基坑施工中渗流对土抗剪强度的影响（图）

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1、基坑施工中渗流对土抗剪强度的影响（图）摘　要：两种不同工况的试验结果表明，深基坑施工中渗流对土的抗剪强度的影响是明显的，且工况不同其影响也不同.关键词：渗流；　抗剪强度；　相对水头；　最大主应力差比；　轴向应变　　近年来，随着城市建设的加快，深基坑工程越来越多，修建的基坑逐渐向大深度大面积发展.但基坑失稳事故屡有发生，故需要改进和完善现有的设计理论.深基坑工程大多位于市区，土体已沉积完成.渗流是由于基坑开挖施工切断地下水通道而形成的.挡土结构前后的水头差随施工开挖深度的增加而增大，产生不稳定渗流.渗流场的改变影响应力场的变化，而应力场的变化又致使渗流场的水力特性发生改变

2、.渗流水头差的增大又使得孔隙介质中的水运动趋于强烈，从而影响到支护结构及工程的稳定性.可以说，渗流是改变支护系统反应的重要因素，它往往控制着工程的稳定，因此渗流的影响不容忽视.　　在理论分析和计算中渗流作用早已引起重视.R.J.Finno［1］基于Biot固结理论，建立了固结变形-渗流耦合的有限元格式，考虑了固结及渗流的作用；His和Small［2］针对水下开挖，考虑了瞬变自由边界位置的影响，对土体变形和地下水渗流进行耦合分析，其计算结果与实测的吻合较好；魏汝龙［3］认为，如果挡土墙前后水头差很大，且土的渗透性较好或工期较长，在计算土压力时宜考虑渗流力的影响.然而，理论

3、结果的可靠性在很大程度上取决于土的力学指标的正确.为了获取正确的土的力学指标，应尽可能使试验条件与现场条件一致.鉴于现场条件的复杂多变，为了适应工程设计，只能把握主要影响因素，使试验条件能大致模拟现场条件.渗流是深基坑工程的重要影响因素之一，并在开挖过程中始终存在，而强度指标又是基坑设计中不可缺少的重要指标，因此，确定强度指标时考虑渗流的影响，尤其是水力梯度较大时的渗流影响，具有理论和现实的意义.　　土的抗剪强度反映土体对外荷产生剪应力的抵抗能力.对于同一初始状态的同一种土，试验方法和试验条件不同，所得强度指标也不同.所以，确定抗剪强度时，所采用的试验方法和试验条件应尽

4、可能符合实际受力状况.本文在确定强度指标的试验中，考虑了两种工况的渗流影响：(Ⅰ)土体中存在渗流作用，水位降低后，在周围压力作用下，孔隙水从土中排出的土体；(Ⅱ)渗流作用始终存在的开挖侧土体.1　试验仪器和试验方法　　在常规三轴剪力仪的基础上，改进并重新设计了一些仪器设备，以模拟上述两种工况.增加了水箱、加压系统及进、出口计量仪器等.水箱要有足够的容量，以保证试验过程中的渗流用水，加压系统保证试验所加水头并能保持恒定，计量仪器用于量测水量.本次试验水箱容积为50　L，加压系统采用空压机.　　工况Ⅰ是在某一周围压力下，施加水头，并保持到进、出水量相同(试验过程大约需要3　

5、h左右).然后去除水头压力，待孔隙压力为零时，根据土质选择剪切速率开机试验；工况Ⅱ是在某一周围压力下，施加渗透水头并保持试验过程中不变，当进、出水量相等时开始剪切.其它试验要求和试验步骤参见文献［4］.本次试验采用取自淮阴人防工程工地的粉土.其物理性指标和颗粒分析曲线分别见表1和图1.表1　粉土物理性指标（略）Tab.1　Parametersofsilt图1　粉土颗粒分析曲线Fig.1　Gradingcurveofsilt2　试验结果2.1　工况Ⅰ的试验结果　　土的应力-应变曲线、相对水头与最大主应力差比关系曲线及相对水头与强度指标关系曲线分别见图2～图5.为便于分析，

6、采用无量纲值：相对水头为试验水头与大气压力之比；最大主应力差比为不同水头、相同周围压力下的最大主应力差与常规三轴试验的最大主应力差的比值(下同).图2　轴向应变-应力关系曲线Fig.2　Relationshipbetweenaxisstrainandstress图3　相对水头-最大主应力差比关系曲线Fig.3　Relationshipbetweenrelativewaterheadandratioofmaximummainstressdifference图4　相对水头-粘聚力关系曲线Fig.4　Relationshipbetweenrelativewaterheadan

7、dcohesion图5　相对水头-内摩擦角的关系曲线Fig.5　Relationshipbetweenrelativewaterheadandangleofinternalfriction从图2可见，主应力差达到峰值后随着应变的增加而增大，曲线开始阶段较陡，达到峰值后，迅速减小；当周围压力较小时曲线缓慢降低，而当周围压力较大时，主应力差随应变的增加迅速减小，出现软化特征.从图3可见，随着水头的增加，最大主应力差比也随之增大，而且周围压力较大时增加迅速.从图4和图5可见，强度指标均随相对水头的增加而增大，表明固结后的土体颗粒发生移动和错位，