边坡残积土直剪强度特性试验研究
- 格式：pdf
- 大小：272.66 KB
- 文档页数：4
边坡残积土直剪强度特性试验研究
贾 龙
(贵州省交通规划勘察设计研究院,贵阳 550001)
摘 要:通过边坡残积土的物性试验和室内直剪试验,分析了不同土质、不同含水条件下原状土和击实土的直剪特
性,结果表明:饱水土的粘聚力和内摩擦角以及抗剪强度均比保湿条件下低,不同土质条件由保湿向饱水转变时土
的抗剪强度减幅不同;利用土性对含水率的敏感度可以粗略判断边坡浅层滑动和深层滑动的可能性;击实土样的
抗剪强度随含水率增高而增强,在一定值时达到峰值,然后随含水率的增高而逐渐减弱,呈单峰状,这一峰值含水
率与土样最优含水率基本一致。
关键词:残积土,直剪试验,粘聚力,内摩擦角,抗剪强度
中图分类号:TU455 文献标识码:B 文章编号:100423152(2010)0220068204
1 引言
土的抗剪强度制约着土坝、路堤、边坡以及挡
墙、地下结构等周围土体的稳定性,土体抗剪强度指
标的准确界定对于工程设计、施工具有重要意义。
目前在工程研究中应用较为普遍的土体抗剪强度参
数的试验方法包括:室内直接剪切试验(包括快剪、
固结快剪、慢剪和排水反复剪)、室内三轴剪切试验
和原位直剪试验等。尽管直剪试验本身具有一些缺
点,但是由于其易于操作,而且提供的抗剪强度也能
反映真实问题,所以在实践中应用较多。目前国内
外多种标准及行业规范、规程都将直剪试验作为测
定土体抗剪强度指标的主要技术手段之一。
大多数研究者认为原位直剪试验值为峰值强度
或残余强度,另一种认识是将滑带土沿滑动面剪切
试验峰值强度视为再生强度,是滑带土沿滑动面相
互嵌合、粘结产生的,与滑坡体厚度、含水率等有直
接关系。土的颗粒组成和种类、结构、孔隙比、饱和
度、初始应力和应变、应力历史、排水条件、温度以及
孔隙水的性质、加荷速率、应力路径等是影响土体抗
剪强度的诸多因素。试验对这些因素的模拟程度越
高,试验成果的可信度越高。室内直剪试验主要通
过控制试样的固结程度、排水条件、加荷速率以及土
颗粒组成、含水率、应力状态以力求获得土体的真实
强度指标。2 工程工况地质
十(堰)漫(川关)高速公路沿线褶皱强烈,两郧
断裂为一区域性大断裂,独特的地质环境导致了大
量的不良地质现象。结合现场施工、设计以及边坡
失稳类型和破坏模式,对35个土质边坡进行比选,
最终确定两个土质边坡:5号边坡(护面墙全部破
坏,不稳定,属高液限土)、8号边坡(古滑坡,不稳
定)为代表性边坡。通过现场取样,开展了室内常规
物性试验及直剪试验。
2.1 5号边坡
K43+795～+875(左幅),边坡走向297°,二级
坡,坡高16m。一级未防护,二级为菱形窗口护面
墙防护。K43+795～+825段护面墙防护已破坏,
K43+825～+875段目前坡面平整无损。为残坡积
(Qdl+el4)土质坡,岩性为红褐色粘土,滑坡后缘沿二
级坡顶下错达8m,前缘鼓出4m～5m,宽15m,很
可能是古滑坡。
2.2 8号边坡
K71+880～+950(左幅),边坡走向341°,一级
坡,坡高5m,未防护。K71+880～+920段坡脚开
挖卸荷,引发滑坡,滑坡后缘下错6m,残坡积
(Qdl+el4)土质边坡,前缘鼓出3m,滑坡长40m,前缘
渗水严重。
收稿日期:2010201226 作者简介:贾龙,男,1963年生,高级工程师,1987年毕业于成都科技大学水利水电工程建筑专业,主要从事岩土工程方面的研究工作。3 滑体土物理力学特性3.1 基本物理力学参数
边坡土样的物理力学指标见表1。
表1 边坡土样的物理力学指标
边坡编号颗粒分析(mm)(%)
>0.075 0.075-0.005 <0.005含水率(%)密度(g/cm3)比重孔隙比液限(%)塑限(%)塑性指数渗透系数(cm/s)压缩系数(MPa-1)压缩模量(MPa
)
5#65.3519.5515.1020.102.022.630.56445.4636.738.739.92×10-60.2117.389
