试验室测试土的抗剪强度指标的方法及其应用

1　前言土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力 ,是土的一个重要力学指标 ,在估算地基承载力 ;评价地基稳定性 ;计算码头、路堤、土坝等斜坡稳定性以及挡土建筑物的土压力时 ,都需要土的抗剪强度指标。测定土体抗剪强度指标的试验称剪切试验。为了近似模拟土体在现场可能受到的受剪条件 ,把剪切试验按固结和排水条件的不同分为不固结不排水剪切 (快剪 )、固结不排水剪切 (固结快剪 )、固结排水剪切 (慢剪 )。不固结不排水剪切 (快剪 )试验是用来模拟粘土地基受到建筑物的快速加荷或土坡在快速施工中被剪破的情况。固结不排水剪切 (固结…     

基于DMT的软黏土不排水抗剪强度研究

统计国内外基于扁铲侧胀试验（The Flate Dilatometer Test,简称DMT）计算土体不排水抗剪强度的经验计算公式,并与所勘测地区实测值进行比较,根据分析结果提出了一种修正方法。结果表明,土壤性质差异造成具有代表性的经验计算公式计算结果偏大,不适用于计算所勘测地区的软土不排水抗剪强度。考虑土壤差异等因素,对之前的经验计算公式进行修正,修正后的公式计算结果与实测结果相似,说明此公式适用于评价所勘测地区的软土不排水抗剪强度。     

长江三角洲北岸软土的不排水强度特征研究

采用三轴不固结不排水试验、无侧限抗压强度试验和快剪试验对长江三角洲北岸软土的不固结不排水剪切强度特征进行了研究。研究表明:研究区软土为碱性环境下沉积的非均质海陆交互相软土,软土剪切强度具有固有各向异性。土体制样采用垂直方向的切取试样方式,采用三轴不固结不排水试验时,土体沿45°+φ_(uu)/2这一椭圆形斜剪切面破坏,研究区土体破裂面主要集中在45.5°~46.3°这一区间内。根据三轴不固结不排水试验得出的抗剪指标,辅以土体单元极限平衡理计算出了土体实际剪切强度。无侧限抗压强度试验测得的土体平均剪切强度小于三轴不固结不排水试验测得平均剪切强度,这与研究区软土破坏时应力状态和摩擦强度较大有关。最后,从软土颗粒组成、矿物成分活性、微观结构等方面解释了研究区软土抗剪强度较高的原因。     

水作用下土石坝黏土心墙抗剪强度衰减规律

为得到土石坝黏土心墙在水作用下抗剪强度的衰减规律,依托济南卧虎山水库工程,通过模型分析和现场取样室内试验,研究了土石坝黏土心墙抗剪强度随含水率的衰减规律。研究建立了土石坝黏土心墙抗剪强度衰减的基本模型,推导了黏土抗剪强度的衰减公式,并分析了含水率和压实度对黏性土体抗剪强度参数的影响规律。结果表明:1黏性土体的黏聚力和内摩擦角影响其抗剪强度;2黏性土体抗剪强度衰减公式由强度参数的待定系数及其表达式构成,可分别通过室内击实试验求解;3压实度一定时,黏聚力随含水率的增大而减小,且最大内摩擦角对应最优含水率;压实度的增大引起抗剪强度增大,但内摩擦角对抗剪强度的影响不显著。     

土石坝坝体土抗剪强度现场测试结果的分析研究

基于松塔水电站土石坝现场取样的固结不排水三轴剪切试验,分析了反映土体抗剪强度两个关键指标的测试结果,即四个参数:粘聚力C、内摩擦角φ、有效粘聚力C’、有效内摩擦角φ’,然后与土石坝主体工程初步设计中坝坡稳定分析选择的坝体土抗剪强度指标值进行了比较,并基于测试统计值的稳定分析计算结果,认为坝体填筑土的抗剪强度指标能够满足设计要求。     

饱和高岭土的部分排水剪切应力-应变特性

为模拟实际工程中土体经常受到的固结和剪切同时作用(即部分排水剪切条件),基于三轴压缩试验方法,采用不同的轴向应变速率加载,并在剪切过程中始终打开排水阀的方式,开展了重塑饱和高岭土试样的部分排水剪切试验,分析了其在体变和孔压共同作用下的应力-应变特性。试验结果表明:部分排水剪切条件下所引起的孔压随着轴向应变位移加载速率的增加而增加,而抗剪强度却随着轴向应变位移加载速率的增加而减小,临界状态线并不依赖于剪切过程中的加载速率和排水条件。研究成果可为考虑部分排水剪切条件下地基稳定性分析方法的构建提供依据。     

应用静力触探技术分析土石坝软基抗滑稳定性

在深圳公明地区的16个勘察区域进行了十字板剪切试验和静力触探试验,分析了典型地基土的原位不排水强度与静力触探锥尖阻力间的关系并归纳出公式。利用经验公式将静力触探测试的锥尖阻力成果转化为原位土体的不排水抗剪强度指标,用于分析深圳公明水库土石坝软基抗滑的稳定性,反映了坝基土的非均质性以及地质缺陷对坝坡稳定的影响。     

