淺談土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的理解和運(yùn)用

任智

摘要：如果對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)原理不是很清楚，導(dǎo)致選取不合理強(qiáng)度指標(biāo)，有可能導(dǎo)致事故。工程師應(yīng)該抓住核心要點(diǎn)，參數(shù)選擇與工程實(shí)際較吻合，不可硬套規(guī)范而造成不必要的損失

關(guān)鍵詞：抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；三軸試驗(yàn)；固結(jié)不排水

土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)公式為：t=σtanφ+cT=σtanφ+c，確定內(nèi)摩察角φφ和粘聚力cc，是研究的關(guān)鍵問(wèn)題。根據(jù)不同的試驗(yàn)條件，特別是排水條件的不同，有不同的測(cè)試方法。在三軸試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)測(cè)試中，分為固結(jié)排水試驗(yàn)，固結(jié)不排水試驗(yàn)，不固結(jié)不排水試驗(yàn)；在直剪試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)中，分為慢減試驗(yàn)，固結(jié)快剪試驗(yàn)，快剪試驗(yàn)。根據(jù)應(yīng)力分析法可劃分為總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。公式為T'=σtanφ+c't'=σ'tanφ'+c'和t=σtanφ+cT=σtanφ+c，兩者法向應(yīng)力之間相差一個(gè)孔隙水壓力札。uj。工程師如果對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)原理不是很清楚，導(dǎo)致選取不合理強(qiáng)度指標(biāo)。許多巖土工程如基坑工程屬臨時(shí)結(jié)構(gòu)，如果工程安全系數(shù)不夠，加上選取不合理的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，有可能導(dǎo)致事故。在此談?wù)勍恋南嚓P(guān)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

首先，必須理解液體是不能抗剪，土的抗剪能力均是由土粒間接觸壓力提供，也就是由有效應(yīng)力提供?？刂仆馏w抗剪強(qiáng)度的是有效應(yīng)力，應(yīng)該將有效應(yīng)力分析法作為基本方法。在工程中，應(yīng)盡量求出孔隙水壓力，同時(shí)就能確定有效應(yīng)力。此時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，工程設(shè)計(jì)會(huì)更合理和經(jīng)濟(jì)。在三軸固結(jié)排水試驗(yàn)中，試樣充分固結(jié)且充分排水，可認(rèn)為是有效應(yīng)力下的強(qiáng)度指標(biāo)；在慢減試驗(yàn)中，試樣充分固結(jié)且充分排水，也可以認(rèn)為是有效強(qiáng)度指標(biāo)。實(shí)際工程中，有時(shí)有效應(yīng)力難以求得，故退而求其次，采用總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。

總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)，必須選取合適的試驗(yàn)方法，其標(biāo)準(zhǔn)為試驗(yàn)情況與工程實(shí)際情況是否一致。在三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)中，模擬的工程為固結(jié)已經(jīng)完成，孔隙水壓力沒(méi)來(lái)得及消散的情況，在直剪試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)是固結(jié)快剪試驗(yàn)。這種強(qiáng)度指標(biāo)確定的要點(diǎn)為，一定是固結(jié)已經(jīng)完成，否則不能選取此種強(qiáng)度指標(biāo)。

不固結(jié)不排水試驗(yàn)?zāi)M的是快速加載孔壓沒(méi)消散的情況，在直剪試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的是快剪試驗(yàn)。這種強(qiáng)度指標(biāo)表示在壓力作用下，土沒(méi)來(lái)得及固結(jié)，水也來(lái)不及排除。在工程中此種強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩察角φ=Oφ=O，屬于偏于安全的取值。

在圖1基坑工程中，存在著多種正壓力，如土的自重，坑邊堆載?？梢匀绱朔治?，在土的自重作用下，可以認(rèn)為固結(jié)已經(jīng)完成，但自重應(yīng)分情況是否取有效重度。該處有地下水，實(shí)際上固結(jié)壓力僅為有效重度?？舆叾演d時(shí)間不長(zhǎng)，該壓力下固結(jié)沒(méi)有完成，此部分荷載不能選取固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)。因此在此基坑工程中，應(yīng)分強(qiáng)度指標(biāo)分別計(jì)算。在有效重度下可取固結(jié)排水強(qiáng)度指標(biāo)，而堆載部分則應(yīng)取不固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)。在對(duì)浙江杭州風(fēng)情大道地鐵一號(hào)線工地發(fā)生塌方事故的研究調(diào)查中，施工中基坑工程的選取固結(jié)不排水指標(biāo)。實(shí)際上地面上的大量堆載是短時(shí)間增加的，土的固結(jié)不可能完成，選取固結(jié)不排水指標(biāo)安全系數(shù)過(guò)小。這也是此工程事故的一個(gè)重要原因。

在強(qiáng)度指標(biāo)選取中，固結(jié)排水選取條件較嚴(yán)格，強(qiáng)度指標(biāo)也較好。排水良好或黏性小，類似砂土，或施工條件較慢，排水固結(jié)大部分完成，才能選取。

不固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)，計(jì)算出來(lái)的強(qiáng)度相對(duì)較低，導(dǎo)致工程成本上升，但安全富余較大。此參數(shù)選取中，認(rèn)為內(nèi)摩察角φ=0φ=0，實(shí)際上隨著排水，φφ會(huì)提高。在條件復(fù)雜，排水不通暢情況下，很多工程選取此強(qiáng)度指標(biāo)。

固結(jié)不排水試驗(yàn)反映土體部分固結(jié)，又不完全固結(jié)的抗剪強(qiáng)度。在實(shí)際工程中土體加載既非完全不排水，又非完全不排水，就可以選擇此強(qiáng)度指標(biāo)。

總結(jié)，土體穩(wěn)定分析成果的可靠性，很大程度上取決于對(duì)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法和強(qiáng)度指標(biāo)的正確選擇。試驗(yàn)方法所造成的抗剪強(qiáng)度差別通常都超過(guò)不同穩(wěn)定分析方法之間的差別。因?yàn)榛拥葞r土工程多屬于臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，很多施工單位和建設(shè)單位為了節(jié)約費(fèi)用，在土的強(qiáng)度指標(biāo)選擇上不甚合理。近年來(lái)基坑工程等事故頻發(fā)，應(yīng)該引起足夠重視。工程師應(yīng)該抓住核心要點(diǎn)，即土的強(qiáng)度參數(shù)選擇與工程實(shí)際較吻合，不可硬套規(guī)范而造成不必要的損失。