某邊坡巖體軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)分析

周應(yīng)紅 李萬元 張 威 黃秀銀

(1.貴州大學(xué)，貴州 貴陽 550025； 2.貴州聯(lián)建土木工程質(zhì)量檢測監(jiān)控中心有限公司，貴州 貴陽 550025)

1 概述

該邊坡軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)是對現(xiàn)場泥質(zhì)白云巖進(jìn)行剪切試驗(yàn)，測定巖體抗剪強(qiáng)度參數(shù)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。巖體軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選取直接影響到對邊坡抗滑穩(wěn)定性的評價(jià)，因此選取合理的參數(shù)對工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)都有重大意義。目前，國內(nèi)外針對邊坡巖體軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度已有大量的研究成果，但這些研究都忽視了巖體所處的真實(shí)環(huán)境，所以這些成果基本上不能夠真正代表實(shí)際環(huán)境下巖體與混凝土接觸面特性，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選取也有所欠缺。巖體軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的變化直接影響到工程造價(jià)。故本文在考慮巖體所處的真實(shí)環(huán)境下，對該邊坡巖體軟弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，并對其力學(xué)特性展開研究分析。

2 工程概況

擬建項(xiàng)目包括超高層綜合寫字樓(塔樓)、商業(yè)(裙樓)及地下室組成，周邊既有建筑物較多，四周臨近市政道路；擬建場地南側(cè)為該市軌道交通1號線某站，周邊人口活動較大，工程環(huán)境復(fù)雜。場地為溶蝕殘丘洼地地貌區(qū)，基巖面起伏較小，綜合判斷場地屬巖溶微發(fā)育地段。由于受構(gòu)造及巖溶影響，并據(jù)臨近工程開挖揭露情況，結(jié)合地面調(diào)查得知：地下巖溶主要為隱伏型。巖溶狀態(tài)以豎向發(fā)育的溶蝕裂隙、溶溝(槽)、石芽為主，巖體內(nèi)則以溶孔、晶洞、垂直溶洞(隙)、懸臂巖體等形式出現(xiàn)?；鶐r為三疊系中統(tǒng)松子坎組(T2sz)泥質(zhì)白云巖夾泥質(zhì)石灰?guī)r：其中泥質(zhì)白云巖含量占比約70%～75%，泥質(zhì)石灰?guī)r含量占比約25%～30%。泥質(zhì)白云巖為：中風(fēng)化，灰白色，中厚層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，偶見小溶孔，鉆孔巖芯多呈碎塊狀、短柱狀。泥質(zhì)石灰?guī)r為：中風(fēng)化，灰色，中厚層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，偶見晶孔，鉆孔巖芯多呈碎塊狀、短柱狀。巖層呈單向構(gòu)造產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀為120°～135°<20°～34°。場區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育2組節(jié)理：1組，節(jié)理產(chǎn)狀為47°<73°，節(jié)理線密度2條/m～3條/m；2組節(jié)理產(chǎn)狀為296°<78°,節(jié)理線密度2條/m～3條/m；1組、2組均為剪節(jié)理，延伸長度1.2 m～1.5 m不等。

3 試驗(yàn)?zāi)康募耙?/h2>

3.1 目的

查明現(xiàn)場巖體(層面)力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)，為設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的地質(zhì)依據(jù)。通過對該巖體軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn),確定其抵抗剪切破壞的能力以及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(C,φ值)以及相關(guān)曲線。

3.2 要求

每組試驗(yàn)試體的數(shù)量為5個(gè)。本次試驗(yàn)對巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了兩組現(xiàn)場直剪試驗(yàn)，編號為ZK1-1～ZK1-5,ZK2-1～ZK2-5。

4 試驗(yàn)地點(diǎn)的選擇及描述

4.1 選試點(diǎn)

試驗(yàn)場地根據(jù)場地的地質(zhì)情況、斜坡特征、地形條件、巖體層面分布情況以及方便現(xiàn)場試驗(yàn)等綜合因素考慮，并且同一組試驗(yàn)的工程地質(zhì)條件基本相同。

4.2 試點(diǎn)描述

試點(diǎn)描述見表1。

表1 試驗(yàn)地點(diǎn)描述

5 試驗(yàn)方法

5.1 試驗(yàn)要點(diǎn)

現(xiàn)場大剪試驗(yàn)首先在現(xiàn)場挖試坑、制備試點(diǎn)，為獲取豎向反力，采用堆載法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置見圖1，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇具有代表性的兩個(gè)試點(diǎn)，按圖1進(jìn)行開挖和試點(diǎn)制備，當(dāng)試點(diǎn)制備完成后在巖基表面澆筑外包混凝土(混凝土強(qiáng)度等級C40)，然后分別施加不同的垂向正應(yīng)力，再施加水平剪應(yīng)力，使試樣在預(yù)定的剪切面上破壞。本次試驗(yàn)儀器由滾軸、鋼墊板、承壓板、反力裝置、百分表、測力計(jì)、千斤頂?shù)冉M成，示意圖見圖1。

5.2 加荷方式

本次試驗(yàn)垂直荷載第一組試點(diǎn)按140.36 kPa～390.47 kPa，第二組按111.29 kPa～360.32 kPa進(jìn)行加載。對于每個(gè)試體，法向荷載每隔5 min施加一級，共施加5級，每施加一級測讀一次法向位移。在最后一級荷載作用下，測出其法向位移值相對穩(wěn)定，隨后施加剪切荷載。在水平加荷時(shí)觀測讀計(jì)正壓力的變化情況及相應(yīng)的水平變形，保持正壓力是一個(gè)常數(shù)。待該試體測試完畢后，拆掉各加壓系統(tǒng)及傳力設(shè)備，翻轉(zhuǎn)該試體，對試體剪切面進(jìn)行詳細(xì)地描述并拍照。

5.3 試驗(yàn)資料整理

根據(jù)試驗(yàn)記錄，分別計(jì)算各試件的正應(yīng)力、剪應(yīng)力。并繪制相應(yīng)的剪應(yīng)力—剪切變形關(guān)系曲線和剪應(yīng)力—正應(yīng)力關(guān)系曲線，按庫侖公式：τ=σ·tgφ+c，用最小二乘法確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)f,c的值。

6 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)原始數(shù)據(jù)記錄計(jì)算水平剪應(yīng)力τ及繪制σ—τ，τ—μs曲線，結(jié)果見表2，圖2～圖7。

表2 現(xiàn)場巖體(層面)力學(xué)試驗(yàn)成果匯總表

7 結(jié)論與建議

1)各試驗(yàn)點(diǎn)的布置由地質(zhì)和試驗(yàn)人員根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，在工程區(qū)內(nèi)選取具有代表性的位置進(jìn)行原位試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2)試驗(yàn)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)及《野外試驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書》進(jìn)行試驗(yàn)操作，所測得試驗(yàn)值是該區(qū)域軟弱夾層(層面)力學(xué)指標(biāo)的客觀反映。

3)巖體的抗剪斷值和抗剪強(qiáng)度隨法向應(yīng)力的增大而近似成線性增大，再一次驗(yàn)證了庫侖定律的正確性。

4)軟弱夾層(層面)的抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)，主要是巖體性質(zhì)以及膠結(jié)情況所引起的，由于巖體(層面)遇水后巖質(zhì)和巖面變軟，建議使用試驗(yàn)成果時(shí)，應(yīng)考慮地下水對層面抗剪強(qiáng)度的影響，應(yīng)結(jié)合場地實(shí)際情況進(jìn)行綜合取值。