地基土固结快剪与直接快剪指标相关性规律研究

安旭，陶梦玲，毛立杰（中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北武汉430071）

地基土固结快剪与直接快剪指标相关性规律研究

安旭，陶梦玲，毛立杰
（中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北武汉430071）

0 引言

在岩土勘察工作中，地基土的抗剪强度是极为重要的力学性质指标。通常测定地基土抗剪强度指标的方法有室内直接剪切试验和现场原位剪切试验两类，由于现场原位剪切试验对试验设备要求高、耗时长、成本高，因而在中小型工程中较少采用，而是采取简单有效的室内直接剪切试验[1-3]。室内直接剪切试验一般有两种：固结快剪和直接剪切，通过这两种剪切试验获取地基土的黏聚力和内摩擦角，是算地基承载力和评价场地工程性质必不可少的关键参数和理论依据[4-7]。笔者通过对土工试验资料进行统计分析，发现地基土的固结快剪与直接快剪指标之间存在一定的相关性规律。本文立足于此，以安徽华谊化工有限公司液体化工码头还建工程为依托，采用定义、拟合、分析相结合的方法，对地基土的固结快剪与直接快剪指标之间的相关性规律展开研究。

1 工程概况

1.1 基本概况

安徽华谊化工有限公司液体化工码头还建工程位于安徽省芜湖市鸠江区二坝镇长江左岸，距下游已建的芜湖长江大桥约1.4km。该项目的勘察区域分水域区和陆域区两部分。其中水域区拟建设5000t级液体化学品泊位1座，码头装卸平台和引桥均采用透空的高桩梁板式结构，基础结构采用桩基，桩长约为50m，桩底标高在-41m左右，桩基拟采用打入桩，靠近陆域部分拟采用水上灌注桩施工；陆域区拟建管架，结构类型为混凝土柱、钢桁架结构，高10m、三层、跨度30m，单柱最大荷载标准值为700kN，拟采用桩基础。

1.2 工程地质条件

研究区地貌属长江中下游冲积平原及河床漫滩地貌，位于长江左岸，江岸顺直。地层属扬子地层区下扬子地层分区，该区下伏基岩主要为侏罗系及白垩系地层，基岩大部分被第四系覆盖。该区及附近发育的主要断裂构造有3条，均为隐伏构造，以北北东、东西向最为发育，分别为（1）长江隐伏挤压破碎带：位于该区西侧，延伸方向约为35°～50°；（2）西江口-裕溪口隐伏大断裂：位于本区西侧，总体走向北北东；（3）大桥-芜湖隐伏大断裂：临近该区，延伸25°。第四纪以来，新构造运动继承老构造活动的特点，具有鲜明节奏性与振荡性，不同时期，运动方向、规模、速度不同。

根据钻孔揭示，勘区勘探深度内主要地层为第四系全新统河流冲积形成的河床相及漫滩相地层，下伏基岩为侏罗系砂岩。根据岩土体工程性质，研究区地层由上至下可分为10个大的工程地质层：①人工填土（Q4ml）；②淤泥质粉质粘土（Q4ml）；②t粉土（Q4al）；③粉细砂（Q4al）；④-1粉细砂（Q4al）；④-1t粉质粘土及淤泥质粉质粘土（Q4al）；④-2粉细砂（Q4al）；④-2t粉质粘土（Q4al）；⑤淤泥质粉质粘土及粉质粘土（Q4al）；⑤t粉细砂（Q4al）；⑥粉细砂（Q4al）；⑥t粉质粘土（Q4al）；⑦粉质粘土及淤泥质粉质粘土（）；⑦t粉细砂（；⑧粉细砂（；⑨砂混卵石（；⑨t粉质粘土（）；⑩强风化砂岩（J3）。

2 快剪试验

2.1 试验概况

在现场采集了原状土样，回实验室开展标准固结试验和直剪试验。全区共采集钻孔土样26个，其中码头区9个，引桥区6个，陆域区11个。取样采用XY-1A工程地质勘探钻机，钻孔开孔孔径146mm，覆盖层及软质岩石中终孔直径110mm，硬质岩石中终孔直径91mm。岩芯采取率按如下要求控制：粘土层≥90%；粉土及砂土层≥80%；碎石土层≥50%；完整岩层≥80%；破碎岩层≥65%。

对场地内各岩土层物理力学性质指标及原位测试数据进行分层统计、分析，提供各项统计指标的标准值、平均值、最大值、最小值、变异系数、样本数。各项物理力学指标的平均值用算术平均法计算。各项物理力学指标的标准值采用平均值乘以统计修正系数计算。各土层的试验组数为5组。

2.2 试验结果分析

各地基土剪切试验结果见表1所示。

表1 地基土剪切试验结果

表2 地基土剪切比计算结果

图1 黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力相关曲线

从表1的地基土剪切试验结果可知，不同类型地基土的固结快剪和直接快剪强度参数有一定差异，对于同类型土而言，固结快剪强度参数有可能大于直接快剪，也可能小于直接快剪的结果。进一步统计分析发现，对于人工填土和粉土，直接快剪强度参数大于固结快剪强度参数；对于淤泥质粘土，则是固结快剪强度参数大于直接快剪强度参数。也就是说，仅对比固结快剪和直接快剪的试验数值，无法找到剪切强度指标的相关性规律，需要做进一步的定义来分析。

3 固结快剪与直接快剪指标相关性规律研究

3.1 定义剪切比

由于研究对象地基土为不同类型土体，为确保研究对象的可比性，定义各类土层自身的固结快剪与直接快剪指标的比值为剪切比β，剪切比只与该土层自身的物理力学性质相关，与其它土层无关。则黏聚力与内摩擦角的剪切比分别为：

