昔格達(dá)土的直剪試驗(yàn)強(qiáng)度與三軸抗剪試驗(yàn)強(qiáng)度對(duì)比分析

阮小龍 肖 青 降祥彬

(攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000)

昔格達(dá)土的直剪試驗(yàn)強(qiáng)度與三軸抗剪試驗(yàn)強(qiáng)度對(duì)比分析

阮小龍 肖 青 降祥彬

(攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000)

土的抗剪強(qiáng)度是指土抵抗外荷載作用而不破壞的能力，用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（即內(nèi)摩擦角和凝聚力）來(lái)表示。抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是確定地基土及邊坡土抗剪強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)，在地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及辦坡工程設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。昔格達(dá)土分布廣泛于攀西地區(qū)，國(guó)內(nèi)有一些關(guān)于研究昔格達(dá)土的力學(xué)性質(zhì)研究的論文，但只對(duì)昔格達(dá)土進(jìn)行了三軸剪切抗剪強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)[1][3][4][6]，本文對(duì)昔格達(dá)土分別利用直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行抗剪強(qiáng)度對(duì)比分析與原因分析，分析結(jié)論對(duì)工程實(shí)踐具有重要指導(dǎo)意義。

昔格達(dá)土 抗剪強(qiáng)度 直剪試驗(yàn) 三軸試驗(yàn)

1 技術(shù)路線

采用昔格達(dá)土的最有含水率[1]，制備土樣。試驗(yàn)為了保證含水率均勻，烘干土樣加水拌勻之后，要放入塑料袋中靜止24小時(shí)，方可進(jìn)行按照最大干密度制樣。含水率相同的情況下，保證兩種試驗(yàn)用土的密度相同且密實(shí)度一致。

本次試驗(yàn)采用直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)，都采用固結(jié)快剪試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)制備同一含水率、同一壓實(shí)度的四個(gè)試樣。直剪試驗(yàn)在四種不同的垂直壓力下，進(jìn)行水平剪切，繪制出土的抗剪強(qiáng)度與垂直壓力的關(guān)系。三軸試驗(yàn)在四種不同的圍壓下，進(jìn)行軸向壓縮，繪制出土的剪應(yīng)力與壓應(yīng)力曲線。最后，根據(jù)庫(kù)侖定律分別得到土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角φ及凝聚力c的數(shù)值。

2 試驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理

2.1直剪試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方案制樣并通過(guò)直剪試驗(yàn)，繪出抗剪強(qiáng)度-垂直壓力關(guān)系線，如圖5所示：

圖1 抗剪強(qiáng)度—垂直壓力關(guān)系線

通過(guò)圖 1可知，昔格達(dá)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為：內(nèi)摩擦角φ=17.30°，粘聚力c=46.16KPa。

2.2三軸試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方案制樣并通過(guò)三軸試驗(yàn)，在τ σ? 應(yīng)力平面上繪制出應(yīng)力圓，繪制抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線，如圖8所示：

圖2 繪制抗剪強(qiáng)度包絡(luò)曲線圖

把直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)得到的昔格達(dá)土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（內(nèi)摩擦角及粘聚力）統(tǒng)計(jì)于表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)照表

從表1可以看出，三軸剪切試驗(yàn)測(cè)得的內(nèi)摩擦角φ及粘聚力c都比直剪試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果要大，摩擦角φ約大17.7%，粘聚力c約大54.3%。

3 結(jié)論與分析

（1）通過(guò)直剪試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角為 17.30°、粘聚力c為46.16KPa 。通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)測(cè)得土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角為 20.37°、粘聚力c為71.23KPa ?？梢钥闯觯S剪切試驗(yàn)測(cè)得的內(nèi)摩擦角φ及粘聚力c都比直剪試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果要大，摩擦角φ約大17.7%，粘聚力c約大54.3%。

（2）原因分析：直剪試驗(yàn)不能?chē)?yán)格控制排水條件，不能測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中試樣的孔隙水壓力；試驗(yàn)中人為限定上下盒的接觸面為剪切面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；剪切過(guò)程中剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻，剪切面積隨剪切位移的增加而減小。三軸試驗(yàn)?zāi)茌^嚴(yán)格控制試樣排水條件，從而可以測(cè)量試樣中的孔隙水壓力，以定量地獲得土中有效應(yīng)力的變化情況，試樣中的應(yīng)力分布比較均勻。

（3）直剪試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，故現(xiàn)實(shí)工程中多較多采用直剪試驗(yàn)來(lái)測(cè)土的抗剪強(qiáng)度，可知現(xiàn)實(shí)工程中土的抗剪強(qiáng)度有富余。若充分發(fā)揮這部分強(qiáng)度，可以節(jié)約一部分工程造價(jià)，發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。直剪試驗(yàn)不宜作為深入研究土的抗剪強(qiáng)度特征的手段。通過(guò)兩種試驗(yàn)比較得出，昔格達(dá)土的三軸試驗(yàn)結(jié)果較直剪試驗(yàn)結(jié)果更能反應(yīng)土體的實(shí)際受力情況，其試驗(yàn)結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確。對(duì)于精確度較高的巖土工程可以采用三軸試驗(yàn)方法。

[1]阮小龍.高填方邊坡昔格達(dá)土改性及加筋機(jī)理研究[D].西華大學(xué),2013.

[2]張世賢,黃雙華,彭雄志等.昔格達(dá)土加筋三七灰土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑,2012,(4)∶105-108.DOI∶10.3969/j.issn.1003-1995.2012.04.030.

[3]阮小龍,黃雙華,羅強(qiáng)等.不同石灰配合比對(duì)昔格達(dá)土性能的影響試驗(yàn)研究[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2014,(1)∶99-103.DOI∶10.3969/j.issn.1673-159X.2014.01.023.

[4]張文舉.攀西地區(qū)昔格達(dá)土工程力學(xué)特性試驗(yàn)研究[D].四川大學(xué),2003.DOI∶10.7666/d.y485623.

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1007-6344（2015）03-0295-01