土的粘聚力取值分析_精品文档.pdf

土的粘聚力取值分析_精品文档.pdf

《土的粘聚力取值分析_精品文档.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土的粘聚力取值分析_精品文档.pdf（3页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

土的粘聚力取值分析1引言随着城市建筑密度和高度的增加，基坑工程越来越多。

一方面，建设方希望能用最低的造价取得最合理的结果，多在安全与经济之间寻找平衡；另一方面承建方（施工方）为了取得承建权，往往在基坑支护方式上做文章，降低工程质量，甚至采取减低安全系数的方法，使得基坑塌方等安全事故时有发生。

与此相反的是有的基坑未采取任何支护措施垂直开挖几米而未出现问题，如清华大学附近的一个基坑接近垂直开挖到9m，又如大连火车站东侧出租车乘降站改造工程基坑接近垂直开挖到8.0（EH轴）、9.4m（AE轴）都没有出现塌方。

产生这种差异的原因是基坑支护计算方法不同还是岩土工程参数取值不合理？

本文结合基坑工程事例，从土的粘聚力角度对此问题进行探讨。

2土的粘聚力C土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度称为抗剪强度。

土的抗剪强度可以认为是由颗粒间的内摩阻力以及由胶结物和束缚水膜的分子引力所造成的粘聚力所组成。

用常规试验方法所求得的粘聚力C值中均包含有稳定的真粘聚力和不稳定的粘聚力两种组成部分。

真粘聚力即粘聚力，是指粘性土的结构联结产生的抗剪强度，其数值等于强度包线在剪应力轴上的截距。

不稳定的粘聚力即表观粘聚力，是指由吸附强度或砂土颗粒之间的咬合作用形成的不稳定粘聚力。

真粘聚力比较稳定，大致范围在510kPa，由吸附强度形成的不稳定表观粘聚力强度很大，可达2080kPa。

但表观粘聚力受含水量影响很大，在地层吸水后，其吸附强度逐渐降低，直至饱和时完全消失，如文献2，岩体结构面内软弱物质泥质的抗剪强度受含水量影响很大，在低湿度压密状态下的断层泥粘聚力C值可达50100kPa，内摩擦角可达170200。

而浸水后，C值一般低至520kPa。

又如黄土的粘聚力较高，除了土颗粒分子间存在是相互吸引力外，包裹土颗粒的盐分如CaCO3、MgCO3、CaSO4、NaCO3及NaCl等胶结作用对黄土强度起者决定性的作用。

此外，黄土中的粘粒（粒径0.005mm组分对土骨架也产生胶结作用，干燥的黄土（含水量3%7%）C值可达250300kPa。

但具有湿陷性的黄土遇水后粘聚力几乎完全消失，但脱水干燥后仍可逐渐恢复。

一般在计算砂层的土压力和抗剪强度时，均认为砂土无粘聚力，只有内摩擦角。

事实上，砂土颗粒之间的咬合作用以及自然沉积的非饱和砂土（一般均含有粘粒，只是含量多少不同）是存在结构联结强度或表观粘聚力的，这一现象很早就已发现，如密实的卵石可以直立，又如文献3提到的土的粘聚力标准值和岩石的似内摩擦角。

再如弗雷德兰德（Fredlund）提出的“吸力”的概念，笔者建议将此概念统一到“表观粘聚力”。

3土的粘聚力C取值3.1利用岩土工程勘察报告或文献3等资料确定土的粘聚力C值利用岩土工程勘察报告中土的直剪试验、三轴压缩试验结果确定C值，或根据孔隙比、天然含水量、塑限等物理、力学性质指标确定C值。

表1节选自文献3。

3.2利用土方（粘性土）垂直壁最大开挖高度hmax确定土的粘聚力C值土方（粘性土）垂直壁最大开挖高度hmax可采用下式计算4：

hmax=2CKg45-2!

-q式中：

q均布荷载（kPa）；K安全系数（一般取1.25）；坑壁土的重度（kN/m3）；坑壁土的内摩擦角（0）；C坑壁土的粘聚力（kPa）；从上式中可以看出，除周边环境外，决定土方（粘性土）垂直壁最大开挖高度hmax主要是岩土抗剪强度指标C、值，C、值越大，土方（粘性土）垂直壁最大开挖高度hmax越大，反之亦然。

这就是为什么基坑垂直开挖至一定深度而不塌方的主要原因。

当假定q=0，K=1时，可以通过上式反求粘聚力C值。

见下表2。

3.3依据基坑实测资料反求土的粘聚力C值

（1）北京医院急诊楼工程5，基坑深度H=8.4m；地质情况：

杂填土、粉质粘土、砂质粉土和粘质粉土、细细砂；基坑支护做法：

800悬臂桩，桩顶标高-2.0m，桩距孙晓东，王丹（沈阳建材地质工程勘察院，辽宁沈阳110004）摘要基坑开挖经过降水排水，土中孔隙水应力逐渐消失，抗剪强度有所增加，对降水排水的基坑可以将土的粘聚力C值、内摩擦角值适当提高。

