一種膨脹土邊坡淺層破壞土體抗剪強度試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，尤其涉及一種膨脹土邊坡淺層破壞土體抗剪強度試驗 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于膨脹土富含蒙脫石等高親水性礦物，具有顯著的干縮濕脹特性，導致其邊坡 穩(wěn)定性的研究比普通粘土邊坡復雜得多，尤其是其抗剪強度參數(shù)難以準確確定?，F(xiàn)行公路 路基設(shè)計規(guī)范（JTG D30-2004)提出膨脹土的抗剪強度指標應(yīng)采用低于峰值的強度值，也可 采取反算或經(jīng)驗確定指標值，暴露出強度參數(shù)取值的復雜、難以把握與不確定性；另外，為 什么膨脹土邊坡坡率放緩至1 : 2~1 : 3甚至更緩也發(fā)生失穩(wěn)破壞，通常無法解釋，規(guī)范 甚至指出采用常規(guī)土力學方法不能妥善解決膨脹土路塹邊坡的穩(wěn)定問題。
[0003] 經(jīng)大氣干濕循環(huán)作用，膨脹土邊坡常在降雨期或雨后發(fā)生破壞，且絕大部分邊坡 破壞具有淺層性，絕大多數(shù)表層坍滑的深度在1. 〇~2. 5m之間，此時作用在滑動面上土體 的有效法向應(yīng)力約為10~30kPa，遠小于現(xiàn)行公路土工試驗規(guī)程（JTG E40-2007)中直剪試 驗的最小法向應(yīng)力或常規(guī)三軸試驗的最小圍壓（50kPa)。因此，根據(jù)現(xiàn)行公路土工試驗規(guī)程 (JTG E40-2007)測試的膨脹土峰值慢剪強度結(jié)果甚至是殘余強度結(jié)果，采用符合摩爾庫倫 準則的線性方法擬合的強度參數(shù)開展膨脹土邊坡穩(wěn)定分析，計算獲得的邊坡安全系數(shù)顯著 偏大，得不到與邊坡發(fā)生淺層破壞相符的結(jié)果。
[0004] 造成上述現(xiàn)象的原因主要是在膨脹土強度測試時，現(xiàn)行公路土工試驗規(guī)程（JTG E40-2007)中的慢剪（排水直剪）試驗存在以下幾點不足：（1)室內(nèi)試驗土體強度測試時的 受力狀態(tài)與實際邊坡破壞時土體的實際受力狀態(tài)不符；（2)采用符合摩爾庫倫準則的線性 方法擬合強度實驗結(jié)果不能反映真實狀況；（3)沒有考慮干濕循環(huán)的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種膨脹土邊坡淺層破壞土體抗剪強度試驗方法，旨在解 決現(xiàn)行公路土工試驗規(guī)程中的慢剪試驗不能真實反映膨脹土邊坡淺層破壞土體實際受力 狀態(tài)下抗剪強度的問題。
[0006] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種膨脹土邊坡淺層破壞土體抗剪強度試驗方法包括：
[0007] 步驟一、試樣制作：采用環(huán)刀削取原狀土樣，切削時保證試樣與環(huán)刀壁貼合緊密； 平行試驗試樣的密度差和含水率差分別不大于±0. lg/cm3和1% ;
[0008] 步驟二、對試樣進行有荷作用干濕循環(huán)；
[0009] 步驟三、干濕循環(huán)飽和試樣在相應(yīng)垂直壓力下飽和固結(jié)；
[0010] 步驟四、根據(jù)實際抗剪強度大小選擇測力環(huán)，啟動直剪儀，以恒定速度進行剪切， 直至獲得峰值抗剪強度；
[0011] 步驟五、采用改進的冪函數(shù)對試驗數(shù)據(jù)進行擬合。
[0012] 進一步，步驟二所述的對試樣進行有荷作用干濕循環(huán)的具體方法為：
[0013] 將試樣在真空飽和器內(nèi)抽真空飽和，此時限制試樣膨脹，保持體積恒定，真空飽和 完成后，再施加與法向應(yīng)力等效的荷載浸水飽和96h ;然后，將充分吸水膨脹飽和試樣置于 40°C鼓風干燥烘箱中干燥36h，使飽和試樣干燥至恒重；重復上述兩個步驟多次，直至達到 預定的干濕循環(huán)次數(shù)。
[0014] 進一步，步驟二中所述的法向應(yīng)力為 5kPa、15kPa、30kPa、50kPa、100kPa、200kPa 和300kPa ;預定的干濕循環(huán)次數(shù)，根據(jù)實際情況取4~8次。
