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標(biāo)題: 巖土的強(qiáng)度指標(biāo)的工程意義 [打印本頁]

作者: abbot 時間: 2022-8-16 23:43
標(biāo)題: 巖土的強(qiáng)度指標(biāo)的工程意義
工程實踐中強(qiáng)度指標(biāo)的正確選用絕非易事，由于現(xiàn)場的土的質(zhì)、施工速度控制、排水的邊界條件十分復(fù)雜，而試驗的排水條件和應(yīng)力路徑與工程實際的情況很難一致，使其成為土工問題的主要難點之一。強(qiáng)度件指標(biāo)的合理選用基于對工程條件的了解和對于土力學(xué)基本概念的準(zhǔn)確把握。
1.有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)與總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)
根據(jù)有效應(yīng)力原理，土的抗剪強(qiáng)度是由土的有效應(yīng)力決定的，孔隙水壓力對于土的抗剪強(qiáng)度沒有任何貢獻(xiàn)，因而使用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)是最為明確合理的。在一切沒有超靜孔隙水壓力或者孔隙水壓力可以確定時，都應(yīng)當(dāng)用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。
對于砂土和碎石土，在通常的加載速率和排水條件下，可使用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)計算設(shè)計；只有在松散狀態(tài)下的飽和粉細(xì)砂土，擾動或振動引起的液化或者流滑時才類似于固結(jié)不排水的情況。砂土和碎石土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)通過三軸排水試驗確定，由于其滲透系數(shù)大，試驗的加載速度可以很快。如果使用直剪試驗，剪切速率以孔壓能夠消散為準(zhǔn)，一般其剪切速率為快剪即可。對于黏性土，如果沒有產(chǎn)生超靜孔隙水壓力或者孔隙水壓力可以確定時，可以應(yīng)用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。例如用穩(wěn)定滲流的流網(wǎng)可以較準(zhǔn)確地確定正常使用處于穩(wěn)定滲流狀態(tài)的土壩中各點的孔隙水壓力，長期穩(wěn)定的天然土坡，在軟黏土地基上施工非常慢的填方，或者使用砂井和塑料排水板加速地基固結(jié)而在加載時孔壓可以消散的情況。
黏性土的有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)可以通過三軸排水試驗或者直剪儀的慢剪試驗確定，也可以通過三軸固結(jié)不排水試驗，同時量測孔隙水壓力測定有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。
在很多與飽和或者高飽和度的黏性土有關(guān)的工程問題中，存在無法確定的超靜孔隙水壓力，已知的只有總應(yīng)力，在穩(wěn)定和強(qiáng)度問題計算分析時只能采用總壓力強(qiáng)度指標(biāo)。這時可以是三軸試驗的固結(jié)不排水或不固結(jié)不排水指標(biāo)（ccu，Φcu，cu， Φu），直剪試驗的固結(jié)快剪或者快剪強(qiáng)度指標(biāo)。一般直剪試驗較易于操作，有的工程技術(shù)人員也習(xí)慣于使用它。由于三軸試驗不排水加強(qiáng)載過程閥門完全關(guān)閉這與實際工程問題有一定差別，是一種極端情況。
應(yīng)當(dāng)看到，工程實踐中強(qiáng)度指標(biāo)的正確選用絕非易事，由于現(xiàn)場的土的質(zhì)、施工速度控制、排水的邊界條件十分復(fù)雜，而試驗的排水條件和應(yīng)力路徑與工程實際的情況很難一致，使其成為土工問題的主要難點之一。強(qiáng)度件指標(biāo)的合理選用基于對工程條件的了解和對于土力學(xué)基本概念的準(zhǔn)確把握。
2.固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)的使用
如果土體在現(xiàn)有的應(yīng)力體系中平衡并完全地固結(jié)，然后，由于某種原因而很快施加荷載形成不排水情況，這時就適用于固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)。如圖2中所示的幾種工況。其中圖2a）表示的是在填方部分1作用下填方及地基已經(jīng)固結(jié)穩(wěn)定，然后又很快施加填方部分2；圖2b）表示土壩蓄水后庫水位驟降時土壩上游邊坡的穩(wěn)定分析；圖2c）表示在一個天然土坡上很快施工一個填方的情況。在這些情況的穩(wěn)定分析中都適于使用固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)。
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圖2 a）在1層填土固結(jié)后施工2層
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c）在天然土坡上快速填方3.固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)的使用
如果在黏性土工程問題中，荷載是很快地被施加，從而被引起的超靜孔隙水壓力沒有時間消散，土也沒有時間在這種荷載產(chǎn)生的圍壓下固結(jié)。在這種情況下，我們假設(shè)施工中所施加的總應(yīng)力變化不影響原狀土的不排水強(qiáng)度。圖3中所列的幾種例子包括:圖3a）在正常固結(jié)軟黏土地基上很快地填筑填方工程；圖3b）很快施工的土壩在竣工穩(wěn)定驗算時；圖3c）在正常固結(jié)黏土地基上很快施工基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)。這些工程的穩(wěn)定分析和承載力驗算中的控制條件是剛剛施加了荷載之后。而隨著時間的延續(xù)，孔壓消散，土被固結(jié)，地基或邊坡也變得更加安全了。實際工程的施工工程中，大部分屬于“部分固結(jié)”的情況，使用不排水強(qiáng)度指標(biāo)是偏于安全的。
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圖3 a）在軟黏土地基上快速施工的填方
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圖3 a）土壩快速施工，竣工后，心墻未固結(jié)
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如上所述，砂土一般是采用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行分析計算，但是飽和粉細(xì)砂在一些情況下，發(fā)生的現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)用固結(jié)不排水強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行分析，這就是液化與流滑（流沙）。圖4表示的是飽和松砂的固結(jié)不排水試驗的應(yīng)力應(yīng)變曲線和有效應(yīng)力路徑。這時很小的應(yīng)變引發(fā)了很大的超靜孔隙水壓力，使有效圍壓急劇減少，有效應(yīng)力接近于0，砂土發(fā)生流滑，成為流沙，這其實是一種廣義的液化，也稱為靜態(tài)液化。最后殘余的固結(jié)不排水內(nèi)摩擦角只有幾度。圖5表示的是鄰水的松砂坡由于很小的擾動產(chǎn)生了應(yīng)變，引發(fā)超靜孔隙水壓力而流滑的現(xiàn)象。最后穩(wěn)定時的坡度只有3°～5°，這就是為什么天然的河灘與海灘都是非常平緩的原因，也是飽和松砂的工程中經(jīng)常發(fā)生流沙而失事的原因。
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