论文发表指导,期刊推荐,国际出版
论文发表指导,期刊推荐,国际出版
学术出版，国际教著，国际期刊，SCI，SSCI，EI，SCOPUS，A&HCI等高端学术咨询
来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2011-07-14浏览：100次
摘要：本文结合斐济Nadarivatu水电站基坑支护和边坡治理的设计施工，对含砾石粘土的抗剪强度进行了野外试验，对其影响因素进行了研究和探讨，同时对其设计及边坡治理提出建议，为类似工程的施工提供一定的借鉴和参考。
关键词：工程地质，抗剪强度，粘聚力，内摩擦角
1概述
斐济群岛共和国位于南太平洋，由333个岛屿组成，其中最大的岛屿为VitiLevu岛，占斐济国土面积的近60％。南德瑞瓦图（Nadarivatu）水电站工程位于VitiLevu岛中北部，主坝设计为混凝土重力坝，最大坝高41.5m，坝顶长度87.835m，最大库容2,000，000m3。边坡设计高约20-50m，主要由含砾石粘土和火山角砾岩组成。
含砾石粘土从地质成因上属于坡残积物，为火山碎屑岩的风化产物，细粒土岩性为粘土，多呈红棕色，单层最大厚度超过12m。该粘土根据试验资料，具有非常特殊的物理力学性质，如：含水量平均值56％；干密度为13.6kN/m3；湿密度为15.2kN/m3；液限77；塑限39；无侧限抗压强度34kPa。最优含水量38％，最大干密度13.9kN/m3，粘聚力为25-36kPa，内摩擦角在12-21度之间；砾石含量多在20－70％，以小于200mm的砾石为主，少量为漂石，最大粒径达到数米，少量砾石具有磨圆度，大部分为棱角状，分布不均，几乎不具有成层性分布。那么这样的含砾石粘土的抗剪强度如何确定？下面结合现场试验资料以及试验过程中出现的一些问题进行简要分析。
2含砾石粘土特性描述
2.1粘土
我们在工程区周围出露的粘土层中不同深度、不同位置采取试样进行室内试验分析，首先我们先对试样进行X射线衍射分析，以确定其矿物组成，根据X射线衍射测试结果，该粘土由大量管状多水高岭土矿物组成，疏松多孔状结构中填充有蚀变的蒙脱石矿物。
从野外地质勘察中也可以观察到，该粘土具有挤压析水以及失水后出现收缩而出现裂缝等现象，可以看出该粘土具有轻微的“干缩湿胀”特性。随着土的含水量的变化，粘性土的体积也会发生变化。当粘性土的含水量增加时，由于土在浸湿过程中使结合水膜变厚，土粒间的距离增大，土的体积将发生膨胀；反之，当粘性土的含水量减少时，由于土粒间的结合水膜变薄、土粒间距离减小，土的体积发生收缩。这种由于含水量变化而引起土的体积变化的性质，即土的遇水膨胀和失水收缩的特性称为土的胀缩性。粘性土的胀缩性容易使工程土体产生不均匀变形，对建筑基坑、路堤、路堑及围堰等工程边坡的稳定性造成不利影响。
从粘土结构上看，团聚结构的孔隙中主要为结合水和空气所充填，并对土体压密起阻碍作用，有如下主要特征：
（1）孔隙度很大（多在50-60%），而各单独孔隙的直径很小，局部是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但孔隙度更大，因此，土的压缩性更大。
（2）含水量很大，往往超过50%，且以结合水为主。排水困难，压缩过程缓慢。
（3）具有较大的易变性、不稳定性。外界条件变化（如加压、震动、干燥、浸湿以及水溶液成分和性质变化等）对它的影响很敏感，且往往使之产生质的变化，故团聚结构又称为易变结构[1]。
2.2卵砾石
砾石岩性主要以柱状玄武岩和块状玄武岩的碎块组成，粒径在2mm-40mm不等，平均粒径为28mm，最大粒径在1000mm左右，不过含量极少，部分砾石具有次磨圆-磨圆状，大部分为棱角状，分布不均，局部具有集中分布的现象，从含砾石粘土构造上来看属于结核状构造：由均匀分布的土粒和大小不等的砾石所共同组成。
从土的结构和构造反映了土的物质成分的连结特点、空间分布和变化形式,我们可以看出该地区火山喷发后曾经存在过比较长时间的沉积环境，产生了火山碎屑岩沉积，历经数万年风化而形成的厚层含砾石粘土。
