增濕過(guò)程中結(jié)構(gòu)性黃土強(qiáng)度對(duì)抗滑樁間距的影響

陶 虎，謝 晨，任建民，王軍璽

(1 蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2 甘肅省道路橋梁與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；3 甘肅有色工程勘察設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000)

?

增濕過(guò)程中結(jié)構(gòu)性黃土強(qiáng)度對(duì)抗滑樁間距的影響

陶 虎1,2，謝 晨3，任建民1,2，王軍璽1,2

(1 蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2 甘肅省道路橋梁與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；3 甘肅有色工程勘察設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000)

【目的】 探討增濕、擾動(dòng)作用下結(jié)構(gòu)性參數(shù)降低對(duì)土性參數(shù)和抗滑樁間距的影響?！痉椒ā?通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)，分析初始結(jié)構(gòu)性參數(shù)隨含水率變化的規(guī)律以及構(gòu)度指標(biāo)變化對(duì)結(jié)構(gòu)性土黏聚力和內(nèi)摩擦角的影響。在抗滑樁拱端的土拱效應(yīng)中，通過(guò)靜力平衡方程建立拱間距與黏聚力的關(guān)系，并將構(gòu)度指標(biāo)對(duì)黏聚力的影響引入公式，從而分析構(gòu)度指標(biāo)變化對(duì)土拱間距的影響。【結(jié)果】 構(gòu)度指標(biāo)隨含水率的增大而減小，構(gòu)度指標(biāo)減弱導(dǎo)致黏聚力明顯降低而內(nèi)摩擦角變化較小，在增濕過(guò)程中將構(gòu)度指標(biāo)引入抗滑樁間距計(jì)算公式，其變化直接影響到抗滑樁間距的大小?！窘Y(jié)論】 構(gòu)度指標(biāo)是影響抗滑樁間距大小的最主要因素之一，在抗滑樁設(shè)計(jì)中引入結(jié)構(gòu)性參數(shù)這一指標(biāo)，為合理確定抗滑樁間距提供了一種新的方法和理論。

黃土；增濕過(guò)程；構(gòu)度指標(biāo)；抗滑樁；黏聚力；抗滑樁間距

我國(guó)約有64萬(wàn)km2土地被黃土所覆蓋，在雙目顯微鏡下可見黃土由結(jié)構(gòu)單元、膠結(jié)物和空隙3部分組成，在干旱半干旱的自然條件下具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。土的結(jié)構(gòu)性早在1925年就被土力學(xué)奠基人太沙基[1]所指出，只是因?yàn)槎棵枋龅睦щy性以及形成原因的復(fù)雜性，使得結(jié)構(gòu)性定量描述一直游離于對(duì)土物性的表述，但它的定性表述仍然顯示出了其在土性機(jī)理[2]分析上的極其重要性。天然狀態(tài)下黃土都存在結(jié)構(gòu)性，如邊坡、陡坎等保持陡直的狀態(tài)就是依靠自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，一旦增濕和加載，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就會(huì)有所降低，如2013年7月甘肅岷縣-漳縣地震[3]，黃土體在降雨增濕后因地震作用誘發(fā)的滑坡造成大量人員傷亡；1989年3月甘肅永靖縣鹽鍋峽庫(kù)區(qū)黑方臺(tái)焦家崖頭土地在灌溉增濕后誘發(fā)了大滑坡[4]。研究表明，增濕是導(dǎo)致黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的內(nèi)在因素，而加載則是外因[5]。深入研究黃土的結(jié)構(gòu)特性變化規(guī)律,有助于提高設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)性土性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而在設(shè)計(jì)中合理選取土性參數(shù)。

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，黃土地區(qū)開展了大量平山造地、依山而建的工程項(xiàng)目，在降雨、堆載影響下極易造成黃土邊坡失穩(wěn)，對(duì)周圍建筑和人員造成安全隱患。增濕過(guò)程中，土的結(jié)構(gòu)性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及變形是動(dòng)態(tài)變化的，而現(xiàn)行的《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025-2004)[6]假設(shè)完全飽和狀態(tài)來(lái)考慮黃土濕陷性對(duì)工程的影響，存在設(shè)計(jì)上過(guò)于保守、經(jīng)濟(jì)效益上不可行的不足[7-8]。

