根據(jù)土的各項特點研究地基和邊坡的修建

文/王瑋﹑張弼偉 山西省建筑科學研究院 山西太原 030001

根據(jù)土的各項特點研究地基和邊坡的修建

文/王瑋﹑張弼偉 山西省建筑科學研究院 山西太原 030001

土在工程建設中基本都會用到：作為地基，要防止工程不受地基沉降的破壞；作為邊坡，要防止土的滑動對工程造成不利影響。研究好土的各方面性能，才能更好的掌握其為工程所用。下面所述，簡單的講解了土的構造特點和力學性能，以及其在工程中的實際應用，以便于對土以及土的使用有一個更好的認識。

土；自重；顆粒；地基；邊坡

概述

土在日常生活中隨處可見，工程中所指的土是：覆蓋在地球表面的﹑比較松散的細顆粒堆積物。土由三相組成：土顆粒﹑水和空氣。其中土又分為普通土和特殊土，特殊土也是在工程領域中遇到的較多的土，特殊土可分為軟土﹑濕陷性黃土﹑膨脹土﹑鹽漬土﹑多年凍土和紅黏土等。在工程設計中應根據(jù)各類土的特性去研究土的力學性能，使土能在工程中有更好地應用。無論在房屋的修建中還是在路橋的建設中，土主要影響地基和邊坡，研究好土的特性對地基的處理和邊坡的防護至關重要。

1、土的構造特性

土是由巖石在風﹑水﹑動植物等長期的作用下風化而來。其中的固態(tài)——土顆粒，顆粒中的礦物成分主要有原生礦物﹑次生礦物和有機物三種。根據(jù)土的堆積特點，可分為殘積土和運集土兩大類。土有三相組成。根據(jù)土顆粒的大小，我國把其分為六組，粒徑大于200mm的叫做塊石顆粒，這種顆粒無毛細水，沒有粘性，由于顆粒間縫隙大，因此透水性也很大；粒徑在60～200mm的叫做卵石顆粒，這種顆粒和塊石顆粒的性質(zhì)差不多；粒徑在2～60mm的叫做圓礫顆粒，這種顆粒相對較小，與上述的兩種相比，有毛細水的存在；粒徑在0.075～2mm的叫砂粒，容易透水，沒有粘性；粒徑在0.005～0.075mm和小于0.005的分別叫做粉粒和黏粒，它們的透水性比較差，在濕潤時有粘結(jié)力，遇水會發(fā)生一定的膨脹。

工程中所用的土不是均勻顆粒。為了方便對所用土的粒徑有一個書面上的認識，科學家們引入了兩個參數(shù)：不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)，不均勻系數(shù)是根據(jù)在土中小于某粒徑的土達到60%的粒徑與達到10%的粒徑的比值來確定。曲率系數(shù)是根據(jù)小于某粒徑達到30%的粒徑與上述10%的粒徑和60%的粒徑來確定。在土的使用上，往往要求不均勻系數(shù)大于5，曲率系數(shù)在1～3之間，這樣的土，粒徑均勻，易于土的壓實，工程質(zhì)量比較好[1]。

土中的水也有三種狀態(tài)：液態(tài)﹑固態(tài)和氣態(tài)。液態(tài)水又有結(jié)合水和自由水之分，結(jié)合水不傳遞靜水壓力，對土的塑性有影響。自由水可以傳遞靜水壓力，對土有一定的浮力。固體水主要是指天氣寒冷使土中的水結(jié)成冰，這種土叫做“凍土”，在工程中，凍土帶來了極大的危害。氣態(tài)水對土基本無影響。

土的疏松性是因為土中含有大量的氣體，土中氣體以兩種形式存在：自由氣體和封閉氣泡，自由氣體在土受到壓力，體積變小時，就會排出去，對土沒有太大的影響。封閉氣泡由于自身封閉，在擠壓中很難排出，只是發(fā)生變形，使土的壓縮性變大，滲水性減小。

2、土的力學特性

土在建設使用時，主要會受到壓力﹑水的滲透力﹑剪力和自身的重力，下面主要談談土在受到這幾種力時的影響因素和特點。

土中由于空氣的存在，會有連續(xù)的空隙，若土直接和水接觸，那么水就會在自身的壓力下沿著這些空隙向下流去（滲流），滲流與土的性質(zhì)和水頭的大小有關系。土比較密實﹑粘性大時，滲透性就差。水頭是指單位水所擁有的機械能，當這種機械能大時，滲透就容易發(fā)生，在計算應用上，主要根據(jù)的是達西定律。

在均質(zhì)土中，隨著深度的變大，自重線性增加。在成層土中，由于每層的重度不同，而成折線分布[2]。當有地下水時，還有水對其的浮力影響。土在做地基時還會受到上部荷載對其的壓力，壓力通過基礎傳給地基?；A受到的力不同，傳遞給地基的力也會不同，土在受到壓力后會壓縮變形，造成基礎的均勻或者不均勻沉降。土的抗剪性能在工程中也比較重要，土的抗剪性能根據(jù)實驗得到，與所受到的法向應力﹑土的內(nèi)摩擦角和粘聚力有關，在實驗中往往采用直剪實驗﹑三軸壓縮實驗和無側(cè)限抗壓強度實驗。

軟土的特點是孔隙率高﹑壓縮系數(shù)高﹑強度低﹑含水量高，并具有較強的蠕變性，工程地質(zhì)差，若受到擾動則軟土的強度會明顯降低，甚至呈現(xiàn)流塑狀態(tài)。

