浅析工程勘察与设计中剪切试验的应用及方法

刘文凤

广东省地质局第七地质大队 广东 惠州 516008

正文：

1 工程勘察与设计中剪切试验

土的剪切试验在世界上各种工程建设以及工程实践中有着较为重要的价值与作用。在多数的状况之下人们主要通过剪切试验的方式测量抗剪强度参数，在实践中在地基土层的承载力值以及评价地基稳定性的状况中应用较为广泛。

在土地抵抗力主要就是来源与外部的作用力的时候，土地可以保障自身不会产生破裂破坏承受的极限应力就是土体自身的强度。而在国内外大量的工程建设以及实践中表明了在应力作用之下破裂破坏表现多数就是剪切破坏，例如，地基的破坏以及不同类型的滑坡以及挡土结构物的破坏等，土体的抗剪强度的物理定义就是源于外部施加作用力之下，土可以避免出滑动破裂现象时的极限强度数值。

1.1.库仑定律解析

库伦定律就是土体力学性质以及抗剪力破坏的基础力学理论。是法国科学家库仑通过土强度试验而获得的指导性理论。其公式为。

1.2 土的应力分布状况解析

分析土体的应力分布状况，可以基于任意的小单元体的应力分布状况开始，选择土体的任意一点，假设在这个小单元体上分布了最大以及最小主应力，架设其与面呈夹角在某一个斜面上的剪切应力与法向应力，在这个时候在小单元体上的应力分布主要关系具体如下：

1.3 土的极限平衡状态

因为土体可以在不同的应力状态之下被破坏，因此在实践中可以对不同应力状态进行分析，绘制形成莫尔应力圆。利用莫尔应力圆的公共切线就可以组成获得极限平衡状态的曲线，这也就是土体抗剪强度包线。土体的抗剪强度包线主要就是切于莫尔应力圆圆周的点位，可以满足极限平衡的条件。而通过对莫尔理论以及上述关系进行分析，则可以发现在极限平衡状况之下的剪力破坏面是最大应力与σ面之间存在的φ/2 的角度。

2.工程勘察与设计中剪切试验的应用方法

在工程勘察与设计中的剪切试验在应用过程中要符合规范要求，系统开展，其具体如下：

2.1 计算地基土的承载力值

在《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中明确的规定了如果偏心距小于等于0.33倍的基底宽度，可以根据剪切试验成果参数大致的估算地层的承载力值，要保障其满足地基变形的条件。

例如，在某工程的地质勘察中，1号建筑物的长度为270米，宽度为60米，2号）建筑物的长度为295米，宽度为60米，建筑结构形式为门式钢架，施工的基础方案就是通过扩展基础或者桩基础的方式进行处理。在2号建筑物的地表仓回填中会设置厚层度为0.3米～1.4米不等的块石与碎石，在碎石之下是回填之后强夯的粉质黏土，黏土呈现灰黄色、黄褐色，局部位置成灰褐色，属于可塑～硬塑状，中塑性，土质并不均匀，夹杂着较多的粉土斑，通过地质勘察，得出指标具体如下：天然的含水率为21.7%，孔隙比为0.65，液限为27.2%，液性指数则为0.55。三轴实验的粘聚力为31.0KPa,其内摩擦角则为1.8°。通过的方法进行计算，获得粉质黏土的承载力数值为12.15KPa.而通过其他的方式计算综合获得的数值为115KPa，两组数值较为接近，具有一定的实用性。

2.2 稳定性分析

地基的稳定性在一般状况之下都是通过圆弧滑动的方式进行处理、验算地基的状况较为持久，应用的土体工程参数都是通过固结快剪试验进行处理；在各个方面的条件允许状况之下，可以应用剪切试验的有效应立力法进行处理。土地的有效抗剪强度主要就是通过三轴CU试验测定分析，获得试验结果。对于一些岩坡相对稳定的分析，可以利用极限平衡的方式进行处理，应用赤平极射的方式进行投影分析。例如，在某岩质边坡中，边坡高度为13米，而岩溶重量为23.3kN/m3，水溶重为9.8kN/m3，坡顶为192°∠5°，其边坡面为187°∠61°。而底层的粘聚力为25.0KPa.，其内摩擦角度为13.0°。

2.3 直接剪切试验

直接剪切实试就是将试样放置在垂直应力之下，基于水平方式向试样施加剪应力再进行剪切，综合受力条件，可以将其划分为三种类型

第一，快剪试验。就是给试样施加垂直压力之后，立即以0.8mm/min剪切速度进行水平剪切，使试样在3～5min中内剪损，本方法适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。对于淤泥以及淤泥质类型的土方如果根据规范要求进行剪切试验，在实践中则就会初选样品被挤出，无法实试的问题。针对此种问题可以通过高于规范的速率方式进行处理，在30秒中左右结束实验或选择固结剪切试验，这样就会获得精准的结果。对于不均匀的样品，要根据软、硬、软、硬的速度进行试验，如果根据软、软、硬、硬的顺序进行实验，则就会出现凝聚力C值变为负数或者其内摩擦角度值较大的现象。

第二，固结块剪实验

在垂直压力状态之下，保障试样充分的排水固结后，同样以0.8mm/min剪切速度进行剪切，并在3～5min中剪损试样，固结快剪在建筑物地基土层的自重压力应之下就会充分固结，可以在测算地基强度与稳定性中应用。

第三，慢剪试验

根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力，对松软试验垂直压力应分级施加，以防土样挤出，直至试验固结变形稳定之后，以小于0.02mm/min的剪切速度进行剪切，当试验剪切至剪切位移为4mm已经出现峰值时便可停机，若尚未出现峰值时则需要剪切至剪切位移为6mm时停机。本方法适用于细粒土。

结束语：

岩土工程勘察是保障工程的关键，而土的剪切试验则是工程勘察中的关键内容，直接影响地基的稳定性。在工程建设以及应用要综合不同工程的特点以及试验的需求选择合适的剪切试验，确定土体的抗剪切强度参数，综合实际状况合理应用，进而提升剪切试验的科学性，提升工程建筑的整体质量。