抗滑樁大量運(yùn)用于黃土地區(qū)邊坡治理工程，由于抗滑樁具有抗滑能力大，對(duì)滑坡體穩(wěn)定性擾動(dòng)小，設(shè)樁位置靈活，能及時(shí)增加抗滑力而在邊坡工程中得到大量應(yīng)用。本研究通過(guò)研究增濕后黃土結(jié)構(gòu)性變化規(guī)律，定量總結(jié)增濕過(guò)程土結(jié)構(gòu)性參數(shù)變化對(duì)抗滑樁間距的影響，以期為抗滑樁的設(shè)計(jì)提供參考。

1 土的結(jié)構(gòu)性

結(jié)構(gòu)性是天然土固有的特性，土的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上包括了反映土骨架聯(lián)結(jié)特征的“膠結(jié)”和土骨架幾何空間特征的“組構(gòu)”。謝定義等[9]指出，由幾何特征的“組構(gòu)”和聯(lián)結(jié)特征的“膠結(jié)”反映的土結(jié)構(gòu)的可穩(wěn)性和可變性的綜合結(jié)構(gòu)勢(shì)，是決定各類土力學(xué)特性的一個(gè)最為根本的內(nèi)在因素。土的結(jié)構(gòu)性對(duì)土工程性質(zhì)的重要性已成為共識(shí),被認(rèn)為是21世紀(jì)土力學(xué)的核心問(wèn)題[10]。任何土都具有結(jié)構(gòu)性，黃土的結(jié)構(gòu)性尤為突出。結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)，在增濕后聯(lián)結(jié)力越容易破壞，擾動(dòng)作用使得黃土幾何排列越不穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)性越弱，增濕對(duì)聯(lián)結(jié)力的影響則越不明顯，擾動(dòng)對(duì)黃土幾何排列的影響也小，結(jié)構(gòu)呈穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)比分析相同粒度、密度、濕度的原狀黃土和重塑黃土，兩者的抗剪強(qiáng)度差異性很大[11]，說(shuō)明原狀黃土結(jié)構(gòu)在未遭到破壞時(shí)，具有較高的抗壓和抗剪強(qiáng)度。

靈敏度僅反映了原狀土擾動(dòng)前后結(jié)構(gòu)性的變化大小而忽略了增濕過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。邵生俊等[12]基于綜合結(jié)構(gòu)勢(shì)理論提出了構(gòu)度指標(biāo)，在此認(rèn)識(shí)上，文獻(xiàn)[13]通過(guò)大量試驗(yàn)，提出了反映增濕和擾動(dòng)影響的增濕靈敏度和擾動(dòng)靈敏度，綜合考慮了擾動(dòng)作用和增濕過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)性土的影響。

1.1 構(gòu) 度

采用單軸壓縮試驗(yàn)，對(duì)相同含水率、粒度、密度的原狀土、重塑土和飽和狀態(tài)下原狀土進(jìn)行最大無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)，按照下式確定構(gòu)度：

(1)

式中：mu為構(gòu)度指標(biāo)，反映結(jié)構(gòu)性黃土的初始結(jié)構(gòu)性大?。籱w反映結(jié)構(gòu)性黃土增濕后對(duì)水的靈敏度，稱為增濕靈敏度；mr反映原狀土結(jié)構(gòu)完全擾動(dòng)后強(qiáng)度的降低程度，稱為擾動(dòng)靈敏度；(qu)o、(qu)r、(qu)s分別表示原狀土、重塑土、飽和原狀土的最大無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

以蘭州東Q2黃土為例，該土的干密度為1.56 g/cm3，天然含水率為10%，孔隙比為0.731。圖1為蘭州東Q2黃土在含水率為10%，15%，20%，25%，28%時(shí)構(gòu)度指標(biāo)mu、增濕靈敏度mw、擾動(dòng)靈敏度mr的變化規(guī)律。由圖1可知，該Q2黃土的初始結(jié)構(gòu)性受增濕靈敏度的影響較大，而擾動(dòng)靈敏度在不同含水率下變化較小，說(shuō)明增濕是影響黃土結(jié)構(gòu)性變化的最主要因素之一，而擾動(dòng)靈敏度大小只與初始結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)。

