西雙版納某邊坡工程土體原位直剪試驗研究

陶盾

摘要：邊坡支護設計是工程中的一個重要環節，本文依托于西雙版納地區的某邊坡支護工程，針對含礫粉質粘土和礫砂兩種土層分別進行了正常和浸水情況下的原位剪切試驗，在基本不擾動土層的情況下獲取兩種土層的抗剪強度指標，并與室內試驗結果進行了分析對比，提出了場地土邊坡支護設計中c、φ的參考值，對后期邊坡的設計做出了相應指導。

【關鍵詞】邊坡支護；原位剪切試驗；抗剪強度指標

在工民建、交通土建等工程建設過程中，邊坡問題的處理是不可忽視的一個環節，邊坡的設計支護要求對邊坡穩定性進行準確的評估分析。土體原位測試可以在不擾動或基本不擾動土層的情況下進行測試，獲得所測土層的物理力學性質指標。原位測試與室內試驗的傳統方法比較起來具有明顯優點：（1）現場試驗，毋需取樣，避免了原狀樣擾動所帶來的問題；（2）原位測試土尺寸較室內試驗樣品要大得多，因而更能反映土的宏觀結構（如裂隙等）對土的性質的影響。本文以西雙版納地區某邊坡支護設計工程為依托，進行現場原位直剪試驗，取得不同狀態下土體（含礫粉質粘土、礫砂）的抗剪強度參數（C、φ），以此為依據為后續邊坡設計提出經濟、合理的設計參數。

1.工程概況

本項目整個場地由丘體、沖溝、緩坡、階梯狀梯田組成，總體地形起伏較大，坡角一般為5～30°。勘察期間現場正在施工整平挖填方，部分坡度在變化中。鉆探揭露深度范圍內出露的地層主要分5層，主要為人工填土、耕植土、粘土、含礫粉質粘土、礫砂。

2.試驗布置與實施

2.1試驗方案

本次現場剪切試驗共完成8組試驗。含礫粉質粘土層4組（1組為浸水試驗）、礫砂層4組（1組為浸水試驗）。每組分為4次快剪，共32次。

本次試驗為平推法試驗。通過人工現場切樣，利用試驗儀器（剪切盒、手動液壓泵、應變式荷重傳感器、表式位移計、反力裝置、水平尺、承載板、鋼珠、豎向反壓車等），每組通過4級不同豎向載荷測得土體豎向壓縮指標，再水平剪力分級加載的形式剪切至土體破壞，使試樣在確定的剪切面上破壞、記錄試樣的破壞剪應力，繪制破壞剪應力與垂直（法向）應力的關系曲線，從而求得土體的粘聚力C和內摩擦角φ等抗剪強度指標。

2.2試驗步驟

2.2.1 土樣制作

試樣的制備均在探坑內進行，探坑平面尺寸為1.8m*2.1m，深約0.7m；每個探坑取4個土樣，土樣尺寸為0.1m2*0.12m。取樣過程中，用鏟刀削切土體，避免擾動土體，直至達到剪力盒高度，將剪力盒豎向緊握下切土體，剪力盒上方土體削平，并保證坑底的水平。

2.2.2 儀器安裝

安裝前應對傳感器、位移計、應變儀、千斤頂等儀器設備進行校驗、標定。試樣的制備和設備的安裝工作應盡快進行，以保持試樣的天然含水率狀態。浸水試驗的浸水時間視試樣的透水性而定。

2.2.3 加載試驗

本次現場直接剪切試驗采用快剪法。每個探坑做一組實驗（4個土塊），分4級豎向荷載加載，豎向荷載分別為100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa。

3.試驗結果與分析

根據現場剪切試驗數據，繪制剪切應力與剪切位移曲線、剪切應力τ與豎向壓應力σ曲線，得出各組試驗的土體粘聚力C和內摩擦角φ。同時，本次試驗在完成剪切試驗之后，在每個剪切面上取擾動土樣一個，送試驗室完成含水率試驗，試驗結果取4個剪切面的含水率平均值。結果見表1和表2。

本次試驗期間正值雨季，試驗部位均有明顯的雨后集水，積水向下滲透導致試驗土層的含水率均偏高。試驗過程中，當施加較大的軸向壓力時，從剪切盒的底部滲出少量的水，說明本次試驗的土層均處于飽和狀態。從含礫粉質粘土的C3、E5、E6三組試驗可以看出，剪切面的含水率基本相同，可取平均值。而C1的含水率明顯偏大，抗剪強度有所降低，但不明顯；礫砂地層的容水率較差，浸水后抗剪強度有一定的降低。綜合以上分析結果，場地土的直接剪切抗剪強度的參考值如表3所示。

試驗結果較好的反映了場地內2種土層在目前狀態條件下的抗剪強度指標，與室內試驗對比如下。

場區深部的基巖均為花崗巖，設計邊坡的地層為全風化和強風化花崗巖地層，自地表向深部，地層的密度和強度逐漸提高、含水率逐漸減少，土的抗剪強度逐漸提高，試驗結果是最不利條件下得到的抗剪強度值。

4.結束語

不同含水率下土層抗剪強度指標存在差異，因此邊坡設計應做好坡面排水系統，施工中應檢查坡后土體的開裂情況防止地面集水長期深入地層中，降低土的抗剪強度，避免產生大體量的滑坡地質災害。土層的浸水試驗條件（飽和狀態）為本工程邊坡土層的最不利條件，對于長期處于浸水條件的部位進行邊坡設計時，可采用浸水條件下的抗剪強度指標。浸水條件下的抗剪強度指標也可用于邊坡設計安全性的驗證評估。

【參考文獻】

[1]周曾玉. 土工原位測試方法[J]. 交通世界， 2013（z1）：118-119.

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