基坑设计中抗剪强度指标选取的分析

刘秀秀　孙广利　孙　超

(吉林建筑大学测绘与勘查工程学院,长春　130118)



基坑设计中抗剪强度指标选取的分析

刘秀秀孙广利孙超

(吉林建筑大学测绘与勘查工程学院,长春130118)

摘要：本文以具体基坑工程为依托,取现场粉质黏土原状土样,针对水、试验方法两种抗剪强度指标影响因素进行室内试验,利用不同试验组所得强度参数值计算土压力,分析不同影响因素下试验所得抗剪强度指标的差异,并指出在基坑支护结构设计中土压力计算应选取何种强度指标更为合理.

关键词：粉质黏土；抗剪强度指标；室内试验；土压力计算

0引言

我国国内标准、行业标准对土的抗剪强度指标的确定方法存在不同的说法.我国《建筑基坑支护技术规程》[1]JGJ120-2012第3.1.14条规定，对于地下水位以上和以下正常固结和超固结土土压力和稳定性计算中均可以采用三轴固结不排水抗剪强度指标Ccu，φcu,或者直剪固结快剪强度指标Ccq，φcq,对于地下水位以下欠固结土宜选用在有效自重应力预固结下的三轴不固结不排水抗剪强度指标Cuu，φuu,且当地有可靠经验时允许采用直剪试验强度指标．而我国《岩土工程勘察规范》[2]GB50021-2001(2009修订)第11.4.1条规定，对饱和黏性土,当加荷速率较快时,宜采用不固结不排水试验确定土抗剪强度指标．《高层建筑岩土工程勘察规程》[3](JGJ 72-2004)第6.0.2条规定；抗剪强度试验的方法应根据施工速度、地层条件和计算公式等选用,尽可能符合建筑和地基土实际受力状态,对饱和黏性土或者施工速度快、排水条件差的土，可选用三轴不固结不排水试验来确定抗剪强度指标．规范的不一致使得在具体工程中抗剪强度指标的测定也各式各样,直接影响到基坑工程的安全．针对上述问题,本文以长春市伟峰新宇新城第12#办公楼基坑工程为依托,利用取土器现场采取位于粉质黏土层的原状土样,测定原状土样在不同的影响因素下土体的抗剪强度指标,比较不同试验方案下得出的抗剪强度指标的差异,从而分析不同室内抗剪强度试验方法对抗剪强度指标的影响,为具体工程中抗剪强度指标的确定提供参考.

1抗剪强度指标影响因素的试验结果及分析

1.1　基坑降水对抗剪强度指标的影响试验

在规范中有关抗剪强度指标的测定,都有对地下水位以上和以下给出单独的试验说法,可见，水对土体抗剪强度指标值的大小有着直接的影响．工程中往往在基坑开挖与支护之前进行地下降水，为了研究基坑降水对土体抗剪强度指标值的影响,在基坑开挖前分别取降水前和降水后土样,分别进行三轴固结不排水试验[4],每组制备四组试件试验,取平均值统计结果．具体试验的条件和统计后试验所得值见表1.

表1 基坑降水实验组

由实验结果可知,地下水对粉质黏土抗剪强度指标具有明显的影响,降水后粘聚力比降水前增大31.2%,摩擦角增大20.6%,可见，水对粘聚力的影响相对比内摩擦角大.

1.2　室内不同试验方法对抗剪强度指标的影响试验

根据《建筑基坑支护技术规程》[1]规定，对于正常固结土或超固结土可采用三轴固结不排水试验,长春地区土为正常固结或超固结.高广运[5]在基坑支护设计中土的试验方法确定中指出：无论基坑是否降水,对于粉质黏土均宜采用三轴固结不排水来测定抗剪强度指标.本文选定三轴固结不排水试验作为参照组,对原状土样再进行直接剪切试验中的固结快剪和三轴不固结不排水试验,对比不同试验方法对抗剪强度指标的差异.

1.2.1直接剪切试验

《建筑基坑支护技术规程》[1]JGJ120-2012第3.1.14条规定，当地有可靠经验时允许采用直剪试验强度指标.但采用直剪试验和三轴剪切试验尽管是对同一土样试验所得值也不可能完全一致,为了分析两者之间的差异,取该基坑降水前原状土样和1.1中的土样是同一土层,相近位置且位于地下水位以下的粉质黏土,在实验室进行直接剪切试验,制备四组试件试验,取平均值统计结果.具体试验的条件和统计后试验所得值见表2.