圖 1mu-w關(guān)系曲線

Fig.1mu-wcurves of loess samples

1.2 結(jié)構(gòu)性與強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)系

黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度易受應(yīng)力狀態(tài)(圍壓)和增濕(降雨)的影響，因此存在不穩(wěn)定性。黨進(jìn)謙等[14]研究了黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與初始含水率的關(guān)系，在摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則中引入了不穩(wěn)定黏聚力的概念。謝定義[2]指出，在土力學(xué)中，研究土結(jié)構(gòu)性問(wèn)題的根本目的在于揭示結(jié)構(gòu)性及其變化的力學(xué)效果。

文獻(xiàn)[15]通過(guò)三軸(UU)試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)構(gòu)性黃土在不同含水率下的構(gòu)度指標(biāo)(mu)與黏聚力(c)、內(nèi)摩擦角(φ)的變化關(guān)系，結(jié)果如圖2、3所示。圖2表明，隨著結(jié)構(gòu)性指標(biāo)增大黏聚力c增大；圖3表明，結(jié)構(gòu)性黃土的內(nèi)摩擦角φ隨構(gòu)度mu的增大略有增加，但增加幅度較小。

隨著含水率增大，黏聚力隨構(gòu)度的增大而增大，內(nèi)摩擦角隨構(gòu)度基本保持不變。通過(guò)測(cè)定不同含水率狀態(tài)下黃土的構(gòu)度，即可以判別黏聚力的大小。

圖 2 mu-c關(guān)系曲線

2 計(jì)算模型

Terzagi最早通過(guò)活動(dòng)門試驗(yàn)驗(yàn)證了土體中存在拱的效應(yīng)[16]，國(guó)內(nèi)學(xué)者先后研究了黏土和軟土地區(qū)抗滑樁土拱效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，建立了土拱間距的計(jì)算方法[17-20]。土拱效應(yīng)受拱間距和土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化的影響較大，對(duì)于結(jié)構(gòu)性黃土，隨著增濕過(guò)程，結(jié)構(gòu)性減弱導(dǎo)致黏聚力降低，因此認(rèn)識(shí)增濕后黃土結(jié)構(gòu)性的變化規(guī)律，對(duì)合理確定黃土地區(qū)抗滑樁間距具有重要的科學(xué)意義?？够瑯吨g存在的土拱效應(yīng)如圖4所示。

圖 4 抗滑樁之間的土拱效應(yīng)

在土拱計(jì)算過(guò)程中做了如下假定：不計(jì)土拱自重作用，假設(shè)樁體周圍黃土為各向同性的均質(zhì)土；相鄰兩個(gè)樁之間形成的土拱形狀為對(duì)稱于跨中的拋物線；假定樁后坡體壓力沿樁間均勻分布作用于土拱上，不計(jì)樁后土拱效應(yīng)沿樁長(zhǎng)從上至下逐漸減弱的影響。

2.1 受力分析

圖 5 土拱受力分析圖

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)三鉸拱計(jì)算原理，建立拱軸的拋物線方程，有：

(2)

式中：x、m分別為拋物線上任意一點(diǎn)到原點(diǎn)的水平距離和垂直距離。

令λ=f/L，則(2)式可寫成：

(3)

靜止?fàn)顟B(tài)下拱端內(nèi)力滿足平衡關(guān)系，拱角支座反力為：

(4)

(5)

(6)

(7)

由于抗滑樁的存在，拱后形成拱效應(yīng)，在z方向以擠壓為主，而x和y方向則產(chǎn)生剪切作用。

圖 6 拱腳支座反力示意圖

2.2 樁間距的計(jì)算

影響原狀黃土抗剪強(qiáng)度的主要因素為結(jié)構(gòu)性強(qiáng)弱，在降雨、入滲等增濕過(guò)程中，土的結(jié)構(gòu)性降低，導(dǎo)致土性參數(shù)的變化，最終使得土的抗剪切強(qiáng)度減弱。原狀土由干燥狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄粤鲃?dòng)狀態(tài)時(shí)，土結(jié)構(gòu)的膠結(jié)、固化作用喪失，土拱效應(yīng)產(chǎn)生的拱端間距減小。一般采用樁側(cè)壁土的摩擦阻力和抗剪強(qiáng)度確定樁間距的大小，當(dāng)抗滑樁間距過(guò)大時(shí)，不能形成土拱效應(yīng)，滑動(dòng)土體會(huì)從樁間流出；當(dāng)抗滑樁間距過(guò)小時(shí)，增加了抗滑樁的數(shù)量，導(dǎo)致費(fèi)用增加，因此合理確定樁間距，才能充分發(fā)揮樁的作用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

