天津市区域土层的抗剪强度指标与物性关系分析

文/冯建国、周杰 河北省水利水电勘测设计研究院 天津 300250



天津市区域土层的抗剪强度指标与物性关系分析

文/冯建国、周杰 河北省水利水电勘测设计研究院 天津 300250

土体的抗剪强度指标受土类、初始状态、饱和度以及所受的应力历史等因素有关。对于天津地区来讲：地下水位埋深较浅，土体基本处于饱和状态，绝大多数属正常固结土。因此，土类和土体的初始状态是影响土体抗剪强度指标的主要因素。

抗剪强度指标；物性；关系

一、前言

在工程勘察设计中，土体的抗剪强度指标是重要的设计参数之一。科学、准确地确定土体的抗剪强度指标关系到工程设计质量和工程运行安全。土体的抗剪强度指标与土类、初始状态、饱和度以及所受的应力历史等因素有关。对于天津地区来讲，地下水位埋深较浅，土体基本处于饱和状态，绝大多数属正常固结土。因此，土类和初始状态是影响土体抗剪强度指标的主要因素。目前在规程规范中，对于低等级建筑物地基设计还保留采用直剪试验方法所提供的抗剪强度指标。因此，总结分析土体直剪试验获得的抗剪强度指标与其物理指标的关系有一定的必要性。本文主要以天津市六纬路区域的工程勘察试验资料为依据，分析了两种试验条件下天津地区饱和粘性土的直剪试验强度指标与土类、土体初始状态的关系，提出了该区域各类土体内摩擦角的变化范围和固结后增长区间。

二、基本思路

基于分析的土体属正常固结、处于饱和状态，因此，影响土体抗剪强度指标的主要因素是土类和它的初始状态。在分析中，土类考虑的指标有：土的塑性指数（IP）和液限（WL）；土的初始状态考虑的因素是：土的初始孔隙比（e0）。

三、数据组成

数据均来自天津市六纬路区域的工业与民用建筑地基的工程勘察资料。在数据采用时进行了甄别和筛选，对异常数据进行了删除。选取的样品土类包括：淤泥质土、粘土、粉质粘土和粉土。两种试验条件下的数据共388组，其中自快数据124组，固快数据264组。详见表1。

四、相关分析

为了充分考虑土类、土的初始状态对土的抗剪强度指标的影响，我们以表达式WL/（IP（1+e0））综合反映土的物理状态并绘制土的内摩擦角、粘聚力与WL/（IP（1+e0））的关系曲线，详见图1～图4。

图1 Cq与WL/（Ip（1+e0））关系曲线

图2 φq与WL/（Ip（1+e0））关系曲线

图3 Ccq与WL/（Ip（1+e0））关系曲线

图4 φq与WL/（Ip（1+e0））关系曲线

从上图可以看出：除了快剪指标Cq（粘聚力）与表达式WL/（IP（1+e0））相关性较差外，其余均有较好的相关关系。分析其原因：由于土样在采取、运输、制备等因素的影响下，其结构遭到不同程的破坏，且破坏程度不一，因此造成对Cq值的影响较大，数据较离散。而经过固结后，土样的结构得到了统一修复，消除了绝大部分外界因素对Ccq值的影响，因此Ccq值随WL/（IP（1+e0））变化的规律性较好。

土的内摩擦角φq、φcq与表达式WL/（IP（1+e0））均有较好的相关关系，尤其φcq与WL/（IP（1+e0））的关系更紧密，可以说：土的内摩擦角受外界影响比土的粘聚力较小，其可靠度大于土的粘聚力。

统计分析发现：388组数据中，除一例WL/（IP（1+e0））值小于1外，其余均大于1。当WL/（IP（1+e0））＜1.5时，土类基本由淤泥质土、粘土和粉质粘土组成；当WL/（IP（1+e0））＞1.5～1.6时，土类绝大多数由粉土和少部分粉质粘土组成；当WL/（IP（1+e0））在1.5附近时，土类由粉质粘土和粉土组成。

将图2与图4比较可以发现：尽管确定φq、φcq值的样品取自同一区域，每一个φq、φcq值并不是对应同一样品，其物理状态可能大不相同，但是，两图中散点分布的趋势非常相似。粘质土（粘土、粉质粘土）的内摩擦角为：φq=5°～15°、φcq=10°～21°；粉土的内摩擦角为：φq=25°～31°、φcq=27°～32°；粘质土与粉土过渡段土的内摩擦角为：φq=15°～25°、φcq=21°～27°。固结后粘质土的内摩擦角增长区间为：6°～16°；粉质土的内摩擦角增长区间为：1°～7°；粘质土与粉土过渡段的内摩擦角增长区间为：2°～12°（此区段土的内摩擦角变化或波动较大），这一现象也符合常规统计结果，即固结后粘性土的内摩擦角普遍增加较大，粉土（砂性大的）的内摩擦角增加较小。

结语：

⑴在正常固结和饱和的情况下，土的抗剪强度指标与其物理指标之间存在比较密切关系。如果受外部因素影响，土体结构遭到不同程度的破坏，那么，土的粘聚力受影响较大，内摩擦角受影响较小。

⑵土体经固结后其内摩擦角均有不同程度的增加。在所分析的区域内，粘质土增加区间为：6°～16°；粉土增加区间为：1°～7°；粘质土与粉土过渡段增加区间为：2°～12°（此区段土的内摩擦角变化或波动较大）。

⑶在所分析的区域内，几乎所有土体的WL/（IP（1+e0））值均大于1。

⑷由于受所选取资料的局限制，分析结果可能带有一定的区域性和片面性。

［1］《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）［S］.

［2］张喜发.《岩土工程勘察与评价》［K］.

［3］武汉水利电力学院.《土力学及岩石力学》［M］.

［4］杨熙章.《土工试验与原理》［K］.

［5］陈仲颐，周景星，王洪瑾.《土力学》［K］.北京：清华大学出版社，1994.

冯建国，男，天津人，工程师，长期从事岩土工程相关工作。