根据土的各项特点研究地基和边坡的修建

2016-02-17王玮张弼伟山西省建筑科学研究院山西太原030001

中国房地产业 2016年5期

文/王玮﹑张弼伟山西省建筑科学研究院山西太原 030001

根据土的各项特点研究地基和边坡的修建

文/王玮﹑张弼伟山西省建筑科学研究院山西太原 030001

土在工程建设中基本都会用到：作为地基，要防止工程不受地基沉降的破坏；作为边坡，要防止土的滑动对工程造成不利影响。研究好土的各方面性能，才能更好的掌握其为工程所用。下面所述，简单的讲解了土的构造特点和力学性能，以及其在工程中的实际应用，以便于对土以及土的使用有一个更好的认识。

土；自重；颗粒；地基；边坡

概述

土在日常生活中随处可见，工程中所指的土是：覆盖在地球表面的﹑比较松散的细颗粒堆积物。土由三相组成：土颗粒﹑水和空气。其中土又分为普通土和特殊土，特殊土也是在工程领域中遇到的较多的土，特殊土可分为软土﹑湿陷性黄土﹑膨胀土﹑盐渍土﹑多年冻土和红黏土等。在工程设计中应根据各类土的特性去研究土的力学性能，使土能在工程中有更好地应用。无论在房屋的修建中还是在路桥的建设中，土主要影响地基和边坡，研究好土的特性对地基的处理和边坡的防护至关重要。

1、土的构造特性

土是由岩石在风﹑水﹑动植物等长期的作用下风化而来。其中的固态——土颗粒，颗粒中的矿物成分主要有原生矿物﹑次生矿物和有机物三种。根据土的堆积特点，可分为残积土和运集土两大类。土有三相组成。根据土颗粒的大小，我国把其分为六组，粒径大于200mm的叫做块石颗粒，这种颗粒无毛细水，没有粘性，由于颗粒间缝隙大，因此透水性也很大；粒径在60～200mm的叫做卵石颗粒，这种颗粒和块石颗粒的性质差不多；粒径在2～60mm的叫做圆砾颗粒，这种颗粒相对较小，与上述的两种相比，有毛细水的存在；粒径在0.075～2mm的叫砂粒，容易透水，没有粘性；粒径在0.005～0.075mm和小于0.005的分别叫做粉粒和黏粒，它们的透水性比较差，在湿润时有粘结力，遇水会发生一定的膨胀。

工程中所用的土不是均匀颗粒。为了方便对所用土的粒径有一个书面上的认识，科学家们引入了两个参数：不均匀系数和曲率系数，不均匀系数是根据在土中小于某粒径的土达到60%的粒径与达到10%的粒径的比值来确定。曲率系数是根据小于某粒径达到30%的粒径与上述10%的粒径和60%的粒径来确定。在土的使用上，往往要求不均匀系数大于5，曲率系数在1～3之间，这样的土，粒径均匀，易于土的压实，工程质量比较好[1]。

土中的水也有三种状态：液态﹑固态和气态。液态水又有结合水和自由水之分，结合水不传递静水压力，对土的塑性有影响。自由水可以传递静水压力，对土有一定的浮力。固体水主要是指天气寒冷使土中的水结成冰，这种土叫做“冻土”，在工程中，冻土带来了极大的危害。气态水对土基本无影响。

土的疏松性是因为土中含有大量的气体，土中气体以两种形式存在：自由气体和封闭气泡，自由气体在土受到压力，体积变小时，就会排出去，对土没有太大的影响。封闭气泡由于自身封闭，在挤压中很难排出，只是发生变形，使土的压缩性变大，渗水性减小。

2、土的力学特性

土在建设使用时，主要会受到压力﹑水的渗透力﹑剪力和自身的重力，下面主要谈谈土在受到这几种力时的影响因素和特点。

土中由于空气的存在，会有连续的空隙，若土直接和水接触，那么水就会在自身的压力下沿着这些空隙向下流去（渗流），渗流与土的性质和水头的大小有关系。土比较密实﹑粘性大时，渗透性就差。水头是指单位水所拥有的机械能，当这种机械能大时，渗透就容易发生，在计算应用上，主要根据的是达西定律。

在均质土中，随着深度的变大，自重线性增加。在成层土中，由于每层的重度不同，而成折线分布[2]。当有地下水时，还有水对其的浮力影响。土在做地基时还会受到上部荷载对其的压力，压力通过基础传给地基。基础受到的力不同，传递给地基的力也会不同，土在受到压力后会压缩变形，造成基础的均匀或者不均匀沉降。土的抗剪性能在工程中也比较重要，土的抗剪性能根据实验得到，与所受到的法向应力﹑土的内摩擦角和粘聚力有关，在实验中往往采用直剪实验﹑三轴压缩实验和无侧限抗压强度实验。