适用于土石材料的现场直剪试验法

本文介绍了一种能精确测定剪切面上正应力与剪应力的现场直剪试验方法。该试验法能用于测定从堆石材料到粘土几乎所有土石材料的抗剪强度。对于堆石材料，其测定的抗剪强度与室内大型三轴压缩试验及大型改良直剪试验所测得的抗剪强度基本接近。对于砂土，其测定的抗剪强度与其他现有的剪切试验所测得的抗剪强度基本相同。而对于粘土，其测得的不排水抗剪强度与现有的标准改良型直剪试验所测得的不排水抗剪强度基本相同及接近于单轴压缩试验强度的一半。该试验法的最大特点是简单实用及试验精度高。     

软土地基稳定性计算中抗剪强度指标的相关分析

基于摩尔-库伦抗剪强度公式,结合十字板强度与深度的关系,建立了抗剪强度指标的统计回归方程,通过方程可推算出地基土的两个抗剪强度指标。相比较传统的抗剪强度指标,本文推算出的强度指标更接近土体真实的抗剪强度,采用推算指标计算的安全系数更符合工程实际,而且还可用于新型箱筒型基础的稳定性和地基承 载力的分析。     

纤维和纳米材料改良花岗岩残积土的力学试验及机理研究

在处理特殊土时,采用性能好、环保和成本低的材料加固土体有着非常重要的意义。为了研究玄武岩纤维和纳米氧化铁对花岗岩残积土力学性能的影响,采用单掺和复掺的方式,制备不同掺量的试样进行固结不排水三轴剪切试验,并取剪切后的土样进行扫描电镜试验分析其微观机理。试验结果表明：土样抗剪强度随玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小的变化规律,在掺量为1%时出现峰值,土样抗剪强度随纳米氧化铁掺量的增加而呈单调增加的变化规律;两种改良方法均能较大幅度提升土体的黏聚力,对内摩擦角的提升效果不明显,此外,复合改良土样提升土体抗剪强度的效果比单掺改良土样更加明显;土体抗剪强度的提高是由玄武岩纤维与土体之间产生互锁网、纳米氧化铁填充土颗粒之间的空隙所致,采用复合改良土样的方式能有效改善花岗岩残积土的剪切强度特性。     

考虑固结路径影响的花岗岩残积土 不排水剪切试验研究

针对常规的等向固结剪切试验不能反映实际工程中复杂应力路径对土体力学特性的影响,采用GDS应力路径三轴仪,对华南地区广泛分布的花岗岩残积土进行了不同固结条件下的不排水剪切试验,探讨不同初始平均有效主应力p′_c与初始应力比η_c对其不排水特性的影响。结果表明在初始应力比相同的情况下,初始平均有效主应力越大,花岗岩残积土的不排水剪切强度越大,破坏时的孔压也越大;在初始平均有效主应力相同的情况下,初始应力比越大,花岗岩残积土的不排水剪切强度越大,而破坏时的孔压越小。然而,e-p′-q三维空间中的临界状态线是唯一的,不受初始平均有效主应力和初始应力比影响。     

K_0固结条件对上海粘性土强度和变形的影响

通过对上海第②层～第⑤层粘性土进行Ｋ０固结三轴不排水剪切试验，探讨Ｋ０固结初始应力对上海粘性土强度和变形性能的影响规律，并与各向等压初始应力的三轴固结不排水剪切试验的情况进行比较和分析。试验结果表明，Ｋ０固结初始应力对上海粘性土的强度和变形性能有影响；正确测试土的天然强度及变形规律，应使三轴试验的固结应力状态符合天然土层的初始应力条件，即Ｋ０固结状态。     

堆石料的临界状态探讨

高应力水平时堆石料的颗粒破碎对其强度和变形机理有重要影响。为此,本文对堆石料进行了固结应力从400kPa到4MPa的18组固结排水和固结不排水常规三轴压缩试验,及6组等向压缩试验。结果表明:(1)围压低时颗粒破碎轻微,固结排水时试样剪胀,固结不排水时孔压先增加后稍有降低;围压高时颗粒破碎严重,固结排水时试样剪缩,固结不排水时孔压也是先增加后降低;等向压缩时随着平均有效应力增加颗粒逐渐破碎,但不明显;(2)不同的固结应力时,在排水条件和不排水条件下试样都趋于临界状态;(3)堆石料的临界状态在q-p′平面和e-lgp′平面均为非线性变化。最后提出了堆石料的临界状态的数学描述并较好地验证了试验结果。     

三轴不固结不排水剪的试验方法

介绍土工试验标准与土力学教科书中关于三轴不固结不排水剪的试验方法。指出按照目前规范方法获得的三轴不固结不排水剪强度参数规律与教科书中论述的相应规律有明显的差别:对于均匀土层,按照规范得到的饱和正常固结土的抗剪强度值基本不随取样深度而变化,与实际情况(现场十字板抗剪强度试验结果)不相符;按照教科书方法得到的抗剪强度值则随取样深度增加而增大,与实际情况(现场十字板抗剪强度试验结果)相符。为统一试验方法和提高试验参数的可用性,建议修订土工试验标准中规定的三轴不固结不排水剪试验方法。     

