维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第９期 ２ ０ ０ ２年９月 ・３２・ 山 西 建 筑 ＳＨＡＮⅪ ＡＲＣＨｎＥＣ１ ＲＥ Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．９ ｓｅｐ．２００２ 文章编号：１００９－６８２５（２００２）０９—００３２—０２ 浅谈粘性土抗剪强度指标值的确定方法 王培荔 摘要：土体的抗剪强度指标Ｃ、 值是土工计算中的重要计算参数，分析了粘性土固结状况对土基抗剪强度的影响，指 出在进行抗剪强度试验时对土体适当进行固结的必要性。 关键词：粘性土，抗剪强度指标，孔隙水 中图分类号：Ｕ４４２ 文献标识码：Ａ 结构物设计中，地基土壤内摩阻角 、粘结力ｃ是重要计算 压力不断增大＝增大的压力引起了土颗粒的位移，使土体的孑Ｌ隙 参数，对不同土质而言，ｃ、 值不同，即使同种地基条件，在不同 体积改变，土体就发生压缩变形。随着时间的推移，当变形稳定 含水量、不同试验条件下，所测定的ｃ、 值也不同。因此，选择 也即土体颗粒完全固结时， ＝０， ＝Ｐ：固结的程度用固结度 正确的抗剪强度的试验方法，采用合适的抗剪强度指标，将至关 重要。 ：１一 ／“，表征，其中 表示经过时间ｔ后对应的孑Ｌ隙水压力， 表示初始孑Ｌ隙水压力：同种土体，小同的固结度所测定出的 目前，试验采用的测定抗剪强度指标方法有：实验室中采用 抗剪强度指标ｃ、 值不同，而三轴剪切仪正是能控制排水固结 直剪仪的有快剪、固结快剪和慢剪；采用三轴剪切仪的有不固结 条件，测出不同固结度下的Ｃ、 值： 不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪及现场无侧限抗压试验。 忽略孑Ｌ隙水的渗出及固结度不同等因素，同种土体的抗剪强 直接剪切仪是一种最简单的室内试验仪器，其结构简单，操作方 度线如图２，图中土体处于静止状态，以应力单元来加以分析，竖 便，试验原理较易理解，目前采用较广，但缺点是剪切中含水量无 向应力 ，＝ｙｚ，水平向应力 ＝ ，该单元体任意平面上的剪应 法控制，不能模拟场地实际的排水固结条件，而且剪切面上应力 力均小于其抗剪强度，土体处于弹性平衡状态，摩尔圆如图２中 分布不均匀，面积实际上随剪切的进展而逐渐减小，但计算时仍 曲线１所示 当挡墙在土的推力作用下发生前移，土中水平应力 用原来的面积，另外剪切面人为固定，并非土体中强度最弱的面， 将逐渐减小，剪应力逐渐增大，此时 ＜ ，构成的摩尔圆如 试验条件与实际条件不尽吻合。无侧限抗压强度是试件在侧面 图２中曲线２所示， 不断减小，以至曲线２与直线ｒ：ｃｒｔｇ￣ｃ＋ｃ 不受任何限制的条件下所承受的最大轴向应力。国内往往规定 相切，此时处于极平衡状态，如果继续发生位移，土体将出现连续 为能切成圆柱状，且在自重作用下不发生变形的饱和软粘土。美 滑动面使土体下滑，这时土压力减至最小——此状态为主动朗金 国ＡＳＴＭ标准规定适用于具有足够粘性，允许在无侧限状态下进 状态。曲线３为挡墙在外力作用下向填土方向推移所作摩尔圆， 行试验的饱和粘质土。英国ＢＳ １３７７—７５标准规定适用于饱和的 此时 ：＝７／／， 从 逐渐增大，直至曲线３与直线相切，此时 无裂隙的粘质土。为此，《公路土工试验规程》规定适用范围为饱 处于极限平衡状态。如果位移继续增长，土体将向挤出隆起，这 和粘质土，但需具有两个条件，一是试件在自重下能自立不变形； 时压力增至最大——此状态为被动朗金状态： 另一个是在不排水条件下，要求试验时有一定的应变速率，在较 短时间内完成试验。用三轴剪切仪试验，可避免上述缺陷，能控 制土样的排水固结条件，应力条件明确，因此，在有条件的情况 下，应优先采用三轴剪切仪。 在不同的试验方法、不同的排水条件下测得的抗剪强度指标 相差较大，对同一种土，在一定条件下ｃ、 是确定值，而受力后 因固结条件不同，ｃ、 值也会不同。边坡稳定性分析，支挡结构 设计中，究竟采用哪种试验方法的ｃ、 的值呢？