三轴多级剪试验分级轴向应变量设置分析研究

作者简介：陈岁芳（1985-），女，工程师，主要从事室内岩土分析工作。

摘 要： 在饱和软粘土三轴试验中，常常由于多样剪中多个试样的不均匀性及易扰动性，造成试验数据离散，试验成果较难整理的情况，在土工方法标准GB/T50123-1999（2008）中允许采用一个试样多级加荷试验测定抗剪强度参数。目前大多数实验室都采用了试验数据自动采集，软件一般要求预先设置分级应变量，而土工试方法标准GB/T50123-1999（2008）中没有明确规定多级剪试验分级轴向应变量的设置。笔者在充分分析了试验方法标准和以往大量试验数据特征的基础上，采用分级轴向应变量为（12%、16%、20%）和（15%、17.5%、20%）进行了三十多组多级剪试验和多样剪试验，并将三种试验结果进行了对比分析，得出了采用分级应变量为（15%、17.5%、20%）对低灵敏度软粘土进行多级剪试验，其结果与多样剪试验结果相近的结论。

关键词： 一个试样多级加荷试验;分级轴向应变量;低灵敏度;软粘土

【中图分类号】TU441 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.41.006

1 引言

我国沿海分布着大面积、大厚度的软土地基，随着建设工程的发展，饱和软粘土的三轴试验项目日益增多，土工试验室为提高三轴试验工作效率，为基坑、边坡及地基稳定性设计提供准确可靠参数依据。

一个试样多级加荷试验适用于灵敏度较低的粘性土，因土工试方法标准GB/T50123-1999（2008）中没有明确规定多级剪试验分级轴向应变量的设置，故此，笔者通过一定数量的试验，对三轴多级剪试验进一步的探索研究，找到合理的分級轴向应变量，使试验方法更具可指导性，使试验结果更加准确可用，为今后的生产提供切实可行的依据。

相对于多样剪，多级剪试验不仅离散性因素少，数据易于整理，且可以提高约四倍的工作效率。

2 技术原理、方法及要点分析

2.1 技术原理

土工试验方法标准GB/T 50123-1999（2008）第16章《三轴压缩试验》中，要求在试验数据整理中，取应力应变曲线上主应力差的峰值作为破坏点，无峰值时，取15%轴向应变时的主应力差值作为破坏点;在多级剪试验中，要求每一级剪切至测力计读数达到稳定或出现倒退时，读取测力计和轴向变形读数，各级累计轴向应变量不超过20%。多级剪分级应变量的设置，应符合相关试验方法标准要求，抗剪强度试验参数一般采用试验峰值进行计算，因此在一个试样多级加荷试验中，各分级应变量的设置应尽量使主应力差接近峰值。

对于灵敏度较低的软粘土，其应力应变曲线呈蠕变状态，且峰值一般在12～15%应变段或15%附近出现，因此，在实验过程中第一级应变量设置为12%和15%。在前期工作中，分析了各级围压下应变量为15%、17.5%、20%的主应力差与轴向应变关系曲线曲线，各级应变量下基本出现了稳定的峰值，如图1所示，因而将多级剪应变量设置为（12、16、20%）、（15、17.5、20%）两种，通过一定数量的试验，分别与三轴多样剪的试验数据对比，得出合适的应变量设置。

2.2 技术方案

本项目在浙江沿海滨海相地层中，用直径108mm取土器采取30组以上长度为30cm、直径为90mm的低灵敏度软粘土进行三轴UU多样剪、分级应变量为（12、16、20%）、（15、17.5、20%）的多级剪试验，通过将不同分级应变量时的多级剪试验结果同多样剪结果相对比分析，得出合理的试验分级应变量。同时还做了几组分级应变量为（8%、14%、20%）、（10%、15%、20%）、（12、16、20%）、（15、17.5、20%）的多级剪试验，通过对试验结果分析第一级应变量采取的不同对试验结果的影响趋势。

2.3 技术要点

本项目的技术关键在于以下三个方面：a、分级轴向应变量设置得是否合理，决定了试验结果能否与多样剪试验结果相符;b、低灵敏度软粘土试样的代表性、均匀性决定了试验结果的可靠性;c、取样、包装、运输、制样过程中应避免对试样的扰动。

3 三轴多级剪试验分级轴向应变量设置分析方法

3.1 取样

在现有工程场地中，由勘察技术人员探明具有均匀的淤泥质粘土的土层中，用直径108 mm的取土器采取30组以上长度为30cm、直径90mm的试样，试样在包装、运输过程中避免扰动。

3.2 试验过程

本实验采用QSZ-10A型台式半自动三轴仪对30组低灵敏度粘性土进行三轴UU实验、每一组试样同时进行三轴UU多样剪与多级剪试验，样品按照标准制成5 个（3 个用于多样剪）直径39.1mm、高度80 mm 的试样，分别设置分级应变量为（12、16、20%）、（15、17.5、20%）。试验依据土工试验方法标准GB/T 50123-1999（2008）第16章《三轴压缩试验》进行，采用专门的三轴试验辅助记录表，详细记录试样过程中试样的均匀性及各种可能影响数据结果的异常因素，以供数据分析处理时参考。

3.3 数据计算处理

本实验采用智龙土工试验数据采集软件进行三轴试验数据计算整理，对于多样剪中因土样不均导致的数据离散，应根据试验记录描述及异常数据进行整理，对于多样剪、分级应变量为（12、16、20%）及（15、17.5、20%）的多级剪试验，若其中有一种结果缺失，则予以剔除，共做试样37组，最终得到各试验计算结果如表1所示。

3.4 数据整理分析

本实验通过试验得到多样剪、分级应变量为（12、16、20%）及（15、17.5、20%）的多级剪试验结果25组，三种方法试验结果平均值如表2所示，分级应变量为（12、16、20%）时，得到三轴UU多级剪试验平均值内聚力C=8.5kPa，φ=0.5°，分级应变量为（15、17.5、20%）时，得到三轴UU多级剪试验平均值内聚力C=8.8kPa，φ=0.4°;多样剪UU试验平均值内聚力C=9.5kPa，φ=0.4°。可见，分级应变量为（15、17.5、20%）时，其试验结果更接近三轴多样剪结果。

4 结论

通过本项目试验的分析研究，可以得出：对于低灵敏度软粘土的一个试样多级剪试验，当采用分级轴向应变量为（15、17.5、20%）时试验，其试验结果与三轴多样剪结果较相符。结合土工试验方法标准“当无峰值时，取15%轴向应变时的应力差作为破坏点”，建议在生产中，对于不易切取多个相同试样或土样易受扰动的低灵敏度软粘土，可以将分级轴向应变量设置为（15、17.5、20%）进行试验一个试样多级加荷试验，同时应注意试样的代表性。

参考文献

[1] 《土工试验规程》GB/T 50123-1999 （2008），中国计划出版社.

Code for soil test GB / T 50123-1999 （2008），China Planning Press.

[2] 《工程地质手册》（第四版），中国建筑工业出版社，2007年2月.Engineering geology manual （Fourth Edition），China Construction Industry Press，February 2007

[3] 《土力学地基基础》（第4版），清华大学出版社，2009年10月.Soil mechanics Foundation （4th Edition），Tsinghua University Press，October 2009.