮建國、周杰 河北省水利水電勘測設計研究院 天津 300250

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天津市區域土層的抗剪強度指標與物性關系分析

文/馮建國、周杰 河北省水利水電勘測設計研究院 天津 300250

土體的抗剪強度指標受土類、初始狀態、飽和度以及所受的應力歷史等因素有關。對于天津地區來講：地下水位埋深較淺，土體基本處于飽和狀態，絕大多數屬正常固結土。因此，土類和土體的初始狀態是影響土體抗剪強度指標的主要因素。

抗剪強度指標；物性；關系

一、前言

在工程勘察設計中，土體的抗剪強度指標是重要的設計參數之一。科學、準確地確定土體的抗剪強度指標關系到工程設計質量和工程運行安全。土體的抗剪強度指標與土類、初始狀態、飽和度以及所受的應力歷史等因素有關。對于天津地區來講，地下水位埋深較淺，土體基本處于飽和狀態，絕大多數屬正常固結土。因此，土類和初始狀態是影響土體抗剪強度指標的主要因素。目前在規程規范中，對于低等級建筑物地基設計還保留采用直剪試驗方法所提供的抗剪強度指標。因此，總結分析土體直剪試驗獲得的抗剪強度指標與其物理指標的關系有一定的必要性。本文主要以天津市六緯路區域的工程勘察試驗資料為依據，分析了兩種試驗條件下天津地區飽和粘性土的直剪試驗強度指標與土類、土體初始狀態的關系，提出了該區域各類土體內摩擦角的變化范圍和固結后增長區間。

二、基本思路

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

三、數據組成

數據均來自天津市六緯路區域的工業與民用建筑地基的工程勘察資料。在數據采用時進行了甄別和篩選，對異常數據進行了刪除。選取的樣品土類包括：淤泥質土、粘土、粉質粘土和粉土。兩種試驗條件下的數據共388組，其中自快數據124組，固快數據264組。詳見表1。

四、相關分析

為了充分考慮土類、土的初始狀態對土的抗剪強度指標的影響，我們以表達式WL/（IP（1+e0））綜合反映土的物理狀態并繪制土的內摩擦角、粘聚力與WL/（IP（1+e0））的關系曲線，詳見圖1～圖4。

圖1 Cq與WL/（Ip（1+e0））關系曲線

圖2 φq與WL/（Ip（1+e0））關系曲線

圖3 Ccq與WL/（Ip（1+e0））關系曲線

圖4 φq與WL/（Ip（1+e0））關系曲線

從上圖可以看出：除了快剪指標Cq（粘聚力）與表達式WL/（IP（1+e0））相關性較差外，其余均有較好的相關關系。分析其原因：由于土樣在采取、運輸、制備等因素的影響下，其結構遭到不同程的破壞，且破壞程度不一，因此造成對Cq值的影響較大，數據較離散。而經過固結后，土樣的結構得到了統一修復，消除了絕大部分外界因素對Ccq值的影響，因此Ccq值隨WL/（IP（1+e0））變化的規律性較好。

土的內摩擦角φq、φcq與表達式WL/（IP（1+e0））均有較好的相關關系，尤其φcq與WL/（IP（1+e0））的關系更緊密，可以說：土的內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。

統計分析發現：388組數據中，除一例WL/（IP（1+e0））值小于1外，其余均大于1。當WL/（IP（1+e0））＜1.5時，土類基本由淤泥質土、粘土和粉質粘土組成；當WL/（IP（1+e0））＞1.5～1.6時，土類絕大多數由粉土和少部分粉質粘土組成；當WL/（IP（1+e0））在1.5附近時，土類由粉質粘土和粉土組成。

將圖2與圖4比較可以發現：盡管確定φq、φcq值的樣品取自同一區域，每一個φq、φcq值并不是對應同一樣品，其物理狀態可能大不相同，但是，兩圖中散點分布的趨勢非常相似。粘質土（粘土、粉質粘土）的內摩擦角為：φq=5°～15°、φcq=10°～21°；粉土的內摩擦角為：φq=25°～31°、φcq=27°～32°；粘質土與粉土過渡段土的內摩擦角為：φq=15°～25°、φcq=21°～27°。固結后粘質土的內摩擦角增長區間為：6°～16°；粉質土的內摩擦角增長區間為：1°～7°；粘質土與粉土過渡段的內摩擦角增長區間為：2°～12°（此區段土的內摩擦角變化或波動較大），這一現象也符合常規統計結果，即固結后粘性土的內摩擦角普遍增加較大，粉土（砂性大的）的內摩擦角增加較小。

結語：

⑴在正常固結和飽和的情況下，土的抗剪強度指標與其物理指標之間存在比較密切關系。如果受外部因素影響，土體結構遭到不同程度的破壞，那么，土的粘聚力受影響較大，內摩擦角受影響較小。

⑵土體經固結后其內摩擦角均有不同程度的增加。在所分析的區域內，粘質土增加區間為：6°～16°；粉土增加區間為：1°～7°；粘質土與粉土過渡段增加區間為：2°～12°（此區段土的內摩擦角變化或波動較大）。

⑶在所分析的區域內，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，分析結果可能帶有一定的區域性和片面性。

［1］《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2002）［S］.

［2］張喜發.《巖土工程勘察與評價》［K］.

［3］武漢水利電力學院.《土力學及巖石力學》［M］.

［4］楊熙章.《土工試驗與原理》［K］.

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

馮建國，男，天津人，工程師，長期從事巖土工程相關工作。