解析均质土坝压实性填土的抗剪强度及影响因素分析

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1、均质土坝压实性填土的抗剪强度及影响因素分析11訾剑华杨勇[摘要]结合对徐州地区中型水库均质土坝的勘察和稳定验算，讨论堤坝填土的抗剪强度问题，给出区内压实性填土的干密度与抗剪强度，饱和度比与内凝聚力比及摩擦系数比之间的经验关系。[关键词]压实性填土非饱和土饱和度抗剪强度1.密度与含水量的关系坝料土的抗剪强度、堤坝的几何形态和坝基强度，是确定堤坝是否稳定的主要因素，无论是设计计算还是加固验算，坝料的抗剪强度都是十分重要参数。作为坝料的压实性填土其强度与土料的矿物成分、亲水性质、土料级配、粘粒含量及压实程度等因素有关，在这些物性条件一定的情况下，土的密度和含水量与其强度的关系密

2、切。当含水量较低时，土颗粒间结合水膜比较薄，相对位移要克服的剪阻力也比较大，所以不易被压密；当土体含水量增加到最佳程度，土颗粒间结合水膜变厚相对位移要克服的剪阻力减小，在一定的能量作用下就可以达到相对最大的密实状态；当土体含水量大于最优含水量时，土体中有自由水存在而粘性填土的排水性又比较差，土体受能量作用时会产生较大的孔隙水压力，不利于碾压，容易形成“橡皮土”或形成剪切破坏层，导致其抗剪强度下降和渗透性增加，对堤坝稳定不利。有关规范和手册针对各类岩土特点给出了填料的设计指标与其他土性指标之间的经验关系或经验值，主要是含水量与密度的关系，如：最大干密度、最优含水量与液、塑限

3、的关系等；尤以粘性土填料的经验公式比较多，而且均来自工程实践，反映了填土密度与含水量的密切关系，以及含水量对填土密度的控制作用。控制含水量的实质是限制孔隙水压力的发展，控制填料密度是为了保证抗剪强度指标的稳定性。2.压实填土的抗剪强度压实性填土属非饱和土，抗剪强度函数可表达为τ(σ，ρ，w)，当密度一定，其抗剪强度函数为τ(σ，w)，即抗剪强度与其应力状态和含水量相关。Bishop(1960)把有效应力原理推广到非饱和土力学中，建议非饱和土的抗剪强度公式为：cxtg(1)fffafawfDelwynG.Fredlund(1978)认为

4、非饱和土的抗剪强度需要用净应力(σf-μa)和吸力(μa-μw)两个应力变量表达：,,bctgtg(2)fffafawf卢肇均等(1995)提出以膨胀压力(ps)代替吸力表达非饱和土的抗剪强度：,,,ffcfaftgmpstg(3)1徐州市水利建筑设计研究院。185此外，卢肇均等关于吸附强度的试验和表达：cT=c+τs’是十分直观的，而且通过常规试验就可以得到，即总内凝聚力(cT)为真凝聚力(c)与吸附强度(τs)之和，吸附强度(τs)为τs’=cT-c，真凝聚力(c)由饱和土样试验得出。以上公式都表明非饱和土的抗剪强

5、度由总凝聚力和摩擦力构成，而总凝聚力由土的结构凝聚力和由基质吸力产生的表观凝聚力组成，只是对土基质吸力产生的强度表达方式不同。b以上各式中的x、φ、mps值均与土的饱和程度有关，其实质还是与土体的含水量有关。几十年来，Bishop(1955)、沈珠江(1963)、Blight(1967)谢定义(1999)等先后提出不同的确定xb值的公式和方法。受仪器、方法等因素的限制以上公式中有关参数(x、φ)比较难以测定或无法准确测定，所以一直无法应用到实际工程中去。为了解决应用方面的问题WanapalliandFredlund(1995)提出用土水特征曲线预测土基质吸力产生的抗剪强度

6、，并将非饱和土抗剪强度表达为：,,,fcnatgawr/srtg(4)包承纲等(1999)分析并用对数方程表达土水特征曲线，导出基于土水特征对数曲线的非饱和土的抗剪强度实用公式：,,,，fcnatgawpqlgawtgφ(5)该法避开了非饱和土有关参数难以测定的问题，只需进行饱和土的三轴试验和土水特征曲线试验就可以计算某一应力状态下的非饱和土的抗剪强度。杨代泉和沈珠江(1992)的试验表明：非饱和土的抗剪强度主要与土的应力状态和体积含，水率有关，有效内摩擦角φ与破坏体积含水率(

7、θw)无关，凝聚力与破坏体积含水率有良好的线性关系：,c462.91152θλa(6)wfccwf凝聚力随破坏体积含水率降低而增大，亦即土体含水量越大强度越小，反之亦然，并给出非饱和土的抗剪强度公式：,,atg(7)fccwfnf(2.5)和(2.7)式中有关参数都可以在三轴仪上测定，也能应用到工程当中去，但相对而言，卢肇均等关于吸附强度的表达(τs’=cT-c)与杨代泉和沈珠江的经验关系思路简便，表达直观，容易在实际工作中实现。从宏观角度考虑，既然非饱和土的抗剪强度主要与土的含水量有