工程建设中淤泥质砂土剪切指标的确认研究

工程建设中淤泥质砂土剪切指标的确认研究

刘蕾

37142119830618002X  山东省德州市陵城区住房和城乡建设局

摘要：受采取原状砂样设备等因素限制，我国各地砂土剪切指标一般依据标贯击数按规范查值并结合地方经验确定。淤泥质砂土含有较多粉粘粒，理论分析粉粘粒对其剪切指标有影响，应该有粘聚力，对淤泥质砂土粘聚力通常按0kPa取值，内摩擦角则根据标贯击数参考地方地基基础规范中砂土的经验公式计算并结合地方经验综合确定。该规范中的计算公式是否适宜淤泥质砂土、是否考虑淤泥质砂土中粉粘粒产生的粘聚力影响、还是将此类影响等效至内摩擦角等都鲜有研究，故无法准确判断勘察报告提供的剪切指标的合理性。为此，勘察单位对原详勘报告中提供的淤泥质砂土的剪切指标的合理性进行复核确认研究。

关键词：工程建设；淤泥质砂土；剪切指标确认

引言

柠檬的剪切能力受外部和内部因素的影响，包括温度、应力状态、应力历史记录、排水条件、载荷方式等。在某些情况下，内部因素，即砂粒本身的特性，如粒度、形状、表面特性、矿物组成等。是复杂的，但不能忽略。因此，研究颗粒特性对剪切砂性能的影响机制对于解决边坡稳定性和建筑地基承载力问题很重要。

1勘察报告淤泥质砂土剪切指标建议值

根据经验和习惯做法，勘察报告中各淤泥质砂土的粘聚力一般建议为0kPa，内摩擦角则根据现场标准贯入试验击数确定砂土密实度后，结合附近已有勘察资料、地方经验和地方规范综合分析后确定。勘察报告中关于3个工点淤泥质粉细砂＜2－2＞层的天然快剪的内摩擦角建议值见表1。统计标准贯入试验数据显示，涉及工点淤泥质粉细砂＜2－2＞层力学性质较为接近，均处于松散状态，其内摩擦角建议值也基本相同，为24～25°。

2颗粒级配的影响

对于两种密度相同的砂类，颗粒级配较好的厚砂粒之间的间隙可以填充为颗粒目的，颗粒之间的裂纹较大，剪切和挤压现象较明显，剪切强度较高。Cu不对称系数为参数郭红等人制备了不同人工质量的沙土样品，并在室内直接剪切试验的基础上，通过离散数值模拟，给出了Cu和Cc对摩擦角的综合影响曲线，证明沙土样品的销毁是一个渐进的销毁过程Simoni和Houlsby进行的直接剪切研究表明，随着Cu不对称系数的增加，砂砾混合的Cu不对称系数会增加，临界摩擦角也会线性增加。室内三轴试验和数值模拟研究表明，对于密度相同的玻璃球体和霍斯戴勒砂，无排水剪切强度随着Cu的增加而降低，临界状态参数相对Cu不平等系数而言不是线性的。研究表明，粗颗粒是土壤的基本骨架，使沙子能够抵抗变形，而沙子中的细颗粒是土壤中不同种子群之间连续填充孔隙的基本要求。粗粒和细粒共同形成砂粒，因此颗粒细粒含量的变化也可能直接导致砂粒度的差异，从而影响砂粒性能。

3颗粒间孔隙的各向异性

随着轴向变形的增加，致密砂内孔隙的各向异性发生变化。无论是大孔还是小孔，优势的主要方向都是垂直的，并且存在明显的各向异性。随着轴向变形的增加，各向异性的程度以及大孔和小孔的应力和变形曲线非常一致。在切割开始时，大孔和小孔的各向异性减小，因为切割开始时的垂直偏压使水平孔更容易首先被复盖破坏，因此大孔和小孔优点的主要方向很快从水平方向转向垂直方向。在剪切过程中，大孔隙和小孔隙的各向异性不断增大，直至应力达到最大值，这表明垂直排列的趋势越来越大；在最大应力后，大孔和小孔的各向异性会根据应力应变曲线变化规律逐渐减小并达到稳定值。