由于結(jié)構(gòu)性土的強(qiáng)度隨增濕擾動(dòng)的影響呈非線性變化，因此線性的摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則不再完全適用于結(jié)構(gòu)性土。但是在摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則中可以引入土的結(jié)構(gòu)性參數(shù)，并以此來(lái)反映結(jié)構(gòu)性土的強(qiáng)度特征，無(wú)疑可以簡(jiǎn)化問(wèn)題。結(jié)構(gòu)性參數(shù)影響下剪應(yīng)力的計(jì)算公式[11]可表述為：

τ=c(mu)+σtanφ(mu)。

(8)

式中：τ為剪應(yīng)力，σ為法向應(yīng)力。黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ受構(gòu)度mu變化的影響。從圖2和3可知，構(gòu)度增大的過(guò)程中黏聚力c也增大，而內(nèi)摩擦角φ略有變化，因此可以忽略構(gòu)度對(duì)內(nèi)摩擦角的影響，則式(8)可以寫成：

τ=c(mu)+σtanφ。

(9)

由(9)式可知，影響剪應(yīng)力的主要因素為黏聚力c與法向應(yīng)力σ的大小，在法向應(yīng)力不變的情況下，可以認(rèn)為是構(gòu)度指標(biāo)mu的變化對(duì)剪應(yīng)力影響最大。

(10)

將式(5)代入(10)，得：

(11)

式(11)中，令β=t/L，得：

(12)

(13)

由于抗滑樁樁前土體被開挖，B點(diǎn)處于單向受剪狀態(tài)，根據(jù)摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，得：

(14)

式(14)中τB為樁端剪應(yīng)力?？紤]結(jié)構(gòu)性變化的影響，由于黏聚力c(mu)受構(gòu)度指標(biāo)影響較大，因此式(14)中B點(diǎn)的剪應(yīng)力與結(jié)構(gòu)性的關(guān)系為：

(15)

式(15)中，土的黏聚力c(mu)與構(gòu)度指標(biāo)呈函數(shù)關(guān)系，根據(jù)承載能力極限平衡方法，在外部荷載作用下，必須滿足承載能力極限狀態(tài)的要求，即：

τB≤τBmax。

(16)

式(16)中τBmax為拱端最大容許剪應(yīng)力。在極限狀態(tài)下，最大應(yīng)力關(guān)系為：

τB=τBmax。

(17)

將式(13)、(15)代入式(17)，得：

(18)

在合理設(shè)置樁間距的情況下，在同一樁體后側(cè)的局部區(qū)域內(nèi)，土拱會(huì)在此處形成三角形受壓區(qū)，如圖 7所示。因此，確保該三角形受壓區(qū)能正常發(fā)揮效應(yīng)而不被破壞，應(yīng)該滿足摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，CD截面滿足力的平衡，即：

Ncos (θ+δ)=c(mu)t+Nsin (θ+δ)tanφ。

(19)

式中：N為合力；θ為截面CD與水平面的夾角，cosθ=b/(2t)；δ為合力與水平面的夾角。

圖 7 土拱三角形受壓區(qū)示意圖

圖7中，F(xiàn)x、Fy為N在X、Y方向的分力，對(duì)N與水平面的夾角δ，有：

(20)

將式(18)代入(12)式，得：

(21)

即：

(22)

整理式(22)，得：

(23)

將β代入(18)式，得：

(24)

將Fx、Fy、β、λ代入式(19)，得：

cos (θ+δ)-sin (θ+δ)tanφ=

(25)

通過(guò)式(20)、(25)及cosθ=b/(2t)的關(guān)系，解得拱間距L為：

琿春市旅游業(yè)目前處于快速發(fā)展階段，作為吉林省唯一的口岸邊境城市，地處三國(guó)交界。高鐵開通后，截至2016年琿春市第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)占比達(dá)到26.6%；全市接待國(guó)內(nèi)外游客已達(dá)253.8萬(wàn)人，其中國(guó)內(nèi)游客達(dá)到186.5萬(wàn)人；旅游業(yè)收入達(dá)到28.0億元，實(shí)現(xiàn)了旅游經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)。全市目前擁有四星級(jí)賓館1家，三星級(jí)賓館1家；旅行社16家，分社12家，其中出境組團(tuán)社6家，邊境組團(tuán)社9家；國(guó)家4A級(jí)景區(qū)---防川風(fēng)景名勝區(qū)[5]。