固结不排水剪， 即ＣＵ剪的总应力强度指标常被推荐用于进行稳定分析的有效固 结应力法，水土结合时的土压力计算，以及某些条件下地基极限 承载力的计算。目前《公路土工试验规范》规定以孔隙水压力消 散９５％作为固结的标准，但这不够全面，应结合工程实际采用不 同的固结度。 图１ 土体单元破坏机理图 实际中由于粘性土透水性差，在外力作用下水的渗出非常缓 慢。发生突发性破坏时往往既来不及排水，又没有完全固结。而 粘性土完全固结后强度大大提高，所以，粘性土的抗剪强度指标 测定时应有一定固结度。 先以某一土体的初始应力状态及其排水固结过程来说明在 应力状态改变情况下，土体单元的破坏机理。如图１，有一挡土 墙，墙背填土水平，以墙背后某一土体单元为例，最大应力 。＝ ，最小应力 ，｝为侧压力系数，土体单元在此应力作用 ｌ 口／ｋＰａ 下开始固结。起初，孑Ｌ隙水压力 ：Ｐ，土体颗粒所受的压力 ＝ ０。此时，由于土中任意一点的孑Ｌ隙水压力 对各个方向作用均 是相等的，因此它只能使土颗粒产生压缩而不能使土颗粒产生位 移。随着固结的不断进行，孔隙水压力不断降低，土体颗粒所受 收稿日期：２００２－０７—１６ 图２ 同种土体的抗剪强度线 作者简介：王培荔（１９７１一），女，１９９３年毕业于太原工业大学道桥专业，助理工程师，山西省高速公路管理局，山西太原０３０００６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第９期 ２ ０ ０ ２年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ兀１ＦＣ兀 ＲＥ ＶｎＩ．２８ Ｎｏ．９ ｓｅｐ．２００２ ・３３・ 文章编号：１００９．６８２５（２ｏｏ２）ｏ９．００３３．０２ 水泥搅拌桩在某工程中的应用 苗宏晋 摘 要：简要介绍了水泥搅拌桩的原理、主要特点和适用条件，并结合具体工程实例阐述了水泥搅拌桩的设计、施工及其 在特殊地质条件下的应用，指出采用水泥搅拌桩加固处理地基，能取得较好效果。 关键词：水泥搅拌桩，施工工艺，复合地基，质量 中图分类号：ＴＵ４７２．３ 文献标识码：Ａ １水泥搅拌桩的原理 之间的强制搅拌越充分，土块被粉碎的越小；水泥分布到土中越 水泥土结构强度的离散性越小，总体强度也越高： 水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层 充分，搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和 ２水泥搅拌桩的特点和适用条件 软土间所产生的一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有整体 水泥搅拌桩的特点：在地基加固过程中无振动、无噪音．对环 境无污染，对土无侧向挤压，对邻近建筑物无影响，能有效提高地 性．水稳定性和一定强度的优质地基。 软土和水泥采用机械搅拌加固的基本原理主要有以下三个 基的强度，施工周期短．造价低，效益显著。 方面：１）水泥的水解和水化反应。由水泥中不同的氧化物分别组 水泥搅拌桩适用于加固较厚的淤泥、淤泥质土、粉土和含水 成不同的水泥矿物，用水泥加固软土时，水泥颗粒表面的矿物很 量较高且地基承载力不大于ｌ２０ ｋＰａ的粘性土地基。 快与软土中的水发生水解反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水 ３铝酸钙及含水铁酸钙等化合物 这些化合物迅速融于水中，使水 泥颗粒表面重新暴露出来，再和水发生反应，周围的水溶液逐渐 工程实例 某住宅楼位于太原动物园的西北部。北邻新建路柳溪菜市 达到饱和，水分子虽继续深入，也只能以分散状态的胶体析出，悬 场，西靠十三冶职工宿舍楼，东连动物园北湖。占地４ ０００ ｍ２，建 两栋六层带地下室住宅楼，每栋建筑面积４ ０５９．８４ ｍ２。该工程抗 浮于溶液中，形成胶体，使软粘土的强度得到提高。２）粘土颗粒 震设防烈度为８。。 