基于孔穴扩张理论的黏性土不排水剪强度计算

确定黏性土不排水抗剪强度(c_u)的常规测试方法存在着取样扰动或测试深度不足等缺陷,提出了基于孔穴扩张理论的黏性土不排水抗剪强度的测试方法,并应用于花岗岩残积黏性土、辉绿岩残积黏性土和花岗岩残积砂质黏性土的旁压试验和静力触探试验成果解释中,将两种试验得到的c_u值进行对比。结果表明:旁压理论的假设条件导致旁压试验得到的c_u值较静力触探试验得到的c_u值大,其中等容剪切法计算过程对初始扰动和应变数据的选择非常敏感,导致计算结果差异较大;直接传统法能够克服初始扰动,c_u值受临塑压力的影响较小,计算结果与土体性质以及试验点深度较吻合,其c_u值约为静力触探试验的1.2倍,是一种简单、有效的确定黏性土不排水抗剪强度的方法。     

砂卵石土强度变形特性综合试验及力学模型参数研究

砂卵石土是一种特殊性质粗粒土,其强度变形特性是工程界重点关注的问题之一。针对某工程砂卵石土地基系统开展三轴剪切试验、界面剪切试验及流变试验等综合研究其强度变形特性,选取合适的力学模型描述砂卵石土的应力-应变关系并整理相应模型参数。试验结果表明:砂卵石土非饱和样的抗剪强度指标明显大于饱和样,在低围压下砂卵石土饱和样和非饱和样分别呈现出剪缩特性和剪胀特性,而在高围压下则均表现出明显的剪缩特性;砂卵石土与混凝土面板间的接触面剪应力与剪切位移基本呈双曲线关系,抗剪强度随法向应力的增大线性增大;在双对数坐标系下砂卵石土流变变形随着时间线性增长,基于试验规律提出了砂卵石土11参数流变模型,该模型可较好地反映砂卵石土的流变特性。研究成果为砂卵石土强度变形特性研究及地基沉降分析提供理论支撑。     

饱和黏土循环剪切强度与变形特性的试验研究

利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在不固结、不排水条件下对黏土的单调和循环剪切应力-应变关系与剪切强度特性进行了研究.单调剪切试验表明剪切强度随应变速率的增加而增大,在双对数坐标下,剪切强度与应变速率之间近似地符合线性关系;循环剪切试验表明对于某一给定的初始剪应力,循环剪切强度大小是循环软化效应和应变速率效应共同作用的结果,结合单调剪切强度应变速率之间的对应关系,提出了近似消除速率效应的循环剪切强度归一化方法,通过归一化表明,不同循环次数的循环剪切强度与初始剪应力之间的试验数据点分布在一个狭窄区域内,通过一个二次方程即可拟合表示.以此为基础,提出了循环剪切强度的简便确定方法,可减少海洋地基稳定性分析中的试验工作量.     

筑坝堆石料抗剪强度间接测定模型与实用计算公式研究

筑坝堆石料的质量是堆石坝快速施工和安全运行的基础,坝料分区填筑前须进行大量堆石料物理力学性能基础试验,抗剪强度便是其中的一个关键指标。为提高积累数据利用率和节约试验成本,本文依托室内大型试验数据库和数据驱动方法,提出一种筑坝堆石料抗剪强度间接测定数学模型及其实用计算公式。首先收集源自世界各地的典型堆石料剪切试验资料,通过相关性分析和综合性成本型指标选取公式自变量;进而利用进化算法优化神经网络连接权重和阈值,结合hold-out泛化验证,构建最优多元非线性回归模型;最后根据神经网络理论提取回归模型关键参数,经推导得到堆石料抗剪强度计算公式,同时考虑工程应用特性,结合Garson算法建立一种兼具准确性和鲁棒性的公式简化应用方法。将上述模型方法应用于实际工程,结果表明所提公式对堆石料抗剪强度的推算准确率达到90%以上,可为筑坝堆石料抗剪强度测定提供一种有效辅助手段,从而减少部分重复性测试工作。     

珠三角软土原位测试的工程实践及成果应用效果分析

为了扩大原位测试技术在珠三角软土工程中的应用和验证用十字板剪切试验推算软土的抗剪强度指标计算方法的可行性,以珠海某软土填方边坡和广州南沙某基坑工程中软土原位测试与工程应用为例,开展了原位测试结果与室内指标的对比分析和成果应用效果分析。结果表明:原位测试能较好地反映软土的实际状态,用十字板剪切试验推算的软土抗剪强度参数值大于室内土工试验得到的参数值;在珠三角地区用《港口工程地基规范》( JTS 147-1—2010)中附录J方法推算得到的软土的黏聚力偏大,超出经验范围值,所以尚不宜直接用于工程设计。建议进一步对原位测试数据的应用开展相关理论研究,以扩大应用范围。