文档介绍：无粘性土抗剪强度指标的间接求法
温州市增力工程勘察有限公司浙江温州
摘要:无粘性土,尤其是粗颗粒土,采用不扰动土样进行室内剪切试验,不可行;现场直接剪切试验测试无粘性土的抗剪强度,操作困难,工艺复杂,费用高。而运用土力学原理,量测坡面最大坡角,反算得内摩擦角,以及根据原位测试结果,间接求内摩擦角,多种方法综合确定无粘性土的抗剪强度指标,经工程实例验证,准确、合理、操作方便,实用性强,值得推广使用。
关键词:无粘性土;坡角;反算;内摩擦角;原位测试;经验关系
在工程勘察过程中,涉及土坡稳定、土压力、地基承载力等问题,需要提供抗剪强度指标。无粘性土,尤其是粗颗粒土,很难取得不扰动土样进行室内剪切试验;现场剪切试验,虽是在原位条件下进行,试验结果在理论上是可靠、精确的,但在温州地区,地表浅部无粘性土大部分为松散——稍密,在不扰动土体的情况下,难以形成具有规则平面、适应现场剪切试验的多面体试样;如果过多的人为加工、塑造,则扰动土体和改变土体的原有强度,试验结果没有充分反映土体固有抗剪强度;再者,现场剪切试验工序复杂,对试样制作、设备安装、应力施加、位移测记、安全等方面都有非常严格要求,测试费用高,费时费力,实施过程中有困难。
因此,运用土力学原理,通过量测临界边角反算土体的抗剪强度及利用动力触探与内摩擦角的经验关系求内摩擦角,具有重要的实际意义。
一、测量坡面临界坡角反算抗剪强度指标
无粘性土的抗剪强度主要来自颗粒与颗粒间的摩阻力,包括:滑动摩擦和咬合摩擦。前者是由于颗粒接触面粗糙不平所引起的,还与颗粒成分有关;后者是由于颗粒与颗粒相互咬合,对颗粒起约束作用造成,还与土的密实程度、粒径级配、颗粒形状等有关。滑动摩擦阻力和咬合摩擦阻力的大小与作用于粒间的
有效法向应力成正比。
无粘性土的抗剪强度,粘聚力忽略不计,其表达式:
式中——土的抗剪强度(kPa);
——剪切面上的法向应力(kPa);
——土的内摩擦角(°)。
假定无粘性土为均质土,只要土坡坡面上的土颗粒在重力作用下能够保持稳定,那么整个土坡就是稳定的。
如图1所示,无粘性土坡的坡角为,土的内摩擦角。从坡面上任取一侧面竖直、底面与坡面平行的土体单元,假定不考虑该单元土两侧应力对稳定性的影响。设该小块土体的重量为,其法向分力,切向分力。法向分力产生摩擦阻力,阻止土体下滑,称为抗滑力,其值为。切向分力是促使小土体下滑的滑动力,则土体的稳定安全系数为:
式中——土的内摩擦角;
——土坡坡角。
安全系数与坡高、重度无关,仅与内摩擦角有关,对于均质颗粒土只要坡角小于土的内摩擦角,土坡就处于稳定状态。当= 时, ,土坡处于极限平衡状态,此时的坡角称为临界坡角,也称自然休止角。
㈠测量无粘性土的坡面坡角
在无粘性土场地,挖试坑量测其坡面的临界坡角,简单宜行,费用低,时间省,容易实施。
选取代表性的试验地段开挖试坑,试坑的开口尺寸应根据土质情况和试验深度及安全条件而定,×,非试验面可采用自然放坡(一般勘察场地都较宽阔,放坡没问题)或适当支护。试坑尺寸应不小于试验面边长的3倍。
㎡,,高度不宜小于
,试验面的长、宽、高分别不宜小于土体最