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从土的剪切试验分析滑坡

发布时间:2015-07-30 10:25

摘 要:为了解滑坡产生机理,通过不同压力下、不同含水率的土样的剪切试验对比,测得其内聚力及内摩擦角,结合土的力学性质,具体分析滑坡发生的机理。并通过对试验结果的分析为治理滑坡提供可靠依据。

关键词:剪切试验,土的性质,滑坡
滑坡是山区常见的一种地质灾害,是斜坡上存在的软弱面或软弱带上的岩土物质作整体性下滑的运动。发生滑坡是诸多内因和外因相互作用的结果。在引起滑坡的内因中,土的力学性质起着关键性作用,其中土压力和含水率与土的抗剪强度有着密不可分的联系,因此,正确分析土的抗剪强度对有效的防治滑坡具有深刻的实际意义。本文从土的剪切试验入手,通过分析不同荷载及不同含水率对土的抗剪强度的影响,进行滑坡机理的探讨。
  1.实验部分:
  1.1使用仪器:
  应力控制式直接剪切仪,天平,修土刀,环刀等
  1.2实验部分及记录
  1.2.1不同荷载对土的抗剪强度的影响
  取相同试样4个,在四种不同压力下做剪切试验,垂直压力分别为0.1MPa,0.2MPa,0.3MPa,0.4MPa。实验数据记录如下表1
  表1  直剪仪测定土的抗剪强度实验记录(快剪)

  1.2.2不同含水率对土的抗剪强度的影响
  取四个相同粘土土样,分别测定其在天然状态和饱水后的抗剪强度。实验数据记录如下表
  表2  土的性质指标

  1.2.2.1
  测定粘性土在天然状态下的抗剪强度,实验数据记录如下表
  表3  直剪仪测定土的抗剪强度实验记录(快剪)

以抗剪强度为纵坐标,以垂直压力为横坐标,绘制剪应力—法向应力关系曲线(如图1)。
  
  
  C=31.15kpa  =32.90°
  图1  粘性土不饱和抗剪强度曲线
  1.2.2.2测定粘性土在饱水状态下的抗剪强度,实验数据几率如下表4
  表4  直剪仪测定土的抗剪强度实验记录(快剪)

同样以抗剪强度为纵坐标,以垂直压力为横坐标,绘制剪应力—法向应力关系曲线(如图2)。
  
  C=5.5kpa    =16.10°
  图2  粘性土饱和后抗剪强度曲线
  实验分析:
  从以上实验数据可以看出土的抗剪强度与压力、含水率有着密不可分的关系,由于实验仪器——直剪仪存在缺陷,对实验结果有一定影响。下面从以下三个方面对土的抗剪强度的影响因素进行具体分析。
  1.压力。当法向应力增大时,土中的空气被排出,孔隙体积减小,土体更加密实,土中的内摩擦力和内聚力增大,土的抗剪强度增加
  2.含水率。当土饱水后,内聚力减小,内摩擦角减小。在天然状态下, 抗滑阻力大于滑动力时, 滑坡处于稳定状态, 不滑动。当浸水饱和后, 抗滑阻力接近于零, 滑动力大于抗滑阻力时, 则滑坡处于不稳定状态, 滑坡失稳滑动。当含水量增大时,土的和C值将随之降低。当含水量降低时,土的结构连接增强,从而有助于粘聚力C和内摩擦角的提高。
  3.试验条件。土体的破坏是沿着土体的薄弱面,本试验测定结果为有侧限土的抗剪强度,由于环刀的影响,试验的剪切破坏面不一定是土体的薄弱破坏面,测得的结果可能比自然状态下的抗剪强度值偏大。
  结论:滑坡的产生、发展及稳定过程实质是抗滑力与下滑力矛盾的对立和统一过程。本文通过不同压力、不同含水率下土的抗剪强度对比,主要结论如下:
  (1)随着法向应力的增大,土体的粘聚力和摩擦力增大,抗剪强度增强,有助于滑坡体的稳定。
  (2)土体含水率升高导致其抗剪强度下降,反映了不同固结程度土体有效应力的变化。在自然条件下,如水库水位降低,库区周围的边坡发生自上而下的渗流,土的有效应力增加,形成渗流压密,土体的抗剪强度增加,边坡趋于稳定。反过来,当库区水位升高时,库区周围的边坡会产生自下而上的渗流,土体有效应力降低,抗剪强度降低,边坡容易失稳。
  (3)土体侧限增加,有助于提高其抗滑阻力,坡体趋于稳定。
参考文献:
[1] 方云,林彤,谭松林. 土力学.武汉.中国地质大学出版社,2008.
[2] J.霍林,摩擦学原理[M],北京:机械工业出版社,1981,75~77.
[3] 陈自生. 论滑坡学[J]. 山地研究,1996,(2).
[4] 国外一种新的地基加固方法——旋喷法[J]. 建筑结构,1977,(4).
[5] 聂良佐,项伟.土工实验指导书.武汉.中国地质大学出版社,2009.

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