原位直剪試驗(yàn)在三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用

倪海波, 劉　俊, 王彥黎

(1.湖北交投麻武高速公路建設(shè)指揮部,湖北 浠水　438200; 2.湖北博誠公路工程有限公司,湖北 荊州　434000; 3.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,湖北 武漢　430034)

0　引言

三峽庫區(qū)存在著大量的崩滑堆積體,其物質(zhì)組成為土夾碎(塊)石(以下簡(jiǎn)稱碎石土),碎石含量在30%～70%之間[1],這些堆積體的穩(wěn)定性直接關(guān)系到庫區(qū)道路橋梁和居民建筑等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),是庫區(qū)災(zāi)害防治的重點(diǎn)。由于碎石土組成復(fù)雜,粒徑較大,取樣困難,而常規(guī)的室內(nèi)剪切試驗(yàn)受剪面積小,不能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)情況,試驗(yàn)結(jié)果離散度大,沒有代表性。因此,碎石土的抗剪強(qiáng)度一直缺乏可直接參考的資料,這給工程的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)施工帶來了困難。

原位直剪試驗(yàn)按實(shí)際工程要求確定應(yīng)力路徑,現(xiàn)場(chǎng)制作試樣,保證了土體的天然狀態(tài),使土樣不發(fā)生擾動(dòng),且可根據(jù)上覆土層自重施加法向荷載,保證了土體的應(yīng)力狀態(tài)不變。另外,它還能夠沿著堆積體滑動(dòng)方向施加水平推力,并可直接對(duì)滑動(dòng)面進(jìn)行剪切,受剪面積較大,所以原位直剪試驗(yàn)?zāi)苷鎸?shí)反映出土體的實(shí)際抗剪強(qiáng)度。相關(guān)規(guī)定也要求中型以上滑坡對(duì)滑動(dòng)面(帶)必須進(jìn)行2～4組原位直剪強(qiáng)度試驗(yàn)[2]。

1　原位直剪試驗(yàn)原理

原位直剪試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度是指在外力作用下,巖土體具有抵抗剪切的極限強(qiáng)度。試驗(yàn)時(shí),在同一類型的一組試體上,通過施加不同的法向荷載,分別進(jìn)行剪切,測(cè)得剪切破壞時(shí)的剪應(yīng)力。根據(jù)各剪切階段特征點(diǎn)的剪應(yīng)力和法向應(yīng)力,采用圖解法確定其相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)值。

2　原位直剪試驗(yàn)的實(shí)施

2.1　試驗(yàn)設(shè)備

剪切盒(自制);液壓千斤頂系統(tǒng);滾軸排、墊板、傳力柱;壓力表、位移表及表架、表座等(在探槽里試驗(yàn)還需工字鋼、跳板、砂袋)。

2.2　試體布置

為了研究堆積體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征及滑動(dòng)破壞情況,根據(jù)滑帶的埋深和走向,在堆積體下部開掘勘探平硐(或在其前沿和后沿開挖探槽),沿主硐兩側(cè)依滑帶走向開掘支硐,并預(yù)留土樣制作試體。每組試驗(yàn)制作不少于4個(gè)試體,相鄰試體間距應(yīng)大于試體邊長(zhǎng)[3]。

2.3　試體制備

在預(yù)留試體位置停止全面開挖,以減少對(duì)試體的擾動(dòng)。在土樣上放自制的剪切盒,邊切削邊向下徐徐施壓,直至剪切盒下沿距剪切面3 cm左右。水平推力方向與剪切面平行。修平試件頂部,使試體略高于剪切盒,用細(xì)砂找平試體頂部并填實(shí)剪切盒四周與試體的局部縫隙。

2.4　試驗(yàn)操作

2.4.1設(shè)備安裝

按法向荷載系統(tǒng)→切向荷載系統(tǒng)→量測(cè)系統(tǒng)順序依次安裝(圖1)。

法向荷載系統(tǒng)應(yīng)垂直于剪切面,測(cè)表分布于試體對(duì)稱部位,每側(cè)裝法向位移表和切向位移表各兩只,測(cè)表支架的支點(diǎn)不受試體變形影響。平硐內(nèi)以硐頂作為法向反力座,探槽中用堆載方式作為法向反力座。法向荷載系統(tǒng)安裝好后,先施加適量的法向應(yīng)力對(duì)試體進(jìn)行預(yù)壓,再安裝切向荷載系統(tǒng),以平硐或探槽壁為切向反力座。

