哀牢山東麓典型土體現(xiàn)場(chǎng)推剪試驗(yàn)研究

王自文 于志華

(北京愛(ài)地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，北京 100144)

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哀牢山東麓典型土體現(xiàn)場(chǎng)推剪試驗(yàn)研究

王自文 于志華

(北京愛(ài)地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，北京 100144)

采用現(xiàn)場(chǎng)推剪試驗(yàn)法，選取哀牢山東麓典型土體為試樣，對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了含碎石土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，并分析了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，為該地區(qū)斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了計(jì)算參數(shù)。

巖土體，推剪試驗(yàn)，力學(xué)性質(zhì)，抗剪強(qiáng)度，可靠性

哀牢山位于中國(guó)云南中部，為云嶺向南的延伸，是云貴高原和橫斷山脈的分界線，也是元江和阿墨江的分水嶺。山體東部因沿?cái)嗔褞虑休^陡，相對(duì)高差大，屬地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)，尤其是淺表層滑坡災(zāi)害最為突出。為減少滑坡災(zāi)害帶來(lái)的人員及經(jīng)濟(jì)損失，需明確滑坡的失穩(wěn)機(jī)理，而巖土體物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試，是進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析與變形評(píng)價(jià)的工作基礎(chǔ)。

一般巖土體的物理力學(xué)參數(shù)都是通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)試得到的，但實(shí)際工作中，室內(nèi)試驗(yàn)所需要的試樣達(dá)不到理想狀態(tài)，經(jīng)常會(huì)遇到土體中含有碎石的情況，針對(duì)這種不適合進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)的土體，采用現(xiàn)場(chǎng)推剪試驗(yàn)是獲取巖土體力學(xué)參數(shù)的一種實(shí)用方法。本文選取哀牢山東麓典型土體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)推剪試驗(yàn)，從而獲取土體的物理力學(xué)參數(shù)，為斜坡失穩(wěn)機(jī)理的研究提供依據(jù)[1]。

1 試驗(yàn)原理及方法

1.1 試驗(yàn)原理

推剪試驗(yàn)法的基本原理是通過(guò)對(duì)土體施加連續(xù)推力，當(dāng)推力超過(guò)土體的極限強(qiáng)度后，土體就會(huì)失去穩(wěn)定而滑動(dòng)。當(dāng)推力作用在土體上時(shí)，土體試樣就會(huì)受到擠壓，受到擠壓的土體除了沿著推力施加的方向發(fā)生位移外，還會(huì)朝四周擠壓的方向發(fā)生側(cè)向應(yīng)變，發(fā)生這種應(yīng)變的同時(shí)土體試樣也會(huì)受到周圍土體的約束，從而產(chǎn)生側(cè)壓力，而表面為臨空面，土體不受約束，其余三個(gè)側(cè)面則受到約束作用，故需要考慮側(cè)壓力的作用。這樣作用在試樣上的力，既有本身重力外，還包括水平推力及水平推力產(chǎn)生的側(cè)壓力，從而這些力形成了滑動(dòng)力和抗滑力。當(dāng)滑動(dòng)力等于抗滑力時(shí)，土體就處于極限平衡狀態(tài)。根據(jù)這一原理，可求出土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)[2，3]。

推剪試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算公式如下：

其中，Pmax為最大水平推力，kN/m；Pmin為最小水平推力，kN/m；gi為第i塊的重力，kN/m；G為滑動(dòng)塊總重，kN/m；αi為第i塊滑動(dòng)面與水平面夾角，(°)；Li為第i塊滑動(dòng)面在剖面山的線長(zhǎng)度，m。

1.2 試驗(yàn)方法

現(xiàn)場(chǎng)推剪試驗(yàn)采用水平推剪方法，獲得堆積體軟弱結(jié)構(gòu)面的分布與強(qiáng)度指標(biāo)。在試坑底部選擇未受開(kāi)挖擾動(dòng)的土體作為試驗(yàn)位置，在旁側(cè)挖一個(gè)深度為預(yù)定試樣高度的槽，槽的寬度以滿足千斤頂、底座墊板和推土墊板安裝的要求即可。對(duì)試驗(yàn)土體用雙層薄鋼板與兩側(cè)土層分開(kāi)，以限制剪裂面的發(fā)展范圍，兩雙層薄鋼板之間的土體寬度即為推剪試驗(yàn)土樣的寬度，此次試驗(yàn)土樣寬度取50 cm，土樣高度取25 cm，如圖1所示。

