愛華網(wǎng)???? 土是自然界漫長的地質(zhì)年代內(nèi)所形成的一種非連續(xù)、各向異性明顯的多孔松散堆積物，是由固體顆粒、水和氣體三相體系組成的。即使是同一土層，其性質(zhì)仍有一定的差異。它既不是理想的彈性材料，也不是理想的塑性材料，土的三相組成使其工程性質(zhì)表現(xiàn)相當復雜性質(zhì)復雜、不均勻、各向異性的材料，三相之間的相互作用對土的抗剪強度有很大的影響，同時，土中的孔隙水壓力等對土的強度影響也是不可忽視的。根據(jù)有效應力原理，土的強度指標中分為有效應力強度指標和總應力強度指標，總應力強度指標又分為固結不排水和不固結不排水強度指標。在室內(nèi)或室外試驗與測試中，不同的試驗方法或條件所測得測得結果是有較大差別的。這就需要我們盡可能選擇選擇與工程實際條件相似的試驗方法。土的抗剪強度是土體抵抗剪切破壞的極限能力, 是土的重要力學性質(zhì)之一。本主要對與土的抗剪強度有關的試驗方法及其在工程中應用的問題做了介紹和探討。 土強度的試驗方法及應用 土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的能力。在土力學中，采用摩爾—庫侖強度準則，用內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力兩個指標描述土的抗剪強度規(guī)律，即在土的破裂面上，抗剪強度隨法向應力增長的規(guī)律。 土的抗剪強度指標和土的原始狀態(tài)、應力路徑、應力歷史、排水條件等因素有關，考慮不同因素影響時，應采用不同的試驗方法。 土的抗剪強度的試驗方法，目前室內(nèi)最常用的是直接剪切試驗和三軸壓縮試驗，后者是較為完善的方法。土的剪切試驗有三種方法：①不固結不排水水剪（UU）；②固結不排水剪（CU）；③排水剪(CD)。
根據(jù)有效應力原理，土的抗剪強度是由土的有效應力決定的，孔隙水壓力對于土的抗剪強度沒有任何作用，在沒有超靜孔隙水壓力或者孔隙水壓力可以確定時，都應當用有效應力強度指標。 上述3種試驗方法中不固結不排水剪試驗結果只能用總應力指標表示，排水剪試驗結果就是有效應力指標(φd=φ′),只有固結不排水剪試驗結果可用總應力或有效應力指標來表示。 應力強度基本不變。當以總強度指標表示試驗結果時，強度的差異則是通過總應力強度指標來反映，不同的試驗方法得時的總強度指標是不同的，它反應出土在一定排水條件下其抗剪強度的變化。 對于同種土，在相同的應力及排水條件下，雖然總應力指標和有效應力指標不同，但其抗剪強度是相等的。 用有效應力表示土的強度指標它不隨排水條件的改變而發(fā)生變化，但在具體工程計算中一般比較困難，使其應用受到一定的限制，實際工程中總應力法應用的比較普遍。天然地基不可能完全排水或完全不排水，而是處于兩者之間，它與土層浸透性及排水邊界條件有關。 如果能夠求得有效應力就要使用有效應力指標來計算，因為有效應力計算結果更加符合實際。但多數(shù)工程，計算有效應力是比較困難的，在只知道總應力條件下，就只可用總應力法使用總應力指標來進行計算。 關于強度指標的正確選用，目前在一些工程技術人員中存在一些誤解或者模糊的認識，這需要我們加強對土力學基本概念和原理的理解并在工程實踐中逐步提高，正確合理地解決與土的強度有關的工程問題。 不固結不排水試驗的應用。不固結不排水剪強度是在完全不排水條件下試驗得到的，它是土體在某個應力狀態(tài)下的總強度。如果這個應力狀態(tài)是天然狀態(tài)，則這個強度就是天然強度，如果是在某種條件下預固結后再取土做的不固結不排水試驗，那么這個強度就表示預壓結束時的總強度，與天然強度之差就是土的強度隨固結度的增長而增長的量，無論什么條件下得到的不固結不排水強度都只能給出一個總強度。理論上不固結不排水得到的抗剪強度指標φ=0，但實際測試中得到的φ一般都大于0，這主要是由于飽和土在取樣過程土樣從原位應力狀態(tài)(σ>0)減少到總應力為0，而為了能夠保持原狀土的不回彈與體積不變，需要有一個負的超靜孔隙水壓力,即σˊr=-ur。 如果不能滿足試樣完全不回彈與不擾動，則可以在原位有效自重壓力下固結，然后再進行三軸不排水試驗測定土的強度指標。如果取樣后土樣有的有效應力已經(jīng)減少，甚至巳卸載到O，則需要施加固結壓力σ′3=-ur使試樣的體積與原位體積相同。