3.2 剪切比计算结果

将表1的剪切试验结果代入（1）式，得到剪切比计算结果见表2所示。

3.3 黏聚力相关性规律分析

将黏聚力剪切比作为纵坐标，原状土的直接剪切黏聚力作为横坐标，绘制黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力相关曲线，如图1所示。

从图1可知，随着直接剪切黏聚力增大，黏聚力剪切比不断降低，两者具有明显的相关性规律。在直接剪切黏聚力较低时，黏聚力剪切比降低很快；随着直接剪切黏聚力进一步增大，黏聚力剪切比下降幅度逐渐减小。黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力拟合曲线呈幂函数关系，且拟合精度达到0.9377，表明拟合结果较为理想，因此在实际勘察工作中，当固结快剪试验条件缺乏或受限制时，可通过直接快剪试验得到黏聚力结果，并推算其固结快剪的黏聚力试验结果。黏聚力剪切比-直接剪切黏聚力拟合函数和拟合精度如下式所示：

3.4 内摩擦角相关性规律分析

将内摩擦角剪切比作为纵坐标，原状土的直接剪切内摩擦角作为横坐标，绘制内摩擦角剪切比-直接剪切内摩擦角相关曲线，如图2所示。

图2 内摩擦角剪切比-直接剪切内摩擦角相关曲线

从图2可知，随着直接剪切内摩擦角增大，内摩擦角剪切比不断降低，两者具有明显的相关性规律，尤其是直接剪切内摩擦角较小时（小于15°），相关性十分密切；当内摩擦角进一步增大后，相关性逐渐发生离散。内摩擦角剪切比-直接剪切内摩擦角拟合曲线也呈幂函数关系，且拟合精度达到0.94853，表明拟合结果较为理想，因此在实际勘察工作中，当固结快剪试验条件缺乏或受限制，且内摩擦角低于15°时，可通过直接快剪试验得到内摩擦角结果，并推算其固结快剪的内摩擦角试验结果。内摩擦角剪切比-直接剪切内摩擦角拟合函数和拟合精度如下式所示：

4 结语

本文通过对土工试验资料进行统计分析，发现地基土的固结快剪与直接快剪指标之间存在一定的相关性规律，通过定义剪切比，得到了剪切比-直接剪切指标的拟合函数，且拟合精度满足工程应用要求，因此在实际勘察工作中，当固结快剪试验条件缺乏或受限制时，可通过直接快剪试验得到黏聚力结果，并推算其固结快剪的黏聚力试验结果。研究结论既可以对地基土体的力学性质理论研究提供依据，也可以对勘察工作、室内土工试验产生积极指导意义。

[1]宋效兰.直剪饱和固结快剪与三轴固结不排水剪切试验比较[J].山西水利，2013（1）：33-34.

[2]徐忠.直剪试验和三轴剪切试验对比分析[C].//建筑科技与管理学术交流会，2012.

[3]刘天韵.直剪试验固结快剪强度指标影响因素探讨[J].中国港湾建设，2009（6）：32-34.

[4]李军海.太湖湖沼平原区勘察指标相关性初探[A].岩土工程地质专业委员会.江苏省地质学会岩土工程专业委员会论文集[C].2003.

[5]林育芬.软土固结快剪与快剪指示的相关关系[J].福建建筑，2000（4）：32-33.

[6]魏汝龙.固结快剪试验中的几个问题[A].中国土木工程学会.中国土木工程学会第八届土力学及岩土工程学术会议论文集[C].1999.

[7]董贵.对直接剪力仪固结快剪法固结时间的探讨[J].油田设计，1981（1）：64-67.

责任编辑：孙苏，李红

Study on Index Correlation Rule between Consolidated Quick Shearand DirectQuick Shearof Foundation Soil

为探究地基土固结快剪与直接快剪指标之间的相关性规律，该文以安徽华谊化工有限公司液体化工码头还建工程为依托，通过室内土工试验获取了各类地基土的剪切试验结果；定义了剪切比，分别对黏聚力和内摩擦角的固结快剪与直接快剪的相关性规律进行了拟合。研究结果表明：随着直接剪切黏聚力增大，黏聚力剪切比不断降低，随着直接剪切内摩擦角增大，内摩擦角剪切比不断降低；黏聚力与内摩擦角的剪切比-直接剪切拟合曲线均呈幂函数关系，两者拟合精度均超过0.93，表明地基土固结快剪与直接快剪指标之间存在较好的规律性。

地基土体；土工试验；固结快剪；直接快剪

In order to explore the index correlation rulebetween the consolidated quick shear and directquick shear of foundation soil,this paper,based on the compensation project for the liquid-chem ical term inalof AnhuiHuayiChem ical Co.,ltd,obtains the shear test resultsof various typesof foundation soilsby indoor laboratory test.The shear ratio is defined,and the correlation rulebetween the consolidated quick shear and directquick shear of the cohesion and internal friction angle is fitted respectively.The results show thatwith the increase of the direct shear cohesion,the shear ratio of cohesion force continuously decreases,and thatof the internal friction angle steadily decreasesw ith the increaseof the internal friction angleof directquick shear; theshear ratio of cohesion and internal friction angle-directshear fitting curveshowsa power function relationship,with the fitting accuracy over0.93,indicating there liea regular index rulebetween the consolidated quick shearand directquick shear.

foundation soil;soil test;consolidated quick shear;directquick shear

TU 411

A

1671-9107（2017）07-0051-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.07.051

2017-05-11

安旭（1984-），男，湖北武汉人，本科，助理工程师，主要从事土工试验研究。