紅黏土的特點是其強度高﹑厚度不均勻﹑具有明顯的脹縮性﹑可壓縮性低，土內(nèi)出現(xiàn)裂縫后裂縫會迅速發(fā)展。

濕陷性黃土的特點是孔隙率高，遇水后可壓縮性急劇增加，強度急劇降低，嚴重影響邊坡穩(wěn)定性。

膨脹土的特點是正常情況下強度較高﹑可壓縮性低；但受水后急劇膨脹，強度也急劇降低，易被風化，并且壓實性較差。

凍土的特點是在冬春交替時土體發(fā)生凍脹或融陷等影響地基承載力等不良影響，影響邊坡的耐久性。

鹽漬土的特點是當土體受水后土體內(nèi)部鹽類物質(zhì)溶于水，導致土體發(fā)生失陷等，最終導致路基等產(chǎn)生不均勻沉降而發(fā)生破壞，并且鹽漬土具有侵蝕性，可嚴重腐蝕路基基礎，影響邊坡穩(wěn)定性。

3、土在地基中的計算處理

土在作為地基時，主要進行的是地基壓縮沉降的考慮。地基主要有兩種應力狀態(tài)，自重應力和附加應力。自重應力是由土體的重力在土中產(chǎn)生的應力，附加應力指的是除去自身重力后，土受到的其它力在土中產(chǎn)生的應力。在實際中，土受到許多不同的外力，其附加應力較復雜。土在受到一個豎直集中應力時，力在向下傳遞的過程中，不斷向四周擴散而變小。若地面受到幾個集中力的作用時，所產(chǎn)生的幾個應力就會疊加，總應力的計算根據(jù)聚集的疊加原理來計算。實際中，基礎所傳給地基的力比較平均，這種荷載分布的規(guī)律有許多，主要分為兩類：空間上的荷載分布和平面上的荷載分布，這兩種分布的區(qū)別在于荷載分布范圍的大小不同。

地基的沉降是由于土在壓力下，體積發(fā)生了變化。由于天然土層形態(tài)各異，在計算上較為麻煩，為了簡便計算，理論上往往把地基土看作是均質(zhì)的﹑各向相同的土，在確定地基的計算深度后，把基礎下每層土的壓縮量進行疊加，就可以得到地基的最終沉降量。在此基礎上，《建筑地基基礎設計規(guī)范》中給了一種更精確的計算方法，這種算法添加了地基平均附加應力系數(shù)，在地基計算深度選取上也給了更有效的方法[3]。這兩種算法都采用單項壓縮條件下的指標，用基礎中心下的附加應力來降低側(cè)向變形對土層壓縮的影響。

4、土在邊坡上的應用防護

邊坡主要分為兩種：天然和人工，天然邊坡由于長期受到外界的各種作用，在受力和形狀上達到了穩(wěn)定，往往不會自動破壞。人工邊坡有填和挖兩種，由于其形成時間短，對其的穩(wěn)定性要進行分析。

保護邊坡的穩(wěn)定性，主要在于對內(nèi)部滑動的控制。邊坡滑動的影響主要是兩方面：在土的內(nèi)部，坡的高度﹑坡與水平面的夾角的大小對坡的穩(wěn)定性有較大的影響，土的性質(zhì)也會有影響：粘性大的土穩(wěn)定性比較好，而一堆沙子在堆積時只能滑動成為一個錐形；土坡的土層構造和邊坡的外形對邊坡的穩(wěn)定也有一定的影響。外部影響主要是水﹑振動的作用和人為的影響，水侵入土坡，是土的含水量增加，重度變大，土質(zhì)變軟，很容易發(fā)生滑動。地震或者爆炸發(fā)生的振動使土的構造發(fā)生破壞，產(chǎn)生滑動。人為的不注意，在開挖時對邊坡的穩(wěn)定性造成影響?？傊趯吰路€(wěn)定性的考慮時，要充分考慮到各種情況：地下水的影響；施工過程對邊坡的影響；填方邊坡和挖方邊坡的影響[4]。在施工過程中應根據(jù)土質(zhì)特點選用合理的處理方法增強其強度或改變其特性，如對不滿足施工要求的土體進行換填﹑隔水﹑強夯﹑樁基等措施，使土質(zhì)達到施工要求，確保邊坡安全穩(wěn)定。

滑坡是一種嚴重影響人民生命財產(chǎn)的自然危害，對于其防治有多種方法，在存在大型滑坡或者滑坡群的地方，由于在治理方面會有太大的經(jīng)濟投入，因此直接在修建建筑時進行避讓[5]。水對邊坡的危害較大，在防治滑坡時一定要做好地表水和地下水的排除工作。在土坡上進行抗滑支檔﹑修建保護層﹑抗滑墻或者抗滑樁等，也對阻止滑坡的產(chǎn)生有大的作用，減少土坡的重量并加上抗滑壓力，在防治某些滑坡上也有較好的成效。

總結(jié)：

土在工程中往往作為地基和邊坡，根據(jù)土的各種構造特點和力學特征，針對不同的地基和邊坡類型，采取合理的處理方法。降低地基的沉降，保護邊坡的穩(wěn)定性，是工程上研究土的最終目的。

[1]土力學地基與基礎[M]. 中國建筑工業(yè)出版社, 1997.

[2]陳希哲. 土力學地基基礎[M]. 清華大學出版社有限公司, 1998.

[3]蔣彭年. 非飽和土工程性質(zhì)簡論[J]. 巖土工程學報, 1989, 11(6): 39-59.

[4] Fredlund D G, Rahardjo H. 非飽和土土力學[J]. M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版, 1997: 256-278.

[5]公路邊坡防護治理[M]. 人民交通出版社, 2002.