8#77.3912.5410.0724.771.902.670.7542.0026.3315.678.12×10-60.1998.772
5#边坡残积土中2mm直径以上颗粒含量超过
50%,8#边坡也接近40%。从0.5mm粒径以下边
坡残积土颗粒来看,粘粒含量在10%～15%之间,
而粉粒含量略高,在12%～20%之间。按照土的工
程分类标准,两个边坡残积土均属于粗粒土范畴。
5#边坡残积土塑限稍高于8#边坡,液限相差不大,
在42%～45%之间。
3.2 击实试验
轻型击实试验的单位体积击实功为592.2kJ/
m3,分三层击实,每层25击,采用干法备样进行试
验,确定5#边坡最大干密度和最优含水率分别为
1.91g/cm3和12.90%,8#边坡最大干密度和最优
含水率分别为1.76g/cm3和19.65%。4 直剪试验特性
为确定边坡土体的抗剪强度指标,挖取原状土
样进行固结快剪试验。试验采用应变控制剪切仪,
一种方式是将原状土样直接放入直剪仪,在原含水
率的条件下(用湿棉球保湿)施加不同压力进行固
结;为了求取降雨条件下原状土在极限饱水时边坡
土体的抗剪强度,采用另一种方式进行直剪试验,即
将试样抽气饱和后施加不同压力进行固结,然后施
加水平力使试样在不排水条件下剪损。原状土样在
保湿和饱和条件下的τ(剪应力)～S(剪切位移)曲
线见图1～图4。
图1 5号边坡原状土样(保湿)直剪试验曲线 图2 5号边坡原状土样(饱水)直剪试验曲线
图3 8号边坡原状土样(保湿)直剪试验曲线 图4 8号边坡原状土样(饱水)直剪试验曲线
从曲线来看,除5号边坡土样在较高压力下表
现出应变软化的现象,其余土样均为应变硬化型,说
明不论在保湿还是在饱水条件下,5号边坡的破坏形式与8号边坡略有不同。对于同一位置土样来
说,在相同垂直压力下,饱水土样的剪切强度稍小于
保湿条件下的剪切强度,试验成果见表2。96 第2期 贾 龙:边坡残积土直剪强度特性试验研究表2 边坡原状土样直剪试验成果
土样状态粘聚力(kPa)内摩擦角()上覆压力下的抗剪强度(kPa)
50100150200250
300
5号边坡保湿25.0019.9543.1561.2979.4497.58115.73133.87
饱水23.0018.4839.7256.4373.1589.86106.58123.29
8号边坡保湿25.5022.8853.6071.7089.80107.90126.00144.10
饱水22.0021.8042.0062.0082.00102.00122.00142.00
由表可见,饱水后土的粘聚力和内摩擦角均比
保湿条件下有所降低。鉴于独立考察抗剪强度指标
的意义对于边坡稳定性的分析有失偏颇,所以这里
按照τ=σ・tgφ+c来分析在不同上覆压力σ下,土
样在饱水和保湿条件下抗剪强度τ的变化规律。由
表2可见,各边坡土样抗剪强度随上覆压力的增大
而增大,在饱水条件下其抗剪强度比保湿条件下低,
5#边坡降低幅度在7.9%左右,8#边坡随着上覆压
力的增大,饱水条件下的抗剪强度与保湿条件下的
强度值越接近,随着上覆压力由50kPa增大到300
kPa,其抗剪强度的减幅分别由15.2%和21.6%递
减到3.3%和1.5%。
对于5#边坡残积土,降雨促成不同深度土的抗
剪强度下降的幅度基本相同,可见该边坡由于降雨
产生失稳的位置并不固定,浅层滑动与深层滑动均
有可能。而对于8#残积土边坡,由于浅层土的抗剪
强度对降雨条件敏感,随着土层的深入,抗剪强度与
含水条件相关性减弱,降雨时产生浅层滑动的可能
性较大。为了进一步了解不同密度、不同含水率条件下
边坡扰动土样的抗剪强度指标变化规律,在击实试
验后对土样进行了固结直剪试验。边坡扰动土样击
实后直剪试验成果见表3,击实土在不同压力下抗
剪强度与含水率关系曲线以及粘聚力和内摩擦角随
含水率的变化关系见图5～图10。
表3 边坡扰动土样击实后直剪试验成果
边坡编号含水率(%)粘聚力(kPa)内摩擦角(°)
5#7.729.8512.1015.5618.905.5017.5019.0029.0037.0028.8124.2344.7134.3722.
