三軸多級(jí)剪試驗(yàn)分級(jí)軸向應(yīng)變量設(shè)置分析研究

作者簡(jiǎn)介：陳歲芳（1985-），女，工程師，主要從事室內(nèi)巖土分析工作。

摘?要： 在飽和軟粘土三軸試驗(yàn)中，常常由于多樣剪中多個(gè)試樣的不均勻性及易擾動(dòng)性，造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散，試驗(yàn)成果較難整理的情況，在土工方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50123-1999（2008）中允許采用一個(gè)試樣多級(jí)加荷試驗(yàn)測(cè)定抗剪強(qiáng)度參數(shù)。目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室都采用了試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，軟件一般要求預(yù)先設(shè)置分級(jí)應(yīng)變量，而土工試方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50123-1999（2008）中沒(méi)有明確規(guī)定多級(jí)剪試驗(yàn)分級(jí)軸向應(yīng)變量的設(shè)置。筆者在充分分析了試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)和以往大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)特征的基礎(chǔ)上，采用分級(jí)軸向應(yīng)變量為（12%、16%、20%）和（15%、17.5%、20%）進(jìn)行了三十多組多級(jí)剪試驗(yàn)和多樣剪試驗(yàn)，并將三種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，得出了采用分級(jí)應(yīng)變量為（15%、17.5%、20%）對(duì)低靈敏度軟粘土進(jìn)行多級(jí)剪試驗(yàn)，其結(jié)果與多樣剪試驗(yàn)結(jié)果相近的結(jié)論。

關(guān)鍵詞： 一個(gè)試樣多級(jí)加荷試驗(yàn);分級(jí)軸向應(yīng)變量;低靈敏度;軟粘土

【中圖分類號(hào)】TU441?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.41.006

1?引言

我國(guó)沿海分布著大面積、大厚度的軟土地基，隨著建設(shè)工程的發(fā)展，飽和軟粘土的三軸試驗(yàn)項(xiàng)目日益增多，土工試驗(yàn)室為提高三軸試驗(yàn)工作效率，為基坑、邊坡及地基穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確可靠參數(shù)依據(jù)。

一個(gè)試樣多級(jí)加荷試驗(yàn)適用于靈敏度較低的粘性土，因土工試方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50123-1999（2008）中沒(méi)有明確規(guī)定多級(jí)剪試驗(yàn)分級(jí)軸向應(yīng)變量的設(shè)置，故此，筆者通過(guò)一定數(shù)量的試驗(yàn)，對(duì)三軸多級(jí)剪試驗(yàn)進(jìn)一步的探索研究，找到合理的分級(jí)軸向應(yīng)變量，使試驗(yàn)方法更具可指導(dǎo)性，使試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確可用，為今后的生產(chǎn)提供切實(shí)可行的依據(jù)。

相對(duì)于多樣剪，多級(jí)剪試驗(yàn)不僅離散性因素少，數(shù)據(jù)易于整理，且可以提高約四倍的工作效率。

2?技術(shù)原理、方法及要點(diǎn)分析

2.1?技術(shù)原理

土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50123-1999（2008）第16章《三軸壓縮試驗(yàn)》中，要求在試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理中，取應(yīng)力應(yīng)變曲線上主應(yīng)力差的峰值作為破壞點(diǎn)，無(wú)峰值時(shí)，取15%軸向應(yīng)變時(shí)的主應(yīng)力差值作為破壞點(diǎn);在多級(jí)剪試驗(yàn)中，要求每一級(jí)剪切至測(cè)力計(jì)讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定或出現(xiàn)倒退時(shí)，讀取測(cè)力計(jì)和軸向變形讀數(shù)，各級(jí)累計(jì)軸向應(yīng)變量不超過(guò)20%。多級(jí)剪分級(jí)應(yīng)變量的設(shè)置，應(yīng)符合相關(guān)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)要求，抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)參數(shù)一般采用試驗(yàn)峰值進(jìn)行計(jì)算，因此在一個(gè)試樣多級(jí)加荷試驗(yàn)中，各分級(jí)應(yīng)變量的設(shè)置應(yīng)盡量使主應(yīng)力差接近峰值。

對(duì)于靈敏度較低的軟粘土，其應(yīng)力應(yīng)變曲線呈蠕變狀態(tài)，且峰值一般在12～15%應(yīng)變段或15%附近出現(xiàn)，因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中第一級(jí)應(yīng)變量設(shè)置為12%和15%。在前期工作中，分析了各級(jí)圍壓下應(yīng)變量為15%、17.5%、20%的主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線曲線，各級(jí)應(yīng)變量下基本出現(xiàn)了穩(wěn)定的峰值，如圖1所示，因而將多級(jí)剪應(yīng)變量設(shè)置為（12、16、20%）、（15、17.5、20%）兩種，通過(guò)一定數(shù)量的試驗(yàn)，分別與三軸多樣剪的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，得出合適的應(yīng)變量設(shè)置。

2.2?技術(shù)方案

本項(xiàng)目在浙江沿海濱海相地層中，用直徑108mm取土器采取30組以上長(zhǎng)度為30cm、直徑為90mm的低靈敏度軟粘土進(jìn)行三軸UU多樣剪、分級(jí)應(yīng)變量為（12、16、20%）、（15、17.5、20%）的多級(jí)剪試驗(yàn)，通過(guò)將不同分級(jí)應(yīng)變量時(shí)的多級(jí)剪試驗(yàn)結(jié)果同多樣剪結(jié)果相對(duì)比分析，得出合理的試驗(yàn)分級(jí)應(yīng)變量。同時(shí)還做了幾組分級(jí)應(yīng)變量為（8%、14%、20%）、（10%、15%、20%）、（12、16、20%）、（15、17.5、20%）的多級(jí)剪試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析第一級(jí)應(yīng)變量采取的不同對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響趨勢(shì)。

