含水量和应力状态对晋西黄土抗剪强度的影响研究

摘要

土的抗剪强度参数在边坡工程、路基工程及基坑工程的稳定性评价中是关键指标,因此对土的抗剪强度参数的研究一直以来是岩土领域的热点问题。本文以晋西地区黄土为研究对象,在收集资料及野外测坡取样工作的基础上,通过室内常规物理指标试验、不同含水量下原状土样的直快剪试验和三轴不固结不排水试验,分别测得了晋西地区不同地层黄土的各类抗剪强度指标。主要开展了以下工作:
　　 1.通过直剪试验,表明土的抗剪强度随着含水量的增加而降低,参数变化显示如下特点。粘聚力c与含水量ω的关系曲线呈座椅状,当含水量小于12％左右时,随着含水量的增大,粘聚力c降低迅速,当含水量在12％～23％之间时,随含水量的增大,粘聚力降低缓慢,降低幅度小,当含水量大于23％左右时,随含水量的增大,粘聚力降低趋势再次变陡。直剪试验条件下,随着含水量的增大,内摩擦角ψ变化趋势不明显,其取值大致在14°～32°范围内。绘制内摩擦角与粘粒含量的关系曲线发现,随着粘粒含量的增大,内摩擦角外包线中间大,两端小,粘粒含量在20％左右内摩擦角出现峰值。
　　 2.三轴不固结不排水剪切试验反映出,随着含水量的增加,抗剪强度参数c降低,在小于12％左右含水量时,降低趋势较陡,大于12％含水量后,降低趋势变缓。随着含水量的增大,内摩擦角呈线性降低,且相关性较好。同时,同一含水量下的同种土三轴抗剪强度参数c值比直剪试验大,ψ值无明显规律。
　　 3.根据三轴不固结不排水试验现象,将三轴试样破坏方式分为三种,分别是劈裂破坏、剪切破坏和蠕变破坏。总结了三种破坏方式的典型应力-应变曲线,同时分析了每种破坏方式与应力和含水量之间的关系。
　　 4.依据粘粒含量、干密度、饱和度三个基本物理指标将黄土分为27类,并以本次三轴压缩试验数据和甘肃三轴剪切数据为数据源,计算得出每类黄土的抗剪强度参数的建议小值、大值及均值。
　　 5.基于野外极限状态坡的坡形参数,利用有限元软件Midas建立二维边坡模型。将不同试验条件和不同含水量下的强度参数带入模型中进行反演分析,结果表明,边坡稳定性评价时,若选取直剪试验条件下抗剪强度参数,应选取塑限含水量附近时的抗剪强度指标,若选取三轴压缩试验条件下的抗剪强度参数,应选取含水量23％附近的抗剪强度参数指标。