软土的特点是孔隙率高﹑压缩系数高﹑强度低﹑含水量高，并具有较强的蠕变性，工程地质差，若受到扰动则软土的强度会明显降低，甚至呈现流塑状态。

红黏土的特点是其强度高﹑厚度不均匀﹑具有明显的胀缩性﹑可压缩性低，土内出现裂缝后裂缝会迅速发展。

湿陷性黄土的特点是孔隙率高，遇水后可压缩性急剧增加，强度急剧降低，严重影响边坡稳定性。

膨胀土的特点是正常情况下强度较高﹑可压缩性低；但受水后急剧膨胀，强度也急剧降低，易被风化，并且压实性较差。

冻土的特点是在冬春交替时土体发生冻胀或融陷等影响地基承载力等不良影响，影响边坡的耐久性。

盐渍土的特点是当土体受水后土体内部盐类物质溶于水，导致土体发生失陷等，最终导致路基等产生不均匀沉降而发生破坏，并且盐渍土具有侵蚀性，可严重腐蚀路基基础，影响边坡稳定性。

3、土在地基中的计算处理

土在作为地基时，主要进行的是地基压缩沉降的考虑。地基主要有两种应力状态，自重应力和附加应力。自重应力是由土体的重力在土中产生的应力，附加应力指的是除去自身重力后，土受到的其它力在土中产生的应力。在实际中，土受到许多不同的外力，其附加应力较复杂。土在受到一个竖直集中应力时，力在向下传递的过程中，不断向四周扩散而变小。若地面受到几个集中力的作用时，所产生的几个应力就会叠加，总应力的计算根据聚集的叠加原理来计算。实际中，基础所传给地基的力比较平均，这种荷载分布的规律有许多，主要分为两类：空间上的荷载分布和平面上的荷载分布，这两种分布的区别在于荷载分布范围的大小不同。

地基的沉降是由于土在压力下，体积发生了变化。由于天然土层形态各异，在计算上较为麻烦，为了简便计算，理论上往往把地基土看作是均质的﹑各向相同的土，在确定地基的计算深度后，把基础下每层土的压缩量进行叠加，就可以得到地基的最终沉降量。在此基础上，《建筑地基基础设计规范》中给了一种更精确的计算方法，这种算法添加了地基平均附加应力系数，在地基计算深度选取上也给了更有效的方法[3]。这两种算法都采用单项压缩条件下的指标，用基础中心下的附加应力来降低侧向变形对土层压缩的影响。

4、土在边坡上的应用防护

边坡主要分为两种：天然和人工，天然边坡由于长期受到外界的各种作用，在受力和形状上达到了稳定，往往不会自动破坏。人工边坡有填和挖两种，由于其形成时间短，对其的稳定性要进行分析。

保护边坡的稳定性，主要在于对内部滑动的控制。边坡滑动的影响主要是两方面：在土的内部，坡的高度﹑坡与水平面的夹角的大小对坡的稳定性有较大的影响，土的性质也会有影响：粘性大的土稳定性比较好，而一堆沙子在堆积时只能滑动成为一个锥形；土坡的土层构造和边坡的外形对边坡的稳定也有一定的影响。外部影响主要是水﹑振动的作用和人为的影响，水侵入土坡，是土的含水量增加，重度变大，土质变软，很容易发生滑动。地震或者爆炸发生的振动使土的构造发生破坏，产生滑动。人为的不注意，在开挖时对边坡的稳定性造成影响。总之在对边坡稳定性的考虑时，要充分考虑到各种情况：地下水的影响；施工过程对边坡的影响；填方边坡和挖方边坡的影响[4]。在施工过程中应根据土质特点选用合理的处理方法增强其强度或改变其特性，如对不满足施工要求的土体进行换填﹑隔水﹑强夯﹑桩基等措施，使土质达到施工要求，确保边坡安全稳定。

滑坡是一种严重影响人民生命财产的自然危害，对于其防治有多种方法，在存在大型滑坡或者滑坡群的地方，由于在治理方面会有太大的经济投入，因此直接在修建建筑时进行避让[5]。水对边坡的危害较大，在防治滑坡时一定要做好地表水和地下水的排除工作。在土坡上进行抗滑支档﹑修建保护层﹑抗滑墙或者抗滑桩等，也对阻止滑坡的产生有大的作用，减少土坡的重量并加上抗滑压力，在防治某些滑坡上也有较好的成效。