2.3?技術(shù)要點(diǎn)

本項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵在于以下三個(gè)方面：a、分級(jí)軸向應(yīng)變量設(shè)置得是否合理，決定了試驗(yàn)結(jié)果能否與多樣剪試驗(yàn)結(jié)果相符;b、低靈敏度軟粘土試樣的代表性、均勻性決定了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性;c、取樣、包裝、運(yùn)輸、制樣過(guò)程中應(yīng)避免對(duì)試樣的擾動(dòng)。

3?三軸多級(jí)剪試驗(yàn)分級(jí)軸向應(yīng)變量設(shè)置分析方法

3.1?取樣

在現(xiàn)有工程場(chǎng)地中，由勘察技術(shù)人員探明具有均勻的淤泥質(zhì)粘土的土層中，用直徑108 mm的取土器采取30組以上長(zhǎng)度為30cm、直徑90mm的試樣，試樣在包裝、運(yùn)輸過(guò)程中避免擾動(dòng)。

3.2?試驗(yàn)過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)采用QSZ-10A型臺(tái)式半自動(dòng)三軸儀對(duì)30組低靈敏度粘性土進(jìn)行三軸UU實(shí)驗(yàn)、每一組試樣同時(shí)進(jìn)行三軸UU多樣剪與多級(jí)剪試驗(yàn)，樣品按照標(biāo)準(zhǔn)制成5 個(gè)（3 個(gè)用于多樣剪）直徑39.1mm、高度80 mm 的試樣，分別設(shè)置分級(jí)應(yīng)變量為（12、16、20%）、（15、17.5、20%）。試驗(yàn)依據(jù)土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50123-1999（2008）第16章《三軸壓縮試驗(yàn)》進(jìn)行，采用專門的三軸試驗(yàn)輔助記錄表，詳細(xì)記錄試樣過(guò)程中試樣的均勻性及各種可能影響數(shù)據(jù)結(jié)果的異常因素，以供數(shù)據(jù)分析處理時(shí)參考。

3.3?數(shù)據(jù)計(jì)算處理

本實(shí)驗(yàn)采用智龍土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算整理，對(duì)于多樣剪中因土樣不均導(dǎo)致的數(shù)據(jù)離散，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)記錄描述及異常數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對(duì)于多樣剪、分級(jí)應(yīng)變量為（12、16、20%）及（15、17.5、20%）的多級(jí)剪試驗(yàn)，若其中有一種結(jié)果缺失，則予以剔除，共做試樣37組，最終得到各試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

3.4?數(shù)據(jù)整理分析

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)試驗(yàn)得到多樣剪、分級(jí)應(yīng)變量為（12、16、20%）及（15、17.5、20%）的多級(jí)剪試驗(yàn)結(jié)果25組，三種方法試驗(yàn)結(jié)果平均值如表2所示，分級(jí)應(yīng)變量為（12、16、20%）時(shí)，得到三軸UU多級(jí)剪試驗(yàn)平均值內(nèi)聚力C=8.5kPa，φ=0.5°，分級(jí)應(yīng)變量為（15、17.5、20%）時(shí)，得到三軸UU多級(jí)剪試驗(yàn)平均值內(nèi)聚力C=8.8kPa，φ=0.4°;多樣剪UU試驗(yàn)平均值內(nèi)聚力C=9.5kPa，φ=0.4°?？梢?jiàn)，分級(jí)應(yīng)變量為（15、17.5、20%）時(shí)，其試驗(yàn)結(jié)果更接近三軸多樣剪結(jié)果。

4?結(jié)論

通過(guò)本項(xiàng)目試驗(yàn)的分析研究，可以得出：對(duì)于低靈敏度軟粘土的一個(gè)試樣多級(jí)剪試驗(yàn)，當(dāng)采用分級(jí)軸向應(yīng)變量為（15、17.5、20%）時(shí)試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果與三軸多樣剪結(jié)果較相符。結(jié)合土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)“當(dāng)無(wú)峰值時(shí)，取15%軸向應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力差作為破壞點(diǎn)”，建議在生產(chǎn)中，對(duì)于不易切取多個(gè)相同試樣或土樣易受擾動(dòng)的低靈敏度軟粘土，可以將分級(jí)軸向應(yīng)變量設(shè)置為（15、17.5、20%）進(jìn)行試驗(yàn)一個(gè)試樣多級(jí)加荷試驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)注意試樣的代表性。

參考文獻(xiàn)

[1]?《土工試驗(yàn)規(guī)程》GB/T 50123-1999 （2008），中國(guó)計(jì)劃出版社.

Code for soil test GB / T 50123-1999 （2008），China Planning Press.

[2]?《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版），中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007年2月.Engineering geology manual （Fourth Edition），China Construction Industry Press，F(xiàn)ebruary 2007

[3]?《土力學(xué)地基基礎(chǔ)》（第4版），清華大學(xué)出版社，2009年10月.Soil mechanics Foundation （4th Edition），Tsinghua University Press，October 2009.