2.4.2法向荷載的施加

在一組試體上分別施加不同的法向荷載,其值為最大法向荷載的4～5等分值。最大法向荷載按試體上履土體自重設(shè)計(jì),兼顧不擠出軟弱面上充填物或破壞試體為限。法向位移相對(duì)穩(wěn)定后即可施加剪切荷載。

2.4.3剪切荷載的施加

按各級(jí)法向荷載的5%～10%分級(jí)施加剪切荷載。試體剪斷后應(yīng)繼續(xù)施力,直到出現(xiàn)大致相等的剪切荷載為止。

第一，高校要根據(jù)時(shí)代發(fā)展對(duì)學(xué)生的新要求進(jìn)行教育理念的轉(zhuǎn)變，讓學(xué)校的教育跟上時(shí)代需求。在對(duì)大學(xué)生的思想教育工作中，教育者要具有先進(jìn)的教育理念和超前意識(shí)，摒棄傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，積極向“向雙互動(dòng)”交流方式轉(zhuǎn)變。

2.4.4剪切面描述

試驗(yàn)結(jié)束后,掀開試體進(jìn)行剪切面描述,并測(cè)量剪切面的有效剪切面積。

3　試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

(1) 繪制各法向應(yīng)力下剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線,并根據(jù)曲線取穩(wěn)定點(diǎn)為各級(jí)特征點(diǎn)的剪應(yīng)力值。

圖1　設(shè)備安裝圖

(2) 繪制各級(jí)剪應(yīng)力與法向應(yīng)力關(guān)系曲線,并根據(jù)曲線確定相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值。

4　試驗(yàn)成果總結(jié)

表1是在三峽庫區(qū)開展原位直剪試驗(yàn)取得的部分成果匯總,據(jù)此可歸納出以下結(jié)論：

表1　部分原位直剪試驗(yàn)成果匯總表

(1) 同一試驗(yàn)點(diǎn),無論天然狀態(tài)下(如水田壩高切坡項(xiàng)目)還是飽和狀態(tài)下(如曹家老屋、柚子樹坪滑坡),測(cè)得的抗剪強(qiáng)度參數(shù)值離散度都很小,說明大面積原位剪切試驗(yàn)的代表性很好,更能真實(shí)地反映試驗(yàn)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度,可以作為滑坡等災(zāi)害防治工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)施工的依據(jù)。

(3) 不同的試驗(yàn)點(diǎn),天然抗剪強(qiáng)度參數(shù)值的離散度明顯大于飽和抗剪強(qiáng)度參數(shù)值的離散度,并且飽和抗剪強(qiáng)度參數(shù)值普遍很小,說明庫區(qū)的堆積體在天然狀態(tài)下,穩(wěn)定性是不一樣的,而一旦受水侵蝕軟化,其穩(wěn)定性都會(huì)明顯降低。

5　注意事項(xiàng)及建議

5.1　試體大小的確定

通常情況下,剪切面積越大,試驗(yàn)的代表性越好,得出的參數(shù)越真實(shí)。但剪切面的大小直接決定了試驗(yàn)的成本和難度,剪切面積加大,相應(yīng)的法向荷載成倍增加,以平硐頂為法向反力座時(shí),由于碎石土不夠緊密,壓縮性比較大,并且易破碎,反力很難滿足要求。另外,一組試驗(yàn)需要制作多個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)類型的試體,在平硐和探槽狹小的空間里,要找到這樣一組試體比較困難,試體剪切面越大,制作的難度就越大。通過一系列試驗(yàn),本文建議剪切面邊長(zhǎng)控制在35～50 cm范圍比較合適。

5.2　試體不能澆筑混凝土保護(hù)套

因?yàn)榛炷林械乃指淖兞嗽圀w的天然狀態(tài),并且在試驗(yàn)時(shí),保護(hù)套受壓破碎,使位移表的讀數(shù)失真,易導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

5.3　千斤頂?shù)男谐?/h3>

由于碎石土的壓縮性比較大,如果千斤頂?shù)男谐踢^短,往往壓力還沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值而行程已走完,只得卸壓后重新安裝,造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失甚至風(fēng)險(xiǎn)。因此應(yīng)選用行程>20 cm的千斤頂。

參考文獻(xiàn)：

[1]時(shí)衛(wèi)民,鄭宏錄,劉文平,鄭穎人.三峽庫區(qū)碎石土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)研究[J].重慶建筑,2005(2)：30-35.

[2]湖北省三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.湖北省三峽庫區(qū)滑坡防治地質(zhì)勘察與治理工程技術(shù)規(guī)定[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,2003.

[3]GB/T50266—99，工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

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