与水泥水化物的作用 当水泥的各种水化物生成后，有的自身继 续硬化，形成水泥石骨架，结构致密，水分不易进人，使水泥土有 足够的稳定性；有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反 ３．１ 地质概况 拟建场地从区域上划分为三部分，中部区域为原市区的老城 应，封闭各土团之间的空隙，形成坚固的联接，使水泥土的强度提 墙基础，西部区域为老护城河河边，东部区域处于湖中。从地层 的暴露情况来看，地基土主要由杂填土、素填土、粉土和粉细砂层 高。３）碳酸化作用。水泥水化物中游离的氢氧化钙能吸收水中 组成。 和空气中的二氧化碳，发生碳酸化反应，生成不溶于水的碳酸钙， 该场地存在的主要问题：１）场地的不均匀性，即中部硬，两侧 使水泥土的强度增大。从水泥加固土的机理分析可见：水泥和土 时的应力路径对于抗剪强度指标也有显著的影响。所以，在进行 不排水剪切之前，应结合工程实际预先对粘性土样进行固结，并 考虑采用合适的固结度。 利用统计学的方法对太旧高速公路、原太高速公路、太祁高 速公路等的土基土性参数进行分析，发现我省境内多为中、低液 限粉土和低液限粘土。其中低液限粘土粘结力ｃ的平均值变化 ／ｋＰａ 范围为３Ｏ．３６ ｋＰａ～１１２．６６ ｋＰａ，内摩阻角 在７．５２。～２７．２０￣间变 图３ 不同固结度时的抗剪强度线 化。同时，发现土的软硬状态对其有较大影响，软塑状态下，土的 粘结力ｃ的平均值普遍小于硬塑状态。两种状态对内摩阻角 内摩阻角 均下降，尤其以粘结力ｃ下降的幅度最大。 作一组对比试验，图３中直线１、２、３分别为固结度１００％ 粘结力ｃ及 ５Ｏ％和０的抗剪强度线。可以看出采用１００％的固结强度偏大， 基本没有影响。但是当土体饱水后其力学特性变差，不安全；而不固结则抗剪强度线几乎为一条水平直线，这显然与 实际情况有所不同。另外，土体的初始固结应力状态不排水剪切 Ｓｉｍｐｌｅ ｔｌｋｓ ａｂｏｕｔ ｍｅｔａｈｏｄｓ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｃｌａｙ ｓｏｉｌ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ＷＡＮＧ Ｐｅｉ．ｉｉ （Ｓｈａｎｘｉ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｂｕｒｅａｕ，Ｔａｉ）Ｔｚａｎ ０３０００６，Ｃｈ／ｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｃ ａｎｄ ｑ￣ｉｎｄｅｘ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｏｄｙ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｒｅ ｑＩＪｉｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｈａｔｔ ｃｌａｙ ｓｏｉｌ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｓｏｉｌ ｂｏｄｙ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｍａｋｉｎｇ ｓｏｉｌ ｂｏｄｙ ｐｒｏｐｅｒ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｌａｂ． ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｌａｙ ｓｏｉｌ，ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｅｘ，ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ 收稿日期＂２００２—０６—２８ 作者简介：苗宏晋（１９６８一），女，２ＯＯＯ年毕业于华北水利水电学院建筑工程专业，工程师，太原市供水设计研究院，山西太原０３０００９