(26)

由圖7的關(guān)系可知，相鄰兩抗滑樁中心之間的間距即為抗滑樁的樁距，大小等于(L+b)。由式(26)可知，影響抗滑樁間距的因素有土的構(gòu)度指標(biāo)、土拱與平面的夾角、土拱的作用力、抗滑樁寬度及土的內(nèi)摩擦角。土性參數(shù)隨著增濕的過(guò)程發(fā)生變化，因此在可能增濕的最大情況下確定結(jié)構(gòu)性參數(shù)對(duì)應(yīng)的凝聚力，將使得建造工程的費(fèi)用降到最低。

2.3 實(shí)例分析

皋蘭山滑坡位于蘭州市北面，該區(qū)同時(shí)也是南北兩山綠化的重點(diǎn)地帶，除了自然降雨外，春、夏、秋季常采用噴灌灌溉。

滑坡體前緣高程1 750 m，后緣高程1 885 m，高差135 m。平面形態(tài)呈“蘋果”狀，滑體南北長(zhǎng)160 m，東西寬275 m，滑體面積3.87×104m2，平均厚度25 m，總體積96.7×104m3，屬中型滑坡。上部為淺黃色粉黃土，厚度5.7～27.8 m，呈現(xiàn)出滑體中部及后緣厚度大、前緣厚度小的分布特征?；w下部以桔紅色泥巖碎塊、巖屑堆積為主，局部夾砂巖塊體，厚度13.6～16.3 m。除了降雨因素之外，同時(shí)應(yīng)考慮灌溉用水對(duì)滑坡的影響。隨著下滲，含水率變化，測(cè)定構(gòu)度與黏聚力、內(nèi)摩擦角的關(guān)系，結(jié)果如表1所示。

表 1 不同含水率下滑坡土體的土性參數(shù)特征

土拱坡面與水平面的夾角為25°～40°，抗滑樁尺寸為2.5 m×3.0 m，推力為1 050 kN/m。隨著含水率的變化，構(gòu)度指標(biāo)的降低將影響到土性參數(shù)的變化，通過(guò)式(26)計(jì)算樁間距L與構(gòu)度指標(biāo)mu、水平面夾角α的變化關(guān)系如圖8所示。圖8中，影響樁間距L的主要因素為土的構(gòu)度指標(biāo)與坡面夾角。構(gòu)度指標(biāo)越大，樁間距越大；構(gòu)度指標(biāo)逐漸減小，樁間距則減小。坡面夾角α增大，則抗滑樁間距也增大，與分力增大有關(guān)。因此，構(gòu)度指標(biāo)變化是影響樁間距的最主要因素。在表層采用排水措施，地面1 m以下平均構(gòu)度值mu=19.5，相鄰兩樁的樁間距L+b=6.9 m，按照完全飽和則樁間距為4.5 m。全面了解土的結(jié)構(gòu)性變化規(guī)律，正確認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)性參數(shù)對(duì)土性參數(shù)的影響將直接影響抗滑樁間距的取值，最終影響工程投資。

圖 8 不同夾角α?xí)rmu-L關(guān)系曲線

3 結(jié) 論

(1)黃土具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，可以采用構(gòu)度指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)黃土的初始結(jié)構(gòu)性，構(gòu)度指標(biāo)包含了增濕靈敏度和擾動(dòng)靈敏度，其中增濕靈敏度可以反映結(jié)構(gòu)性黃土在增濕后結(jié)構(gòu)變化的劇烈程度。

(2)增濕影響黃土的結(jié)構(gòu)性變化，其中初始結(jié)構(gòu)性參數(shù)即構(gòu)度的降低最終影響土性參數(shù)c、φ值。隨著含水率增加，構(gòu)度變化對(duì)c值影響較大而φ值變化較小，因此在摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則中引入了土的結(jié)構(gòu)性參數(shù)，并以此來(lái)反映結(jié)構(gòu)性土的強(qiáng)度特征變化對(duì)黏聚力的影響。

(3)樁間土性參數(shù)的變化直接影響樁間距的大小，根據(jù)三角拱計(jì)算原理，通過(guò)靜力平衡方程確定了結(jié)構(gòu)性土樁間距的計(jì)算公式。該公式可以預(yù)測(cè)可能發(fā)生的最大增濕值，建立構(gòu)度指標(biāo)與土性參數(shù)的關(guān)系，最終可以合理確定最大樁間距。

[1] 太沙基.理論土力學(xué) [M].徐志英,譯.北京:地質(zhì)出版社,1960:13-17.

