西雙版納某邊坡工程土體原位直剪試驗研究

陶盾

摘要：邊坡支護設(shè)計是工程中的一個重要環(huán)節(jié)，本文依托于西雙版納地區(qū)的某邊坡支護工程，針對含礫粉質(zhì)粘土和礫砂兩種土層分別進行了正常和浸水情況下的原位剪切試驗，在基本不擾動土層的情況下獲取兩種土層的抗剪強度指標(biāo)，并與室內(nèi)試驗結(jié)果進行了分析對比，提出了場地土邊坡支護設(shè)計中c、φ的參考值，對后期邊坡的設(shè)計做出了相應(yīng)指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】邊坡支護；原位剪切試驗；抗剪強度指標(biāo)

在工民建、交通土建等工程建設(shè)過程中，邊坡問題的處理是不可忽視的一個環(huán)節(jié)，邊坡的設(shè)計支護要求對邊坡穩(wěn)定性進行準(zhǔn)確的評估分析。土體原位測試可以在不擾動或基本不擾動土層的情況下進行測試，獲得所測土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。原位測試與室內(nèi)試驗的傳統(tǒng)方法比較起來具有明顯優(yōu)點：（1）現(xiàn)場試驗，毋需取樣，避免了原狀樣擾動所帶來的問題；（2）原位測試土尺寸較室內(nèi)試驗樣品要大得多，因而更能反映土的宏觀結(jié)構(gòu)（如裂隙等）對土的性質(zhì)的影響。本文以西雙版納地區(qū)某邊坡支護設(shè)計工程為依托，進行現(xiàn)場原位直剪試驗，取得不同狀態(tài)下土體（含礫粉質(zhì)粘土、礫砂）的抗剪強度參數(shù)（C、φ），以此為依據(jù)為后續(xù)邊坡設(shè)計提出經(jīng)濟、合理的設(shè)計參數(shù)。

1.工程概況

本項目整個場地由丘體、沖溝、緩坡、階梯狀梯田組成，總體地形起伏較大，坡角一般為5～30°?？辈炱陂g現(xiàn)場正在施工整平挖填方，部分坡度在變化中。鉆探揭露深度范圍內(nèi)出露的地層主要分5層，主要為人工填土、耕植土、粘土、含礫粉質(zhì)粘土、礫砂。

2.試驗布置與實施

2.1試驗方案

本次現(xiàn)場剪切試驗共完成8組試驗。含礫粉質(zhì)粘土層4組（1組為浸水試驗）、礫砂層4組（1組為浸水試驗）。每組分為4次快剪，共32次。

本次試驗為平推法試驗。通過人工現(xiàn)場切樣，利用試驗儀器（剪切盒、手動液壓泵、應(yīng)變式荷重傳感器、表式位移計、反力裝置、水平尺、承載板、鋼珠、豎向反壓車等），每組通過4級不同豎向載荷測得土體豎向壓縮指標(biāo)，再水平剪力分級加載的形式剪切至土體破壞，使試樣在確定的剪切面上破壞、記錄試樣的破壞剪應(yīng)力，繪制破壞剪應(yīng)力與垂直（法向）應(yīng)力的關(guān)系曲線，從而求得土體的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ等抗剪強度指標(biāo)。

2.2試驗步驟

2.2.1 土樣制作

試樣的制備均在探坑內(nèi)進行，探坑平面尺寸為1.8m*2.1m，深約0.7m；每個探坑取4個土樣，土樣尺寸為0.1m2*0.12m。取樣過程中，用鏟刀削切土體，避免擾動土體，直至達到剪力盒高度，將剪力盒豎向緊握下切土體，剪力盒上方土體削平，并保證坑底的水平。

2.2.2 儀器安裝

安裝前應(yīng)對傳感器、位移計、應(yīng)變儀、千斤頂?shù)葍x器設(shè)備進行校驗、標(biāo)定。試樣的制備和設(shè)備的安裝工作應(yīng)盡快進行，以保持試樣的天然含水率狀態(tài)。浸水試驗的浸水時間視試樣的透水性而定。

2.2.3 加載試驗

本次現(xiàn)場直接剪切試驗采用快剪法。每個探坑做一組實驗（4個土塊），分4級豎向荷載加載，豎向荷載分別為100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa。

3.試驗結(jié)果與分析

根據(jù)現(xiàn)場剪切試驗數(shù)據(jù)，繪制剪切應(yīng)力與剪切位移曲線、剪切應(yīng)力τ與豎向壓應(yīng)力σ曲線，得出各組試驗的土體粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ。同時，本次試驗在完成剪切試驗之后，在每個剪切面上取擾動土樣一個，送試驗室完成含水率試驗，試驗結(jié)果取4個剪切面的含水率平均值。結(jié)果見表1和表2。

本次試驗期間正值雨季，試驗部位均有明顯的雨后集水，積水向下滲透導(dǎo)致試驗土層的含水率均偏高。試驗過程中，當(dāng)施加較大的軸向壓力時，從剪切盒的底部滲出少量的水，說明本次試驗的土層均處于飽和狀態(tài)。從含礫粉質(zhì)粘土的C3、E5、E6三組試驗可以看出，剪切面的含水率基本相同，可取平均值。而C1的含水率明顯偏大，抗剪強度有所降低，但不明顯；礫砂地層的容水率較差，浸水后抗剪強度有一定的降低。綜合以上分析結(jié)果，場地土的直接剪切抗剪強度的參考值如表3所示。

試驗結(jié)果較好的反映了場地內(nèi)2種土層在目前狀態(tài)條件下的抗剪強度指標(biāo)，與室內(nèi)試驗對比如下。

場區(qū)深部的基巖均為花崗巖，設(shè)計邊坡的地層為全風(fēng)化和強風(fēng)化花崗巖地層，自地表向深部，地層的密度和強度逐漸提高、含水率逐漸減少，土的抗剪強度逐漸提高，試驗結(jié)果是最不利條件下得到的抗剪強度值。

4.結(jié)束語

不同含水率下土層抗剪強度指標(biāo)存在差異，因此邊坡設(shè)計應(yīng)做好坡面排水系統(tǒng)，施工中應(yīng)檢查坡后土體的開裂情況防止地面集水長期深入地層中，降低土的抗剪強度，避免產(chǎn)生大體量的滑坡地質(zhì)災(zāi)害。土層的浸水試驗條件（飽和狀態(tài)）為本工程邊坡土層的最不利條件，對于長期處于浸水條件的部位進行邊坡設(shè)計時，可采用浸水條件下的抗剪強度指標(biāo)。浸水條件下的抗剪強度指標(biāo)也可用于邊坡設(shè)計安全性的驗證評估。

【參考文獻】

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