29
8#11.5614.5816.8719.9822.236.4317.0049.4354.5052.0033.9940.6933.9931.3822.78
图5 5#边坡击实土粘聚力 图6 5#边坡击实土内摩擦角 图7 5#边坡击实土抗剪强度
与含水率关系曲线 与含水率关系曲线 与含水率关系曲线
图8 8#边坡击实土粘聚力 图9 8#边坡击实土内摩擦角 图10 8#边坡击实土抗剪强度
与含水率关系曲线 与含水率关系曲线 与含水率关系曲线07土 工 基 础 2010 击实土样的剪切应力随剪切位移变化曲线均遵
循应变硬化规律,随含水率的增加,剪切应力不断增
大,而当含水率超过一定值后,随含水率的增加,剪
切应力又逐渐减小。研究发现,这一含水率定值与
土样最优含水率基本一致。
从5#和8#两个边坡残积土击实试样的粘聚力
与含水率关系来看,随着含水率的升高,土的粘聚力
均有明显的增长,较高含水率对应的最大粘聚力是
较低含水率对应的粘聚力的7～8倍。两个边坡残
积土的内摩擦角与含水率的一致性关系并不明显,
其变化曲线有一定的波动,与剪切应力相对应,在最
优含水率±3%范围内内摩擦角最大。
通过不同边坡击实土在不同压力下抗剪强度与
含水率关系曲线可以看出,不同上覆压力下土样的
抗剪强度随含水率增高先增强,在一定值时达到最
高值,然后随含水率的增高而逐渐减弱,呈单峰形
状。5#边坡土的剪切强度峰值点对应的含水率与
最优含水率一致,而8#边坡剪切强度峰值点对应的
含水率低于其最优含水率2个百分点。
5 结论
(1)直剪条件下,饱水土的粘聚力和内摩擦角
均比保湿条件下低,土的抗剪强度随上覆压力的增
大而增大,在饱水条件下其抗剪强度比保湿条件下
低,不同土质条件由保湿向饱水转变时土的抗剪强
度减幅不同。(2)从饱水和保湿条件下土的抗剪强度特性可
以看出不同土性对降雨的敏感度不同,由此可以粗
略判断浅层滑动和深层滑动的可能性。
(3)击实土样的剪切应力随剪切位移变化曲线
均遵循应变硬化规律,随含水率的增加,剪切应力不
断增大,而当含水率超过一定值后,随含水率的增
加,剪切应力又逐渐减小,这一含水率定值与土样最
优含水率基本一致。
(4)不同上覆压力下击实土样的抗剪强度随含
水率增高先增强,在一定值时达到峰值,然后随含水
率的增高而逐渐减弱,呈单峰状。
参考文献
[1] 马克生,吴海生,赵跃亭.粉土在直剪试验中的强度特性研究[J].科技情报开发与经济,2009,19(5)
[2] 熊诗湖,边智华,杨宜.滑带土原位直剪试验条件的不确定性及基于网络的抗剪强度参数估计[J].岩土力学,2006,27(增)
[3] 程圣国,傅又群,罗先启.滑坡滑带土原位直剪试验应用研究[J].路基工程,2008,(2)[4] 刘建锋,徐进,高春玉.土的直剪试验缺陷探讨[J].四川水力发电,2005,24(1)
[5] 丁学彬,雷美清.土工织物直剪摩擦试验研究[J].土工基础,2004,18(4)
[6] 吴明,傅旭东,夏唐代等.压实土不固结不排水单剪、直剪试验对比[J].岩石力学与工程学报,2006,25(增2)
[7] 冯俊德,李建国,汪稔等.云南某铁路冰碛土大型直剪强度特性试验研究[J].岩土力学,2008,29(12)