表2 直剪实验组

直剪试验(固结快剪)所得粘聚力比上述降水后的三轴固结不排水粘聚力值还要偏大,内摩擦角基本吻合.原因是直剪试验剪切面是人为固定面,此外，直剪试验中的固结和排水条件均为人为控制,用剪切的快慢来体现土样的排水状态,这存在很大的人为因素,故在当地有足够的工程经验时,可以采取直剪试验来测定抗剪强度指标,但一定要参考工程经验值.

1.2.2三轴不固结不排水试验

在基坑工程中涉及粘土三轴试验基本采用的为固结不排水试验,为了分析对于土体固结不排水和不固结不排水试验得出的抗剪强度指标的差异,本文对粉质黏土土样制备试件进行不固结不排水试验,每组进行三组试件试验取平均值统计结果,根据具体实验条件和统计试验所得值见表3.

表3 基坑开挖实验组

对基坑开挖后的粉质黏土进行了常规的固结不排水试验和不固结不排水试验,由于开挖过程中径向卸荷,开挖后的抗剪强度指标明显降低,开挖后的固结不排水试验所得参数比开挖前粘聚力减少12.9%,内摩擦角减少42.3%．基坑开挖后的不固结不排水试验所得值内摩擦角比固结不排水试验的内摩擦角降低81.3%.

2不同试验结果在基坑工程中土压力值的计算

本文假定在厚为10m的粉质黏土地层开挖深为5m的基坑,其中地面堆载为q=40kPa,γ=11kN/m3.分别计算主动土压力值和被动土压力值如图1、图2所示.

图1 基坑的主动土压力比较

图2 基坑的被动土压力比较

由图1和图2可得:

(1) 基坑降水后土样三轴试验的抗剪强度指标计算主动土压力比降水前计算值大2.26倍,被动土压力降水后比降水前计算值大1.35倍；

(2) 降水后和直剪固结快剪两组实验值在土压力计算上比较接近，均表现为主动土压力比其他组小，被动土压力大；

(3) 不固结不排水计算主动土压力随深度增大的速率比其他组快，而被动土压力随深度增大的速率却比其他组慢.

3结论

(1) 对于软土基坑支护结构设计采用三轴不固结不排水试验指标比较安全，但随着深度的增大则偏于保守造成不必要的浪费，因此，宜用于验算地基整体稳定性;

(2) 本文的分析表明,对于土压力的计算，降水前和降水后强度指标计算值相差很远,在软土基坑支护结构设计中,采用不进行饱和直接试验的强度指标太过冒险,宜采用饱和土样的固结不排水试验强度指标较符合工程实际;

(3) 本文中直剪固结快剪与三轴固结不排水试验所得的强度参数具有差异性,且直剪所得的强度参数用于基坑支护结构设计偏于危险,故在有工程经验的前提下可以采用直剪实验.

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2] 中华人民共和国行业标准.岩土工程勘察规范(GB50021-2001)2009修订[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[3] 中华人民共和国行业标准.高层建筑岩土工程勘察规程(JGJ72-2004)[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[4] 中华人民共和国行业标准.土工试验方法标准(JGB/T50123-1999)[S].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[5] 高广运.软土基坑土压力计算抗剪强度参数的分析[J].岩土力学,2005(26):183-186.

Analysis of Selecting Shear Strength Indicators in Pit Engineering

LIU Xiu-xiu，SUN Guang-li，SUN Chao

(SchoolofGeometricsandProspectingEngineering,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118)

Abstract：In this paper, relying on a specific excavation, by taking the scene undisturbed silty clay soil samples, laboratory tests carried out three factors of shear strength index of water, testing methods, stress state, the resulting intensity using different parameter values calculated soil test group pressure,analyze the differences under different experimental factors resulting shear strength index,,point out that the structural design in excavation earth pressure calculation should select what strength index is more reasonable.

Keywords:silty clay soil；shear strength index；laboratory test；pressure calculation

中图分类号：TU 47

文献标志码：A

文章编号：2095-8919(2015)02-0036-03

作者简介：刘秀秀(1989～),女,河南省鹤壁市人,在读硕士研究生.

收稿日期：2014-07-14.