4模型建立与参数设置

砂离散构件模型的尺寸设置为60 mm x 25 mm，以匹配实际剪切试验。为了满足非粘性粘土的特性，粒子间接触模型采用线性弹性接触模型。示例中的主要参数是粒子之间的法向接触刚度和切向接触刚度、墙刚度、摩擦系数和初始孔隙率。从双轴向砂试验的颗粒流模拟结果出发，发现详细视图颗粒摩擦系数是影响数值砂模拟性质的重要因素。为了避免扭曲，本文的摩擦系数为0.5。根据散射材料的弹性理论，颗粒间接触刚度是确定土壤弹性模量的重要参数。当粒子之间的接触刚度值介于108到109帕之间，且粒子的正常接触刚度与切向接触刚度的比率介于1到3之间时，模型收敛良好。粒子之间的法向接触刚度为1.5×108 pa，切向接触刚度为1.0×108 pa，两个刚度之间的比率为1.5，符合模型的良好收敛条件。当粒子数大于2，000或最小粒子大小与采样长度之比小于0.01时，粒子流模型的大小效果研究可以提供更好的稳定性。要使每组模型满足要求，请将沙子颗粒的大小减小到实际大小的三分之一(以增加颗粒数)。样品生产后，应用伺服使法向载荷坚硬，稳定后，顶壁以一定速度切割，同时保持法向载荷恒定，剪切率与实际试验相同，剪切位移达到5 mm时，剪切位移即完成。细节参数如孔隙度。

5室内试验

为进一步查明砂层的剪切指标，在拟建施工场地内采用泥浆护壁回转钻进工艺实施了3个钻孔的钻探。为保证砂土采样质量，钻进中采用TS-3型三重单动取土器对不同深度的淤泥质粉细砂层采取原状试样共19份，取样当日即送试验室进行天然快剪试验，试验成果统计。表中钻孔MG2Z4－DS-BK01深度4.0～5.0m中因局部含有粉粘粒团，导致少数样本粉粘粒含量较高，这与该孔统计的粘聚力相对较高、内摩擦角相对较低也是相符的。淤泥质粉细砂层粉粘粒含量较高，一般在40%～50%之间，粉粘粒使该层土具有约3～7kPa的粘聚力，这与淤泥质粉细砂的成份组成是相符的。淤泥质砂土层的粘聚力大小与其粉粘粒含量大小具有对应关系，粉粘粒含量越大，粘聚力也越大。

6大、小孔隙与强、弱力链的联系

大孔隙和小孔隙致密砂中强弱力链数目的变化和分布，大孔隙中强弱力链的初始数目分别为8739和9061，小孔隙中的初始数目为9917和13240。结果表明，大型孔隙中强链的数量随着剪切而减少，在最大应力后稳定下来，而弱链的数量在剪切过程中几乎保持不变；在较小的孔隙中，强链和弱链的数目随着剪切而减少，但强链的数目减少得更快，强链和弱链的数目在最大应力后保持稳定。这是因为强链往往形成小孔，弱链往往形成大孔。这符合上述结论，即强链的各向异性比弱链的各向异性大得多，孔隙由粒子组成，实际上被相邻的粒子力链包围，这在某种程度上表明了孔隙的各向异性，因此由链形成的小孔隙随着剪切，大孔中的力链对总应力的贡献小于小孔中的力链，弱力链对剪切力的贡献几乎为零，弱力链的比例越高，弱力链对剪切力的贡献越小。因此，较大的孔隙对局部应力的作用较小，即剪切带承受较小的外力，但对试样的剪切作用较大。小型孔隙对总试验应力的贡献大于大型孔隙，因为小型孔隙中强链的比例高于大型孔隙，即小型孔隙能够承受更多的外力，对局部应力的贡献更大。

结束语

淤泥质砂土不同于普通净砂，采用标贯法确定其剪切指标时，选用的经验公式应通过多种方法识别其适宜性;使用室内试验实测值进行建议时，不应忽略粉粘粒产生的粘聚力对抗剪强度的贡献。

参考文献

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