羅和平

土是分散的固體顆粒、水與氣體組成的三相系,由于這三相之間比例量的關(guān)系以及相互作用,使土呈現(xiàn)不同的狀態(tài)與物理特性。土在外力作用下,使土呈現(xiàn)出力學(xué)特性,土的抗剪強度是其力學(xué)特性之一。土體的破裂并非是固體顆粒的破裂,而只是破裂面兩邊的土粒發(fā)生了相對移動(剪切變形)的結(jié)果。土的抗剪強度就是土體在剪應(yīng)力作用下,開始發(fā)生一部分土沿另一部分土滑動時,所具有抵抗剪切的極限強度,所以,土的強度問題其實質(zhì)就是抗剪切強度問題,而土體的破壞過程也就是喪失穩(wěn)定性的過程。在工程應(yīng)用中確定地基承載力與地基穩(wěn)定性、邊坡穩(wěn)定性、擋土墻結(jié)構(gòu)的土壓力等方面具有重要意義。本文主要是通過直剪儀來測定在不同試驗條件下土的抗剪強度,并分析其規(guī)律。固結(jié)快剪、浸水直接快剪(飽和快剪)、浸水固結(jié)快剪(飽和固結(jié)快剪)。試驗所用儀器為南京土壤儀器廠生產(chǎn)的應(yīng)變式控制直剪儀。

表1 原狀土物理性質(zhì)統(tǒng)計表

表2 重塑土物理性質(zhì)統(tǒng)計表

1 試驗研究

通過大量試驗實踐,筆者按土的物理性質(zhì)歸納分類,選取具有代表性土進行研究,從而系統(tǒng)地對土的直剪試驗進行研究?，F(xiàn)將試驗樣品分為兩大類:1)原狀樣A,B,C三種,其物理性質(zhì)見表1;2)重塑土制樣D,E,F三種,其物理性質(zhì)見表2。分別采取飽和與非飽和兩種狀態(tài)進行分析。試驗方法依據(jù)規(guī)范[1]采用直接快剪、

2 試驗結(jié)果與討論

將試樣按非飽和狀態(tài)和飽和狀態(tài),在不同的試驗條件下進行直接剪切試驗,測得土的抗剪強度參數(shù)粘聚力c(kPa)和內(nèi)摩擦角φ(°),其成果統(tǒng)計見表3。

表3 土的抗剪強度試驗成果統(tǒng)計表

從表3統(tǒng)計中可以看出,不論是原狀樣,還是重塑土制樣,非飽和土的固結(jié)快剪所得的內(nèi)摩擦角φ值最大,飽和快剪的內(nèi)摩擦角φ值最小;A樣品與D樣品飽和快剪與飽和固結(jié)快剪的內(nèi)摩擦角相差小于1°,其原因是由于二者的塑性指數(shù)Ip＜7,土顆粒較粗,粘粒含量偏小,屬于砂性土,樣品中的水分在有荷重情況下極易排出,且直剪儀為不完全封閉狀態(tài),在飽和快剪時,雖然試樣上下均墊有不透水膜,但試樣在加荷的瞬間,試樣中的水分仍然會快速從土與不透水膜縫隙間排出,試樣的主固結(jié)瞬時完成,這樣就與飽和固結(jié)快剪的條件基本相同了,因此二者的內(nèi)摩擦角相差不大。相反,B,C,E,F四樣品均屬黏性土樣,在快剪條件下,土樣內(nèi)部的水分還來不及排出,試樣就被剪壞,所以所測得的內(nèi)摩擦角相差較大,且試樣的飽和快剪所得的內(nèi)摩擦角要小得多。還有,隨著土的粘性增大,樣品的飽和快剪測得的內(nèi)摩擦角呈減小趨勢。另外,可以看出,樣品的非飽和狀態(tài)快剪與飽和狀態(tài)固結(jié)快剪測得的內(nèi)摩擦角相差不大,這是由于在飽和過程中,水進入樣品內(nèi)部,使土顆粒間的物理化學(xué)作用發(fā)生了改變,再加上在樣品固結(jié)時對土原有結(jié)構(gòu)的破壞,同時,在樣品固結(jié)完成后,樣品的含水率仍比非飽和狀態(tài)樣品的含水率大,而土的內(nèi)摩擦角隨含水率的增大而呈減小趨勢[2]。所以,試樣的飽和固結(jié)快剪所得的內(nèi)摩擦角與非飽和狀態(tài)直接快剪所得的內(nèi)摩擦角相差不大。

在統(tǒng)計原狀土樣的抗剪強度參數(shù)時,發(fā)現(xiàn)有一部分樣品,非飽和狀態(tài)快剪所得的c,φ值要比非飽和固結(jié)快剪所得值大,尤其φ值更明顯,分析此原因,因為一般認(rèn)為土的抗剪強度是由土的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦兩部分組成[3],此類原狀樣品本身存在較強固化內(nèi)聚力和較大顆粒間的咬合力,而固結(jié)時,對樣品本身這種在自然界中經(jīng)過長期的、復(fù)雜的地質(zhì)作用形成較強的固結(jié)強度造成了破壞,最后雖固結(jié)壓密了土,但其強度仍不能達到土在自然沉積過程中的原有強度,因此就出現(xiàn)了此類現(xiàn)象,而在比較軟的土不存在此類現(xiàn)象。

3 結(jié)語

1)不論原狀土,還是擾動土,其抗剪強度中的內(nèi)摩擦角由非飽和狀態(tài)的固結(jié)快剪,直接快剪到飽和狀態(tài)的固結(jié)快剪,直接快剪呈遞減趨勢。2)對于砂性土(Ip＜7),飽和快剪與飽和固結(jié)快剪所得的內(nèi)摩擦角相差不大。3)對于黏性土(7＜Ip＜12)可塑狀態(tài)時,一般情況下,其非飽和狀態(tài)的直接快剪與飽和狀態(tài)的固結(jié)快剪所得的內(nèi)摩擦角相差無幾。4)對于在試驗中,較硬的土樣有時會出現(xiàn)非飽和狀態(tài)的直接快剪的試驗結(jié)果大于其固結(jié)快剪的結(jié)果,屬正?，F(xiàn)象,試驗人員不應(yīng)進行數(shù)據(jù)調(diào)整處理,應(yīng)據(jù)實提供,供地質(zhì)人員綜合全面參考予以處理。

[1] GB/T 50123-1999,土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 趙壽剛.黃河下游沉積粘土層的土力學(xué)特性分析[J].巖土工程界,2005(10):91-92.

[3] 甘德福,袁雅康.土的基本性質(zhì)與室內(nèi)土工試驗[M].上海:上海市地質(zhì)協(xié)會,1984.