[2] 謝定義.試論我國(guó)黃土力學(xué)研究中的若干新趨向 [J].巖土工程學(xué)報(bào),2001,23(1):3-12.

Xie D Y.Exploration of some new tendencies in research of loess soil mechanics [J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2001,23(1):3-12.

[3] 李志強(qiáng),姜立新,李亦綱,等.2013年7月22日甘肅岷縣漳縣MS6.6地震災(zāi)害特點(diǎn)分析 [J].地震地質(zhì),2013,35(3):593-602.

Li Z Q,Jiang L X,Li Y G,et al.Analysis on the characteristics of theMS6.6 min-Minxian-Zhangxian earthquake hazard in Gansu province,China on July 22,2013 [J].Seismology and Geology,2013,35(3):593-602.

[4] 王家鼎,惠泱河.黑方臺(tái)臺(tái)緣灌溉水誘發(fā)黃土滑坡群的系統(tǒng)分析 [J].水土保持通報(bào),2001,21(3):10-13.

Wang J D,Hui Y H.Systems analysis on Heifangtai loess landslide in crows induced by irrigated water [J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2001,21(3):10-13.

[5] 劉祖典.黃土力學(xué)與工程 [M].西安:陜西省科學(xué)技術(shù)出版社,1997:25-50.

Liu Z D.Mechanics and engineering of loess [M].Xi’an:Shaanxi Science & Technology Press,1997:25-50.

[6] 羅宇生,文 君,田春顯,等.GB 50025-2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范 [S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

Luo Y S,Wen J,Tian C X,et al.GB 50025-2004 Code for building construction in collapsible loess regions [S].Beijing:China Building Industry Press,2004.

[7] 駱亞生,謝定義,邵生俊,等.非飽和黃土的結(jié)構(gòu)變化特性 [J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,32(8):114-118.

Luo Y S, Xie D Y,Shao S J,et al.Variation characteristics of soil structure of unsaturated loess [J].Journal of Northwest A&F University(Nat Sci Ed),2004,32(8):114-118.

[8] 龔曉南,熊傳祥,項(xiàng)可祥,等.粘土結(jié)構(gòu)性對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的影響及形成原因分析 [J].水利學(xué)報(bào),2010(10):43-46.

Gong X N,Xiong C X,Xiang K X,et al.The formation of clay structure and its influence on mechanical characteristics of clay [J].Journal of Hydraulic Engineering,2010(10):43-46.

[9] 謝定義,齊吉琳,張振中.考慮土結(jié)構(gòu)性的本構(gòu)關(guān)系 [J].土木工程學(xué)報(bào),2000,33(4):35-40.

Xie D Y,Qi J L,Zhang Z Z.A constitutive laws considering soil structural properties [J].China Civil Engineering Journal,2000,33(4):35-40.

[10] 沈珠江.土體結(jié)構(gòu)性的數(shù)學(xué)模型:21世紀(jì)土力學(xué)的核心問(wèn)題 [J].巖土工程學(xué)報(bào),1996,18(1):95-97.

Shen Z J.The mathematical model for the structured soils:the key problem of soil mechanics in the 21 century [J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,1996,18(1):95-97.

[11] 邵生俊,陶 虎,許 萍.黃土結(jié)構(gòu)性力學(xué)特性研究與應(yīng)用的探討 [J].巖土力學(xué),2011,32(S2):42-49.

Shao S J,Tao H,Xu P.Discussion on research of mechanical characteristics of loess considering structural behavior and its application [J].Rock and Soil Mechanics,2011,32(S2):42-49.

[12] 邵生俊,鄭 文,王正泓，等.黃土的構(gòu)度指標(biāo)及其試驗(yàn)確定方法 [J].巖土力學(xué),2010,31(1):15-20.

Shao S J,Zheng W,Wang Z H.Structural index of loess and itstesting method [J].Rock and Soil Mechanics,2010,31(1):15-20.