[0015] 進一步，步驟三中所述試樣飽和固結(jié)條件為試樣的垂直變形等于或小于0. 003mm/ h〇
[0016] 進一步，步驟四中所述測力環(huán)選擇是當垂直壓力為5kPa、15kPa和30kPa時，選擇 的測力環(huán)最大量程為〇. lkN，精度為0. 0025kN ;其它各垂直壓力抗剪強度測試時采用規(guī)范 常用測力環(huán)；恒定速度為〇. 〇lmm/h，以保證試樣為排水剪切條件，也可根據(jù)膨脹土粘粒含 量及脹縮等級選擇更小值。 f Y
[0017] 進一步，步驟五中所述改進冪函數(shù)為r = 〇 f+ Γ 實際操作為將試驗測試 結(jié)果輸入origin軟件中，自定義上述改進冪函數(shù)，以有效法向應(yīng)力〇為橫坐標，抗剪強度 τ為縱坐標，采用最小二乘法進行擬合，獲得（Α，η，Τ)三參數(shù)。
[0018] 式中：T是抗剪強度；σ是有效法向應(yīng)力；Pa是大氣壓力；(Α，η，Τ)是擬合參數(shù)。
[0019] 進一步，采用極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定性，運用geoslope軟件自帶的非線性強度 參數(shù)分析功能基于以下兩式，獲得不同有效法向應(yīng)力下不同條塊土體抗剪強度參數(shù)的有效 粘聚力c和有效摩擦角爐：
[0020]
[0021]
[0022] 式中：c是有效粘聚力；f是有效摩擦角；σ是有效法向應(yīng)力；Pa是大氣壓力；(A， η，Τ)是擬合參數(shù)。
[0023] 本發(fā)明的膨脹土邊坡淺層破壞土體抗剪強度試驗方法有效法向應(yīng)力包含反映土 體實際受力狀態(tài)的較低有效法向應(yīng)力；考慮了大氣干濕循環(huán)作用，且干濕循環(huán)膨脹過程中 施加與剪切時法向應(yīng)力相一致的等效荷載作用；抗剪強度試驗結(jié)果采用改進的冪函數(shù)代替 摩爾庫倫線性函數(shù)進行擬合，能真實反映膨脹土邊坡淺層破壞土體實際受力狀態(tài)下抗剪強 度。本發(fā)明提供的膨脹土邊坡淺層破壞土體抗剪強度試驗方法，可為膨脹土邊坡淺層穩(wěn)定 性分析提供可靠的抗剪強度參數(shù)，從而合理解釋膨脹土邊坡淺層破壞問題，并為土工格柵 加筋柔性支護等有效處治措施提供理論支撐。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明實施例提供的膨脹土邊坡淺層破壞土體抗剪強度試驗方法流程圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明實施例提供的法向應(yīng)力和抗剪強度對應(yīng)關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0026] 為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
和特點，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細 說明如下。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明實施例的膨脹土邊坡淺層破壞土體抗剪強度試驗方法包括：
[0028] S101、試樣制作，采用環(huán)刀削取原狀土樣，切削時保證試樣與環(huán)刀壁貼合緊密；平 行試驗試樣的密度差和含水率差分別不大于±0. lg/cm3和1% ;
[0029] S102、對試樣進行有荷作用干濕循環(huán)；
[0030] S103、干濕循環(huán)飽和試樣在相應(yīng)垂直壓力下飽和固結(jié)；
[0031] S104、根據(jù)實際抗剪強度大小選擇測力環(huán)，啟動直剪儀，以恒定速度進行剪切，直 至獲得峰值抗剪強度；
[0032] S105、采用改進的冪函數(shù)對試驗數(shù)據(jù)進行擬合。
[0033] 進一步，步驟S102所述的對試樣進行有荷作用干濕循環(huán)的具體方法為：
[0034] 將試樣在真空飽和器內(nèi)抽真空飽和，此時限制試樣膨脹，保持體積恒定，真空飽和 完成后，再施加與法向應(yīng)力等效的荷載浸水飽和96h ;然后，將充分吸水膨脹飽和試樣置于 40°C鼓風干燥烘箱中干燥36h，使飽和試樣干燥至恒重；重