對于一正常固結飽和帶土層，可取其層中點的有效自重應力固結到原位體積以后，再進行幾個圍壓的三軸不固結不排水試驗，而不能按每一深度的實際自重應力分別固結，再將用不同深度的試樣破壞時的莫爾圓的包線作為強度包線，這樣得到的強度指標就不是不排水而是固結不排水的強度指標了。無側(cè)限壓縮試驗得到的強度qu 有時也叫做無側(cè)限抗壓強度。它是UU試驗的一種特殊情況，亦即施加的圍壓為0，而實際的有效圍壓為-Ur 。用這種試驗同樣可以得到不排水抗剪強度Cu =qu/2。 原位的十字板剪切試驗也是測定飽和軟粘土不排水強度的一種方法。由于受試驗的應力狀態(tài)與應力路徑、土樣的擾動程度、儀器設備的影響，通過現(xiàn)場十宇板剪切試驗、無側(cè)限壓縮試驗、不排水三軸試驗和直剪試驗的快剪試驗得到的結果不可能完全一致。 不固結不排水強度是天然強度，不是強度指標；它是總強度，反映了某種狀態(tài)的結果；但無法反映土的抗剪強度隨法向應力變化的規(guī)律；其強度隨深度而增長，但不能提供其平均值。 例如，在土壩邊坡的穩(wěn)定分析中，安全系數(shù)可能出現(xiàn)最小值的時期有施工期、穩(wěn)定期和庫水位突降期，而各個時期填土受力后的固結和排水條件是不同的。用總應力分析法時，必須選擇與它們大體相當?shù)脑囼灧椒?。粘性土坡施工期，如果不發(fā)生孔隙水壓力消散，則可采用不固結不排水試驗(UU)；在填土中要形成穩(wěn)定滲流需要很長時間，因此，模擬穩(wěn)定滲流期可采用固結排水剪試驗(CD)；而庫水位突降期則大體相當于固結不排水剪試驗(CU)。這種模擬是近似的，因此，用總應力分析方法估算土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的精確度不可能很高。當用有效應力法分析時，只需要進行固結排水試驗或固結不排水試驗并測定試驗中的孔隙水壓力的大小。在設計中則要估算各個時期的孔隙水壓力。然而，根據(jù)目前的技術水平，較準確的孔隙水壓力數(shù)據(jù)只能依靠現(xiàn)場實測。因此，盡管有效應力分析法概念清楚，但因土的應力歷史、固結和排水條件以及不均勻性的影響，給孔隙水壓力的準確預估帶來了困難，這也會影響到用有效應力分析法估算土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的精度。 (2) 固結不排水強度指標的使用 如果土體在現(xiàn)有的應力體系中平衡并完全地固結，然后，由于某種原因而很快施加荷載形成不排水情況，這時就適用于固結不排水強度指標。如①在土壩施工中底部填土地基已經(jīng)固結穩(wěn)定，然后又很快施加上部填方部分；②土壩竣工蓄水后庫水位驟降時土壩上游邊坡的穩(wěn)定分析；③在一個天然士坡上很快施工一個填方。在這些情況的穩(wěn)定分析中都適于使用固結不排水強度指標。 (3) 不排水強度指標的使用 如果在粘性土工程問題中，如荷載是很快地被施加，而引起的超靜孔隙水壓力沒有時間消散，那么所施加的外力全部為超靜孔隙水壓力所承擔，士也沒有時間在這種荷載產(chǎn)生的圍壓下固結，完全保持初始的有效應力狀態(tài)，此時的強度為天然強度。在下列幾種情況下可以采用不排水強度指標：，①在正常固結軟粘土地基上很快填筑土方的工程；②土壩快速施工，竣工后其心墻未固結；③在正常固結粘土地基上快速施工建筑物。 這些工程的穩(wěn)定分析和承載力驗算中的控制條件是剛剛施加了荷載之后。而隨著時間的延續(xù)，孔壓消散，土被固結，地基或邊坡也變得更加安全了。實際工程的施工工程中，大部分屬于“部分固結”的情況，使用不排水強度指標是偏于安全的。 結論 室內(nèi)試驗測定原狀地基土的不排水強度指標需要有良好的取樣技術和設備,當取樣深度大，試樣有回彈和擾動時可采用相應于原位有效自重應力的預固結，進行不排水試驗。 在工程中應根據(jù)土質(zhì)、排水條件、加載速度選擇試驗方法?？倯Ψ☉幂^方便，對要求不高的工程可用該法求取土的抗剪強度。需精確評價地基強度和穩(wěn)定性的工程，需要考慮孔隙水壓力存在的影響，應用有效應力法。 有效應力強度指標、固結不排水、不排水強度指標的工程使用,應當根據(jù)土質(zhì)情況、施工加載速率、周圍排水條件、地基處理等因素綜合分析，合理選用。 ⑷飽和松砂的固結不排水強度指標極低，在實踐中，由于擾動發(fā)生很小的應變時，如果來不及排水，可能發(fā)生流沙而引起事故。
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