地基土固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)相關(guān)性規(guī)律研究

安旭，陶夢(mèng)玲，毛立杰（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,湖北武漢430071）

地基土固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)相關(guān)性規(guī)律研究

安旭，陶夢(mèng)玲，毛立杰
（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,湖北武漢430071）

0 引言

在巖土勘察工作中，地基土的抗剪強(qiáng)度是極為重要的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。通常測(cè)定地基土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的方法有室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位剪切試驗(yàn)兩類，由于現(xiàn)場(chǎng)原位剪切試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求高、耗時(shí)長(zhǎng)、成本高，因而在中小型工程中較少采用，而是采取簡(jiǎn)單有效的室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)[1-3]。室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)一般有兩種：固結(jié)快剪和直接剪切，通過(guò)這兩種剪切試驗(yàn)獲取地基土的黏聚力和內(nèi)摩擦角，是算地基承載力和評(píng)價(jià)場(chǎng)地工程性質(zhì)必不可少的關(guān)鍵參數(shù)和理論依據(jù)[4-7]。筆者通過(guò)對(duì)土工試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)地基土的固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性規(guī)律。本文立足于此，以安徽華誼化工有限公司液體化工碼頭還建工程為依托，采用定義、擬合、分析相結(jié)合的方法，對(duì)地基土的固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)之間的相關(guān)性規(guī)律展開(kāi)研究。

1 工程概況

1.1 基本概況

安徽華誼化工有限公司液體化工碼頭還建工程位于安徽省蕪湖市鳩江區(qū)二壩鎮(zhèn)長(zhǎng)江左岸，距下游已建的蕪湖長(zhǎng)江大橋約1.4km。該項(xiàng)目的勘察區(qū)域分水域區(qū)和陸域區(qū)兩部分。其中水域區(qū)擬建設(shè)5000t級(jí)液體化學(xué)品泊位1座，碼頭裝卸平臺(tái)和引橋均采用透空的高樁梁板式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用樁基，樁長(zhǎng)約為50m，樁底標(biāo)高在-41m左右，樁基擬采用打入樁，靠近陸域部分?jǐn)M采用水上灌注樁施工；陸域區(qū)擬建管架，結(jié)構(gòu)類型為混凝土柱、鋼桁架結(jié)構(gòu)，高10m、三層、跨度30m，單柱最大荷載標(biāo)準(zhǔn)值為700kN，擬采用樁基礎(chǔ)。

1.2 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)地貌屬長(zhǎng)江中下游沖積平原及河床漫灘地貌，位于長(zhǎng)江左岸，江岸順直。地層屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)，該區(qū)下伏基巖主要為侏羅系及白堊系地層，基巖大部分被第四系覆蓋。該區(qū)及附近發(fā)育的主要斷裂構(gòu)造有3條，均為隱伏構(gòu)造，以北北東、東西向最為發(fā)育，分別為（1）長(zhǎng)江隱伏擠壓破碎帶：位于該區(qū)西側(cè)，延伸方向約為35°～50°；（2）西江口-裕溪口隱伏大斷裂：位于本區(qū)西側(cè)，總體走向北北東；（3）大橋-蕪湖隱伏大斷裂：臨近該區(qū)，延伸25°。第四紀(jì)以來(lái)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)繼承老構(gòu)造活動(dòng)的特點(diǎn)，具有鮮明節(jié)奏性與振蕩性，不同時(shí)期，運(yùn)動(dòng)方向、規(guī)模、速度不同。

根據(jù)鉆孔揭示，勘區(qū)勘探深度內(nèi)主要地層為第四系全新統(tǒng)河流沖積形成的河床相及漫灘相地層，下伏基巖為侏羅系砂巖。根據(jù)巖土體工程性質(zhì)，研究區(qū)地層由上至下可分為10個(gè)大的工程地質(zhì)層：①人工填土（Q4ml）；②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4ml）；②t粉土（Q4al）；③粉細(xì)砂（Q4al）；④-1粉細(xì)砂（Q4al）；④-1t粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4al）；④-2粉細(xì)砂（Q4al）；④-2t粉質(zhì)粘土（Q4al）；⑤淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粉質(zhì)粘土（Q4al）；⑤t粉細(xì)砂（Q4al）；⑥粉細(xì)砂（Q4al）；⑥t粉質(zhì)粘土（Q4al）；⑦粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（）；⑦t粉細(xì)砂（；⑧粉細(xì)砂（；⑨砂混卵石（；⑨t(yī)粉質(zhì)粘土（）；⑩強(qiáng)風(fēng)化砂巖（J3）。

