土体抗剪强度的取值

发布于：2022-09-26 09:42:26 来自：建筑结构/岩土工程 [复制转发]

土的抗剪强度指标随排水、固结条件及试验方法的不同有多种类型的参数，不同试验方法做出的抗剪强度指标的结果差异很大，计算和验算时不能任意取用，应采用与基坑开挖过程土中孔隙水的排水和应力路径基本一致的试验方法得到的指标。

快剪=不固结不排水

固结快剪=固结不排水

慢剪=固结排水

1. 快剪的应用范围

不排水强度用于荷载增加所引起的孔隙水压力不消散,土体密度保持不变的情况。

具体的工程问题,如在地基的极限承载力计算中,若建筑物的施工速度快,地基土的黏性大,透水性小,排水条件差时就应该采用不排水强度。不排水强度用于饱和土中,因为 Фu=0,所以也称为 Ф=0法,在软土地基的稳定分析中是一种常用的方法,已积累有相当丰富的工程经验。

天然饱和黏性土坡的稳定分析也常采用这种方法。

此外,碾压黏性土坝施工期的边坡稳定分析,如果采用总应力法时,对心墙黏土料也应采用不排水强度,不过属于非饱和土的不排水强度。

2. 固结快剪的应用范围

一般来说,在工程中,如果黏性土层先在某种应力下固结,然后又进行快速加载(增加剪应力)时,若用总应力法分析土体的稳定性,就可采用由固结不排水试验测定的土的抗剪强度指标。

从某种意义上说,固结不排水试验方法反映土体已部分固结,但又不完全固结时的抗剪强度。如果土体在加载过程中既非完全不排水,又非完全排水,而处于两者之间时也常用这种抗剪强度指标。

3. 慢剪的应用范围

采用固结排水剪(慢剪)强度指标时,实质上进行的是有效应力法的分析。

实际工程中应用于孔隙水压力可全部并及时消散,土体密度不断增加的情况。当建筑物的施工速度较慢,而地基土的黏性小,或无黏性,透水性大,排水条件良好时,在地基极限承载力的计算中可采用由排水试验确定的抗剪强度指标。

4. 水土分算与水土合算

根据土的有效应力原理，理论上对各种土均采用水土分算方法计算土压力更合理，但实际工程应用时，黏性土土的孔隙水压力计算问题难以解决，因此对黏性土采用总应力法更为实用，可以通过将土与水作为一体的总应力强度指标反映孔隙水压力的作用。

砂土采用水土分算计算土压力是可以做到的，因此对砂土采用水土分算方法。

对黏质粉土用水土合算，对砂质粉土用水土分算。

根据土力学中有效应力原理，土的抗剪强度与有效应力存在相关关系，也就是说只有有效抗剪强度指标才能真实地反映土的抗剪强度。但在实际工程中，黏性土无法通过计算得到孔隙水压力随基坑开挖过程的变化情况，从而也就难以采用有效应力法计算支护结构的土压力、水压力和进行基坑稳定性分析。

从实际情况出发，在计算土压力与进行土的稳定分析时，黏性土应采用总应力法。

5. 固结快剪指标的选用

采用总应力法时，土的强度指标按排水条件是采用不排水强度指标还是固结不排水强度指标应根据基坑开挖过程的应力路径和实际排水情况确定。

由于基坑开挖过程是卸载过程，基坑外侧的土中总应力是小主应力减小，大主应力不增加，基坑内侧的土中竖向总应力减小，同时，黏性土在剪切过程可看作是不排水的。

因此认为，土压力计算与稳定性分析时，均采用固结快剪较符合实际情况。

6. 有效应力计算砂土

对于地下水位以下的砂土，可认为剪切过程水能排出而不出现超静水压力。

对静止地下水，孔隙水压力可按水头高度计算。

所以，采用有效应力方法并取相应的有效强度指标较为符合实际情况，但砂土难以用三轴剪切试验与直接剪切试验得到原状土的抗剪强度指标，要通过其他方法测得。

7. 直剪和三轴

土的抗剪强度指标试验方法有三轴剪切试验与直接剪切试验。理论上讲，用三轴试验更科学合理，但目前大量工程勘察仅提供了直接剪切试验的抗剪强度指标，致使采用直接剪切试验强度指标设计计算的基坑工程为数不少，在支护结构设计上积累了丰富的工程经验。从目前的岩土工程试验技术的实际发展状况看，直接剪切试验尚会与三轴剪切试验并存，不会被三轴剪切试验完全取代。同时，相关的勘察规范也未对采用哪种抗剪强度试验方法作出明确规定。

从发展的角度，应提倡用三轴剪切试验强度指标，但应与已有成熟工程应用经验的直接剪切试验指标进行对比。目前，在缺少三轴剪切试验强度指标的情况下，用直接剪切试验强度指标计算土压力和验算土的稳定性是符合我国现实情况的。

为避免个别工程勘察项目抗剪强度试验数据粗糙对直接取用抗剪强度试验参数所带来的设计不安全或不合理，选取土的抗剪强度指标时，尚需将剪切试验的抗剪强度指标与土的其他室内与原位试验的物理力学参数进行对比分析，判断其试验指标的可靠性，防止误用。当抗剪强度指标与其他物理力学参数的相关性较差，或岩土勘察资料中缺少符合实际基坑开挖条件的试验方法的抗剪强度指标时，在有经验时应结合类似工程经验和相邻、相近场地的岩土勘察试验数据并通过可靠的综合分析判断后合理取值。缺少经验时，则应取偏于安全的试验方法得出的抗剪强度指标。

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