在实际的工程施工和基坑开挖过程中，都会对含砾石粘土产生一定的扰动和破坏，造成边坡应力的重分布，加之不可预测的降雨和施工震动等因素都会对含砾石粘土的抗剪强度产生影响，为了提供较为符合地质实际情况又经济合理的剪切强度进行边坡和基坑支护设计，我们在现场结合不同含砾率和不同粒径的含砾石粘土进行了现场的剪切试验。
3现场载荷破坏试验
3.1试验准备
为了保证天然的应力状态以及为了拟合基坑和边坡开挖的实际地质情况，我们在工程区内选取了5处边坡，坡高在5-9m不等，坡比1：0.5-1：1.0之间，然后我们在边坡的周围对粘土和砾石分别进行取样和筛分试验。同时对该边坡进行大比例尺测量，标出边坡周界利于后期计算。
加载荷载采用现场定制的预制混凝土试块，每块重1吨。
由于工地条件限制，不能够进行每级荷载作用下的变形测量，只能用坡面测量的位移代替，所以所有试验均加载至破坏。试验按照《美国ASTM土和岩石特种规程》[2]进行加载，以预估破坏荷载为基准分十级进行加载，若边坡上的测量点位移超过2mm后，每级荷载改为2吨，加载时间间隔为1个小时。
为了准确判断滑动面的位置，我们在坡面和垂直于坡面的边坡中下部各钻取了一排6-9m深的钻孔，孔径为45mm，孔内灌入石灰，并夯实，当滑坡体发生破坏时，孔内的石灰柱就会发生错动，易于找到滑动面的位置[3]。
对于试验破坏后的断面进行大比例尺精确测量，计算滑坡体的体积，清整后的边坡的破坏面进行精确测量，以确定实际的滑动面
3.2试验结果
试验成果的整理参照了《工程地质手册》（第四版）中关于边坡计算和剪切强度计算公式，然后我们根据试验结果绘制曲线，由于测量精度有限，只能粗略的确定含砾石粘土的凝聚力（C）和内摩擦角（∮），针对于不同粒径和不同含砾率含砾石粘土的试验结果如下表3.2.1所示：
表3.2.1现场载荷破坏试验记录表
3.3试验结果分析
从试验结果看，含砾率超过60%后，剪切强度明显降低，含砾率在40%-50%之间时，剪切强度最高，同时粒径过大，不均匀性就会变差，抗剪强度也较低，平均粒径较低，在20-50mm左右，属于镶嵌在粘土中，砾石之间相互不发生碰撞和变形，可以充分发挥粘土的高粘聚力，同时还可以增加粘土土粒间的摩擦，增大摩擦角。[!--empirenews.page--]
在试验的过程中，我们发现粘土的含水率对抗剪强度的影响是不可忽视的，由于1组和5组粘土的含水率均在18%-20%之间，高于其它2组和4组的14%-16%，造成1组和5组的抗剪强度偏低。
结合试验结果我们根据含水率、施工震动以及降雨等因素对含砾石粘土的抗剪强度进行了适当的修正[4]，给出含砾石粘土抗剪强度建议值见表3.3-1
表3.3-1含砾石粘土抗剪强度建议值表
通过施工开挖和边坡支护过程监测结果表明，上表中给出的含砾石粘土的抗剪强度指标不仅保证了施工过程中边坡和基坑侧壁的稳定，而且比较经济合理。
4结语
上述含砾石粘土的抗剪强度是根据特定的环境条件、地质条件和施工条件总结出来的，可能存在一些不甚完善的地方，诸如粘土含水率的控制、位移的准确监测以及加载等级的细分等等，在试验分析研究以及数据整理过程中，各种影响因素十分复杂，建议类似工程应根据具体的技术要求和不同运行工况合理选用。希望本文能够对含砾石粘土抗剪强度的确定、处理和施工有一定的借鉴作用。
参考文献：
[1]洪波，吕艳兵等，《海河水利》天津：《海河水利》编委会2010.6，21-23.
[2]Clayton,C.R.I.,《美国ASTM土和岩石特种规程》
[3]《工程地质手册》编委会.工程地质手册（第四版）.北京：中国建筑工业出版社，2007.234-234.
《含砾石粘土抗剪强度的确定和分析》
本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问
文章名称： 含砾石粘土抗剪强度的确定和分析
下一篇：浅谈沥青混合料配合比设计注意事项
扫码关注公众号
微信扫码加好友
职称驿站 www.zhichengyz.com 版权所有 仿冒必究 冀ICP备16002873号-3