2 快剪試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)概況

在現(xiàn)場(chǎng)采集了原狀土樣，回實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)。全區(qū)共采集鉆孔土樣26個(gè)，其中碼頭區(qū)9個(gè)，引橋區(qū)6個(gè)，陸域區(qū)11個(gè)。取樣采用XY-1A工程地質(zhì)勘探鉆機(jī)，鉆孔開(kāi)孔孔徑146mm，覆蓋層及軟質(zhì)巖石中終孔直徑110mm，硬質(zhì)巖石中終孔直徑91mm。巖芯采取率按如下要求控制：粘土層≥90%；粉土及砂土層≥80%；碎石土層≥50%；完整巖層≥80%；破碎巖層≥65%。

對(duì)場(chǎng)地內(nèi)各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及原位測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)、分析，提供各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值、平均值、最大值、最小值、變異系數(shù)、樣本數(shù)。各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)的平均值用算術(shù)平均法計(jì)算。各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值采用平均值乘以統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)計(jì)算。各土層的試驗(yàn)組數(shù)為5組。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

各地基土剪切試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1所示。

表1 地基土剪切試驗(yàn)結(jié)果

表2 地基土剪切比計(jì)算結(jié)果

圖1 黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力相關(guān)曲線

從表1的地基土剪切試驗(yàn)結(jié)果可知，不同類型地基土的固結(jié)快剪和直接快剪強(qiáng)度參數(shù)有一定差異，對(duì)于同類型土而言，固結(jié)快剪強(qiáng)度參數(shù)有可能大于直接快剪，也可能小于直接快剪的結(jié)果。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于人工填土和粉土，直接快剪強(qiáng)度參數(shù)大于固結(jié)快剪強(qiáng)度參數(shù)；對(duì)于淤泥質(zhì)粘土，則是固結(jié)快剪強(qiáng)度參數(shù)大于直接快剪強(qiáng)度參數(shù)。也就是說(shuō)，僅對(duì)比固結(jié)快剪和直接快剪的試驗(yàn)數(shù)值，無(wú)法找到剪切強(qiáng)度指標(biāo)的相關(guān)性規(guī)律，需要做進(jìn)一步的定義來(lái)分析。

3 固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)相關(guān)性規(guī)律研究

3.1 定義剪切比

由于研究對(duì)象地基土為不同類型土體，為確保研究對(duì)象的可比性，定義各類土層自身的固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)的比值為剪切比β，剪切比只與該土層自身的物理力學(xué)性質(zhì)相關(guān)，與其它土層無(wú)關(guān)。則黏聚力與內(nèi)摩擦角的剪切比分別為：

3.2 剪切比計(jì)算結(jié)果

將表1的剪切試驗(yàn)結(jié)果代入（1）式，得到剪切比計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2所示。

3.3 黏聚力相關(guān)性規(guī)律分析

將黏聚力剪切比作為縱坐標(biāo)，原狀土的直接剪切黏聚力作為橫坐標(biāo)，繪制黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力相關(guān)曲線，如圖1所示。

從圖1可知，隨著直接剪切黏聚力增大，黏聚力剪切比不斷降低，兩者具有明顯的相關(guān)性規(guī)律。在直接剪切黏聚力較低時(shí)，黏聚力剪切比降低很快；隨著直接剪切黏聚力進(jìn)一步增大，黏聚力剪切比下降幅度逐漸減小。黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力擬合曲線呈冪函數(shù)關(guān)系，且擬合精度達(dá)到0.9377，表明擬合結(jié)果較為理想，因此在實(shí)際勘察工作中，當(dāng)固結(jié)快剪試驗(yàn)條件缺乏或受限制時(shí)，可通過(guò)直接快剪試驗(yàn)得到黏聚力結(jié)果，并推算其固結(jié)快剪的黏聚力試驗(yàn)結(jié)果。黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力擬合函數(shù)和擬合精度如下式所示：

3.4 內(nèi)摩擦角相關(guān)性規(guī)律分析

將內(nèi)摩擦角剪切比作為縱坐標(biāo)，原狀土的直接剪切內(nèi)摩擦角作為橫坐標(biāo)，繪制內(nèi)摩擦角剪切比-直接剪切內(nèi)摩擦角相關(guān)曲線，如圖2所示。