[13] 邵生俊,王麗琴,陶 虎,等.黃土的構(gòu)度及其與粒度、密度、濕度之間的關(guān)系 [J].巖土工程學(xué)報(bào),2014,36(8):1387-1393.

Shao S J,Wang L Q,Tao H,et al.Structural index of loess and its relation with granularity,density and humidity [J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2014,36(8):1387-1393.

[14] 黨進(jìn)謙,李 靖.非飽和黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度 [J].水利學(xué)報(bào),2001(7):79-83.

Dang J Q,Li J.The structural strength and shear strength of unsaturated loess [J].Journal of Hydraulic Engineering,2001(7):79-83.

[15] 陶 虎,邵生俊,李小林,等.黃土的非飽和特征參數(shù)與結(jié)構(gòu)性的試驗(yàn)研究 [J].土木工程學(xué)報(bào),2012,45(7):148-153.

Tao H,Shao S J,Li X L,et al.Experimental study of the characteristic parameters and structural behavior of loess [J].China Civle Engineering Journal,2012,45(7):148-153.

[16] Karl T.Theoretical soil mechanics [M].4th ed.New York:John Wiley & Sons,1947:66-76.

[17] 蔣良濰,黃潤(rùn)秋,蔣忠信.黏性土樁間土拱效應(yīng)計(jì)算與樁間距分析 [J].巖土力學(xué),2006,27(3):445-450.

Jiang L W,Huang R Q,Jiang Z X.Analysis of soil arching effect between adjacent piles and their spacing in cohesive soils [J].Rock and Soil Mechanics,2006,27(3):445-450.

[18] 夏元友,芮 瑞.剛性樁加固軟土路基豎向土拱效應(yīng)的試驗(yàn)分析 [J].巖土工程學(xué)報(bào),2006,28(3):327-331.

Xia Y Y,Rui R.Experimental analysis of vertical soil arching effect of embankment reinforced by rigid [J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2006,28(3):327-331.

[19] 趙明華,廖彬彬,劉思思.基于拱效應(yīng)的邊坡抗滑樁樁間距計(jì)算 [J].巖土力學(xué),2010,31(4):1211-1216.

Zhao M H,Liao B B,Liu S S.Calculation of anti-slide piles spacing based on soil arching effect [J].Rock and Soil Mechanics,2010,31(4):1211-1216.

[20] 鄭穎人,陳祖煜,王恭先,等.邊坡與滑坡工程治理 [M].北京:人民交通出版社,2010.

Zheng Y R,Chen Z Y,Wang G X,et al.Engineering treatment of slop & landslide [M].Beijing:China Communications Press,2010.

Effects of structural loess strength on interval of anti-slide piles during humidification process

TAO Hu1,2，XIE Chen3，REN Jianmin1,2，WANG Junxi1,2

(1SchoolofCivilEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China；2KeyLaboratoryofRoad&BridgeandUndergroundEngineeringofGansuProvince,Lanzhou,Gansu730070,China；3GansuEngineeringInvestigationDesignandResearchInstitute,Lanzhou,Gansu730000,China)

【Objective】 The influences of reduction of structural parameter under humidification and disturbance conditions on soil strength and interval between anti-slide piles were investigated.【Method】 The change of initial structural parameter along with water content and influence of structural index on cohesion and angle of internal fraction were analyzed based on uniaxial compression tests.The relation between interval of anti-slide piles and cohesion was established via the static equilibrium equation reflecting the stress conditions of arched soil between ends of anti-slide piles.Structural parameter of soil was also introduced to the cohesion to consider the effect of structure on interval between anti-slide piles.【Result】 Structural index decreased with the increase of water content,which decreased cohesion significantly and affected angle of internal frication.The interval between anti-slide piles related with the change of structural parameter after it was introduced into the computational formula.【Conclusion】 Structural index was one of the most important factors to determine interval of anti-slide piles.This paper presented a new method or theory to determine the interval between anti-slide piles by introducing structural parameter.

loess;humidification;structural index;anti-slide pile;adhesion;interval of anti-slide piles

時(shí)間:2016-10-09 10:08

10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.11.031

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20161009.1008.062.html

2015-06-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41272320)；中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2014IESLZ02)

陶 虎(1975-)，男，甘肅漳縣人，副教授，博士，主要從事黃土力學(xué)及工程應(yīng)用研究。E-mail:taohu01@126.com

TU473.1+4

A

1671-9387(2016)11-0215-06