2 試驗(yàn)區(qū)域與試樣

本次試驗(yàn)選取位于哀牢山東麓的巖村箐為試驗(yàn)區(qū)域。在不同高程處選取三處地點(diǎn)開(kāi)展試驗(yàn)。試樣的描述如表1所示。

表1 試樣的描述

3 試驗(yàn)結(jié)果與可靠性分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

圖2～圖4為試驗(yàn)結(jié)束后剪切試樣的剪切面。根據(jù)試驗(yàn)后得到的土體剪切面可得出滑動(dòng)土體的剖面圖。最終利用計(jì)算公式計(jì)算出這三個(gè)試樣的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，如表2所示[4]。

表2 抗剪強(qiáng)度參數(shù)結(jié)果

試樣編號(hào)粘聚力值/kPa內(nèi)摩擦角值/(°)試樣一30.736.3試樣二14.938.5試樣三20.231.0

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠度分析

1)水平推力影響。在其他影響因素不變的條件下，水平推力對(duì)抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響如圖5，圖6所示。從圖中可以看出試樣粘聚力隨著最大水平推力增大明顯增加，而內(nèi)摩擦角隨著最大水平推力增加增大幅度較小，即粘聚力敏感性較強(qiáng)，粘聚力大小受水平推力的影響變化較大；內(nèi)摩擦角敏感性較弱，內(nèi)摩擦角受水平推力的影響變化較小。水平推力測(cè)試誤差由實(shí)驗(yàn)儀器決定，本試驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)儀器已經(jīng)嚴(yán)格標(biāo)定[5]。

2)破壞面影響。推剪試樣破壞面軌跡分為三種形式，如圖7所示，滑面1，2，3。當(dāng)其他因素不變，滑動(dòng)面發(fā)生變化時(shí)，抗剪強(qiáng)度參數(shù)變化如圖8，圖9所示。從圖8中可以看出，粘聚力變化幅度在2.5 kPa范圍內(nèi)，即粘聚力變化受試樣不同破壞面形式的影響較小。從圖9中可以看出，內(nèi)摩擦角變化幅度在18°范圍內(nèi)，即內(nèi)摩擦角變化受破壞面形式的影響相對(duì)較大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用現(xiàn)場(chǎng)推剪試驗(yàn)的方法，對(duì)哀牢山東麓典型土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)，從三個(gè)試樣的試驗(yàn)中得出其抗剪強(qiáng)度參數(shù)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的可靠性進(jìn)行了分析。試驗(yàn)研究結(jié)果可為哀牢山東麓斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供計(jì)算參數(shù)，從而為哀牢山東麓斜坡的治理提供設(shè)計(jì)參數(shù)[6]。

[1] 戰(zhàn)繼東.巖石工程勘探理論基礎(chǔ)與相關(guān)技術(shù)[J].黑龍江科技信息,2012(22):14.

[2] 黃向京，王 維.紅層軟巖土石混合填料體的現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)研究[J].公路工程，2008,33(5):61-64.

[3] 吳旻碩，李 曉，赫健明.土石混合體原位水平推剪試驗(yàn)[A].中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所2007學(xué)術(shù)論文匯編(第七卷)[C].2008:184-189.

[4] 劉斯宏，汪易森.巖土新技術(shù)在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用研究[J].水利水電技術(shù)，2009,40(8):61-66.

[5] 邵生俊，謝定義.飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度及破壞準(zhǔn)則[J].巖土工程學(xué)報(bào),1991(1):24-33.

[6] 鄭漢淮.殘積土的抗剪強(qiáng)度相關(guān)系數(shù)[J].水電技術(shù)信息，1995(5):1-14.

In-situ push-shear testing research of typical soil in Donglu of Ailao mountain foothill

Wang Ziwen Yu Zhihua

(BeijingAidiGeologicalSurveyandFoundationEngineeringCompany,Beijing100144,China)

The paper applies in-situ push-shear test method, selects typical Donglu soil in Ailao mountain foothill as the testing example, studies the mechanical properties of the soil, and obtains the shear strength parameters of gravel soil, and finally analyzes the reliability of the testing results, which has provided some calculation parameters for the regional slope stability evaluation.

rock-soil mass, push-shear test, mechanical properties, shear strength, reliability

1009-6825(2016)11-0074-03

2016-02-01

王自文(1981- )，男，碩士，工程師； 于志華(1986- )，男，工程師

TU413

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