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区域非饱和土抗剪强度快速判别系统研究及应用

刘利平  
【摘要】:伴随着城市化进程的加快,高层建筑、城市地铁以及地下空间大量的修建与利用,在这些大型土木工程的进行,对构造物基坑稳定性的研究日益引起人们的关注。在进行基坑稳定性评价中,土的抗剪强度指标是最重要的基本力学参数。目前设计应用中,经常采用基于饱和土理论强度公式来确定抗剪强度。然而,在我国,特别是北方地区,大部分土地是处于干旱或半干旱状态,工程实践中所遇到的土多是非饱和土。因此,在应用中,用饱和土的理论参数去解决非饱和土的工程问题是很不合理、不经济的。特别是在北方地区进行深基坑开挖时,如何能合理精确地确定参与边坡稳定性验算的各层土的抗剪强度指标是一项极具经济价值和科学价值的工作。 本论文利用河北地区代表性原状土样,通过室内非饱和三轴实验和常规实验研究不同地域下非饱和粉土、粉质粘土的抗剪特性,研究我国北方地区的非饱和土体的力学特性。同时,非饱和土强度特性理论、以及非饱和土的渗透特性研究已经有了长足的进展,然而,考虑两者相互关系的研究较少。而土水特性曲线正是连接两者的桥梁,本文通过河北地区土水特性曲线数据库,进一步归纳出基于土的常规试验指标、针对不同土体性质适合现场应用的非饱和土强度判断公式。 (1)在石家庄、邯郸、张家口选取有代表性的非饱和土试样,满足做两项平行试验的需求; (2)室内常规土工试验,包括三轴剪切试验,了解各个土试样的物理力学性质; (3)非饱和土的不同基质吸力下的抗剪强度试验,分析基质吸力对土体强度的影响; (4)非饱和土的抗剪强度理论研究已有近40年的历史,目前研究者提出了多种抗剪强度公式。但是这些公式大多都将基质吸力作为单独一个变量考虑,而实际工程中基质吸力的测试是非常困难的。在研究分析前人提出的抗剪强度公式基础上,进一步归纳出基于区域性土水特征曲线数据库的“无基质吸力项”的非饱和土强度判断公式。 最后研发了非饱和土强度判断系统,并利用本项试验数据对公式的计算结果进行检验,计算值与实测值相差小于5%,说明所得到非饱和土强度计算公式预测结果准确。


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