圖2 內(nèi)摩擦角剪切比-直接剪切內(nèi)摩擦角相關(guān)曲線

從圖2可知，隨著直接剪切內(nèi)摩擦角增大，內(nèi)摩擦角剪切比不斷降低，兩者具有明顯的相關(guān)性規(guī)律，尤其是直接剪切內(nèi)摩擦角較小時(shí)（小于15°），相關(guān)性十分密切；當(dāng)內(nèi)摩擦角進(jìn)一步增大后，相關(guān)性逐漸發(fā)生離散。內(nèi)摩擦角剪切比-直接剪切內(nèi)摩擦角擬合曲線也呈冪函數(shù)關(guān)系，且擬合精度達(dá)到0.94853，表明擬合結(jié)果較為理想，因此在實(shí)際勘察工作中，當(dāng)固結(jié)快剪試驗(yàn)條件缺乏或受限制，且內(nèi)摩擦角低于15°時(shí)，可通過(guò)直接快剪試驗(yàn)得到內(nèi)摩擦角結(jié)果，并推算其固結(jié)快剪的內(nèi)摩擦角試驗(yàn)結(jié)果。內(nèi)摩擦角剪切比-直接剪切內(nèi)摩擦角擬合函數(shù)和擬合精度如下式所示：

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)土工試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)地基土的固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性規(guī)律，通過(guò)定義剪切比，得到了剪切比-直接剪切指標(biāo)的擬合函數(shù)，且擬合精度滿足工程應(yīng)用要求，因此在實(shí)際勘察工作中，當(dāng)固結(jié)快剪試驗(yàn)條件缺乏或受限制時(shí)，可通過(guò)直接快剪試驗(yàn)得到黏聚力結(jié)果，并推算其固結(jié)快剪的黏聚力試驗(yàn)結(jié)果。研究結(jié)論既可以對(duì)地基土體的力學(xué)性質(zhì)理論研究提供依據(jù)，也可以對(duì)勘察工作、室內(nèi)土工試驗(yàn)產(chǎn)生積極指導(dǎo)意義。

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Study on Index Correlation Rule between Consolidated Quick Shearand DirectQuick Shearof Foundation Soil

為探究地基土固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)之間的相關(guān)性規(guī)律，該文以安徽華誼化工有限公司液體化工碼頭還建工程為依托，通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)獲取了各類地基土的剪切試驗(yàn)結(jié)果；定義了剪切比，分別對(duì)黏聚力和內(nèi)摩擦角的固結(jié)快剪與直接快剪的相關(guān)性規(guī)律進(jìn)行了擬合。研究結(jié)果表明：隨著直接剪切黏聚力增大，黏聚力剪切比不斷降低，隨著直接剪切內(nèi)摩擦角增大，內(nèi)摩擦角剪切比不斷降低；黏聚力與內(nèi)摩擦角的剪切比-直接剪切擬合曲線均呈冪函數(shù)關(guān)系，兩者擬合精度均超過(guò)0.93，表明地基土固結(jié)快剪與直接快剪指標(biāo)之間存在較好的規(guī)律性。

地基土體；土工試驗(yàn)；固結(jié)快剪；直接快剪

In order to explore the index correlation rulebetween the consolidated quick shear and directquick shear of foundation soil,this paper,based on the compensation project for the liquid-chem ical term inalof AnhuiHuayiChem ical Co.,ltd,obtains the shear test resultsof various typesof foundation soilsby indoor laboratory test.The shear ratio is defined,and the correlation rulebetween the consolidated quick shear and directquick shear of the cohesion and internal friction angle is fitted respectively.The results show thatwith the increase of the direct shear cohesion,the shear ratio of cohesion force continuously decreases,and thatof the internal friction angle steadily decreasesw ith the increaseof the internal friction angleof directquick shear; theshear ratio of cohesion and internal friction angle-directshear fitting curveshowsa power function relationship,with the fitting accuracy over0.93,indicating there liea regular index rulebetween the consolidated quick shearand directquick shear.

foundation soil;soil test;consolidated quick shear;directquick shear

TU 411

A

1671-9107（2017）07-0051-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.07.051

2017-05-11

安旭（1984-），男，湖北武漢人，本科，助理工程師，主要從事土工試驗(yàn)研究。