抗剪强度压实填土研究

人工压实填土是经人为压实而形成的非饱和重塑土，广泛存在于路堤、大坝等填筑工程、场坪工程以及基坑回填等工程中。压实填土的工程性质与天然土体有很大差异，尤其工程中的人工填土往往处于各种复杂的水文环境中，浸水、失水以及由此导致的工程病害是经常发生的。因此，含水率变化对人工压实填土变形和强度特性的影响备受岩土工程界的关注。工程中压实填土大部分是在非饱和状态下压实形成的，是典型的非饱和土。非饱和土的理论核心是土体中存在气相并因此产生基质吸力。基质吸力变量的引入为非饱和土性状的解释提供了方便。基质吸力的影响因素很多，对于已施工完成的非饱和人工压实填土，其基质吸力与初始含水状态及其含水状况的变化密切相关，降雨和地下水的变化实际上改变了土的含水状况和土的基质吸力，从而使压实填土强度发生改变。压实填土抗剪强度指标是岩土工程设计的重要参数， 其取值合理与否直接关系填土边坡、 堤坝、人工地基等工程的安全性。常规试验方法所得到的非饱和压实土抗剪强度指标是综合的指标，其中包含了试验时不饱和状态对抗剪强度指标的贡献。含水状态变化对压实土抗剪强度指标具有显著的影响，设计时必须充分考虑压实土含水状态变化来选取合理的抗剪强度指标。其机理可用非饱和土理论解释；基质吸力对吸附强度的影响是非线性的 。2100433B

首先根据工程问题的性质确定分析方法，进而决定采用总应力或有效应力强度指标，然后选择测试方法。一般认为，有效应力强度指标宜用于分析地基的长期稳定性，而对于饱和软粘土的短期稳定间题，则宜采用不固结不排水试验或快剪试验的强度指标。一般工程问题多采用总应力分析法，其指标和测试方法的选择大致如下：若建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排水条件不良时，可采用不固结不排水试验或快剪试验的结果；如果地基荷载增长速率较慢，地基土的透水性不太小（如低塑性的粘土）以及排水条件又较佳时（如粘土层中夹砂层），则可以采用固结排水试验和慢剪试验指标；如果介于以上两种情况之间，可用固结不排水或固结快剪试验结果。由于实际加荷情况和土的性质是复杂的，而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态，因此，在确定强度指标时还应结合工程经验。

粘聚力，又叫内聚力，是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现。在有效应力情况下，将总抗剪强度扣除摩擦强度，即得到粘聚力。从另一角度看，粘聚力是破坏面没有任何正应力作用下的抗剪强度。用常规试验方法所求得的粘聚力值中均包含有稳定的真粘聚力和不稳定的粘聚力两种组成部分。真粘聚力即粘聚力，是指粘性土的结构联结产生的抗剪强度，其数值等于强度包线在剪应力轴上的截距。不稳定的粘聚力即表观粘聚力，是指由吸附强度或砂土颗粒之间的咬合作用形成的不稳定粘聚力 。

抗剪强度是指外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作用时的强度极限；或指抵抗剪切破坏的最大能力。土的抗剪强度是土的一个重要的力学性质。土的抗剪强度可分为二部分：一部分与颗粒间的法向应力有关，其本质是摩擦力；另一部分是与法向应力无关，称为黏聚力 。当外部载荷在地基内部产生的剪应力达到土的抗剪强度时，土体就遭到破坏，严重时将产生滑坡，建筑物地基丧失稳定。可以用以下公式计算：

其中φ为内摩擦角，c为土的粘聚力。在以土的抗剪强度为纵坐标、剪切破坏面上的 法向应力为横坐标的坐标系中，土的抗剪强度包线对横坐标轴的倾角。 通常以

式中

砂的抗剪强度比较严密的表达式：

式中 σ和σ′分别为剪切面上的总应力和有效正应力；u为孔隙压力；φ′为有效内摩擦角。对于透水性较大的砂，用有效应力表达的φ′ 角稍大于但又接近于总应力的φ角。

产生孔隙压力的来源可能有：①外加荷载；②渗透浮托力或砂层中有承压水；③外界的振动，如爆破、地震或机械振动。以浮托力为例，当砂体中某一点的 u等于σ时，抗剪强度

饱和粘性土的抗剪强度 　粘性土的抗剪强度也可用直接剪力仪测定，但它存在着比较严重的缺点：①不能严格控制排水条件；②不能量测孔隙水压力；③试件的破坏面限定在上下匣之间的平面，而不是顺着试件最薄弱的面破坏;④试件中应力和应变分布不均匀。为此,现多用三轴压力仪测定。

影响粘性土的抗剪强度的因素很多，其中以排水条件最为重要。按排水条件试验可分为三种：①不排水剪切；②固结不排水剪切；③固结排水剪切。后一种试验得出的试验结果与第二种差别不大，而要使剪切时的孔隙压力完全消散，必须剪切得很缓慢，这样就需要很长的时间。因此，在实用上一般不做固结排水剪切试验。

非饱和粘性土的抗剪强度 　实用上大多采用总应力法以表述其抗剪强度。

坚硬或裂隙粘性土的抗剪强度 　这类土多数属于高度超压密土，用特制仪器（如环剪仪或往复剪力仪）试验得出的应力-应变曲线（图2a），在峰值之后经继续剪切变形的强度为残余强度。对应于峰值和残余强度的破坏包线分别为AB和CD(图2b),CD线的c′(多数情况之下c′接近于零)和嗘′值远小于AB线的c′、嗘′值。实用上采用残余强度分析坚硬或裂隙粘性土坡的稳定性，并认为比较接近实际。

土的抗剪强度

原位测定土抗剪强度 　在现场直接测定土层不同深度的抗剪强度。其优点是可避免取土、运输和室内试验对土样的扰动及应力释放。原位测定的方法主要有：十字板、旁压仪和静力触探等试验（见土工试验和现场原型观测），通常都是用以测定饱和粘性土层的不排水抗剪强度。2100433B

按剪切变形过程中强度的变化，抗剪强度又分峰值强度和残余强度。 前者是随着剪切变形出现的最大强度值，后者是不断变形后的最终值。在达到峰值应力后的剪切过程中，剪切面上的黏聚力破坏以及粒间咬合力减弱，因而强度降低。资用强度在峰值强度与残余强度之间 。2100433B

体抗剪强度是指岩体抵抗外力剪切破坏的能力。工程上通常采用现场大型试验的方法测定岩体的抗剪强度。通过试验可获取如下资料：①岩体剪应力～剪位移曲线；②剪切强度曲线及岩体剪切强度参数C-m，φm值。