[精品]土的抗剪强度指标的取值研究

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1、卞首蓉1陈贵喜2(1•三峡电力职业学院建筑工程系，湖北宜昌443000；2.北京振冲股份有限公司，北京100102)摘要：土的抗剪强度是土体的重要力学性质之一，作为工程设计重要的基础资料，与工程建筑物的稳定和止常使用有着密切关系。土的抗剪强度指标©、c是一对随机变量，必须选择合适的统计方法，分析其统计规律，以保证设计取值的合理与可靠，©、c的相关性影响着工程的可靠度指标；含水量的变化，施工开挖过程等也会对抗剪强度指标值产生明显影响。本文将说明在工程中应用土的抗剪强度参数值应注意的一些问题。关键词：抗剪强度指标；统计特征；相关性；施工彩响；取值1•引

2、言土是一种非连续、各向异性明显的多孔松散堆积物，即使是同一土层，其性质仍有一定的差异。它既不是理想的弹性材料，也不是理想的塑性材料，土的三相组成使其工程性质表现相当复杂。土的抗剪强度是工程设计屮极其重要的彩响因素，在工程上的应用很广，主要冇下列三个方面：(1)地基承载力与地基稳定性；(2)土坡稳定性;(3)挡土墙及地下结构上的土压力。其间都包含了土的强度值或强度指标的作用。因此，土的抗剪强度指标值的选取将直接影响到分析结果的精度和实际工程的可靠性。2.土的抗剪强度指标基本值的确定2.1±的抗剪强度指标“、c的统让方法土的抗剪强度指标(I)、c值通常

3、是由试验获得的[1,2],各种仪器的构造与试验方法都不一样，测定的强度值也不同。利用现冇的测试设备和技术条件，欲准确测定土的抗剪强度指标是较为困难的，只能作近似模拟。在《规范》(GB5007-2002)屮明确规定一般应选用三轴UU或CU试验测定强度指标。土的抗剪强度一般用摩尔〜库仑公式表示为Tf=C+Otg（1）,试块抗剪强度参数有摩擦系数tge和粘聚力c两个，理论上需要对该试块作两次以上的强度试验，但由于材料强度试验的不可逆性，任一试块的抗剪试验只能做一次，所得试验结果只有一对（e、C）［3］o此外，土的形成年代和成因对土的工程性质有很大影响,不

4、仅不同地点的土性质差别很大，即使同一地点，同一层土，其性质也随位置不同而变化。因此，土的抗剪强度指标（1）、C作为一对随机变量，获取其基本值通常需要做多组试验。每组在n级压力。j（j二1,2,・・・，n）下剪切，剪切试验结果为Tij（i=l,2,m）,对第i组试验结果按摩尔〜库仑公式冋归求得该组试验的冋归值为4>i、ci值，再把不同组的©i、ci结果按常规统计方法求得4）、c的均值和方差［4］。根据土力学有关问题的基本假定，土的抗剪强度指标是反映均匀土体平均强度趋势的参数，在对试验数据进行统计时，应根据土休的受力影响范围来确定一定的统计空间范围。分

5、析中应注意指标测定误弄的互相影响。2.2土的抗剪强度指标4）、c的分布特征在岩土工程可靠性分析中，各参数概率分布类型的不同将影响可靠度指标的计算结果。工程上常用的分布特征有三种：正态（N）、对数止态（IX）和极值1型（E1）分布。e由于变异系数较小，可同时接受止态分布和对数止态分布，对数止态分布更适合作为e的最优概率分布形式；C的变异系数一般较大，通常情况下，c也可同时接受正态分布与对数正态分布；"与tg"的概率检验曲线几乎完全相似，两者服从相同的概率分布［5］。2.3土的抗剪强度指标“、c的统计相关性土性指标与其所处的空间位置有关，各土层©、c均

6、具有空间自相关性。随着两点距离的增加，这种相关性减少；反之，自相关性增加。土的相关距离是决定自相关性的关键因索［6］。以线性相关系数r来表示tge与c之间的相关程度［4］,即r=B,tg（l）、c相关系数r多在一0.2—0.8之间，尤其是在一0.6—0.8区间分布最多，即tg©、c间存在着较强的负相关性。另根据实际统计计算结果，tg*、c和关系数与e、c相关系数非常接近，其间差异忽略不计对分析结果无明显影响，可认为<1）、c相关性等同于c的相关性。2.4土的抗剪强度参数的可靠度分析由于土体材料的非线性，同一土体不同样本的抗剪强度参数“、c呈现随机性

7、，且具有强负相关性，因此，现有统计方法因样本数量不足，无法反映抗剪强度指标真实的变异性，统计得到的抗剪强度指标可能不准确。将可靠度理论应用于抗剪强度参数分析。先将（1）、C这对貝有相关性的正态变量转换为不相关的正态变量ei、Cl［4］,<1>1=<1）,cl=c-Brtg（b,可以证明（1）1、cl的相关系数为零，e与e相同，而cl多符合正态分布。从提高计算精度的角度出发，选取泰勒级数的部分二次项，采用超低维曲面近似极限状态面，推导出可靠度计算公式［3］,这种方法适用于小样本，且能够给出不同保证率下的抗剪强度参数结果，适用于实际工程设计。2.5抗剪

8、强度指标“、c的相关性对工程可靠度的影响许多土工问题如稳定、承载力、土压力等都取决于©、c的大小、变异性及其相互间的相关性