与此相反的是表观粘聚力因含水量增加将逐渐降低，直至饱和时吸附强度完全消失，因此须注意如何应用C值，否则在设计施工中将会产生失误。

关键词粘聚力；表观粘聚力；含水量；时效性中图分类号TU471文献标识码B文章编号10.3969/JISSN1009-0142.2010.03.008收稿日期2010-03-12研究与应用39辽宁建材2010年第3期计算方法地面荷载/kPa值/C值/kPa坑外侧弯矩/kNm桩嵌固长度/mBlum法20251818556.57.53501232（按此施工）4.46等值内摩擦角44.407103.0项目名称基坑深度/m地质情况反求粘聚力C值/kPa大连出租车乘降站8.0杂填土、粉质粘土、碎石、全风化板岩、强风化板岩，=20kN/m3，=25050.969.459.88北京清华附近基坑9.0杂填土、粉质粘土、粘质粉土、细砂、卵石、粉质粘土、粘质粉土、粉细砂、中砂、卵石细中砂=20kN/m3，=25057.341.5m，桩入土嵌固4.46m，地面荷载20kPa，设计=19.5kN/m3，C=18kPa，=250。

测量桩顶最大位移10mm，实测最大弯矩为原设计的30%及58%，钢筋应力为2049MPa，主动土压力为设计的1/3，被动土压力为朗肯土压力的1/2。

用等值内摩擦角计算的最大弯矩与测验数值相近。

文献5中计算结果。

表1岩土性能土类孔隙比e天然含水量w/%塑限wp/%密度/gcm-3粘聚力C/kPa内摩擦角/变形模量E0/MPa标准的计算的粗砂0.40.515182.05204246中砂0.40.515182.05304046细砂0.40.515182.0560383746粉砂0.50.615182.05853614粉土0.40.515189.42.1010630180.40.515189.512.42.101272523粘土0.40.5151812.515.42.10422524450.50.6192215.518.42.00503522390.60.7232518.522.41.95684020330.70.8262922.526.41.90826018280.80.9303426.530.41.8594651624表2土的粘聚力C值表3计算结果利用理正软件拟合计算结果见表4（假定降水至8.9m，土压力模式采用规程土压力，桩顶标高-2.0m，设冠梁1.0m0.5m）。

（2）北京邮政枢纽工程5，基坑深度H=10.2m；基坑支护做法：

800悬臂桩，桩距1.4m，桩入土嵌固6.1m，地面荷载85kPa，设计=20kN/m3，=370。

测量桩顶最大位移31mm，实测主动土压力为设计的1/41/3，被动土压力为朗肯土压力的1/31/2。

钢筋应力实测为2030MPa，以钢筋和主动土压力折算后的最大弯矩为设计的50%60%。

用等值内摩擦角计算的最大弯矩与测验数值相近。

文献5中计算结果。

利用理正软件拟合计算结果见表6（假定降水至10.5m，土压力模式采用规程土压力，桩顶标高-2.0m，设冠梁1.0m0.5m）。

3.4土的粘聚力C分析

（1）由于基坑支护工程的复杂性，特别是土体本身的复杂性，目前还没有一种计算理论能在一次计算中考虑所有这些影响因素，但影响计算精度的主要是岩土参数，从3.3两个工程事例的计算可见一斑，虽然用等值内摩擦角计算的最大弯矩拟合计算与测验数值相近，但位移拟合必须增加2530kPa的粘聚力C值才能与测验数相近。

（2）依据产生主动和被动土压力所需的墙顶位移3：

砂土为0.001H，粘土为0.004H，在3.3两个工程事例的实测桩顶位移介于0.0010.004H之间，其主动土压力应接近设计值，但实测主动土压力为设计的1/41/3，钢筋应力实测为2030MPa，折算后的最大弯矩值为设计的50%60%，说明表观粘聚力的作用是巨大的。

4土的粘聚力C值的应用4.1在基坑支护设计中的应用

（1）岩土工程勘察报告中的抗剪指标，一般用三轴剪切仪快剪得出的结果，它代表施工前的状况，但是基坑开挖经过降水排水，土中孔隙水应力逐渐消失，抗剪强度有所增加，因此对降水排水的基坑可以将土的粘聚力C值适当提高，有资料表明上海、沈阳6提高10%30%。

同济大学在上海博物馆新馆工程降水前后的土常规试验结果表明含水40地面荷载/kPa值/0假定粘聚力C值/kPa坑外侧弯矩/kNm桩嵌固长度/m桩配筋位移/mm纵筋箍筋桩顶桩底8537.00.04000.619.51004018150265.6938.87502.01409.424.8183614150116.8314.775029.5169.423.0621121015031.695.28计算方法地面荷载/kPa值/0C值/kPa坑外侧弯矩/kNm桩嵌固长度/mBlum法8537.00.023286.4等值内摩擦角50.00.01402.26.4量下降12%，土的内摩擦角值、粘聚力C值和变形模量E0值分别增大35%、50%、37%。

（2）在一般情况下，基坑支护工程多为临时性工程，可以充分利用土体表观粘聚力的特性，将支护桩设置在地面以下2.05.0m处（桩后土体采取放坡方法），减少支护桩长度，降低工程造价。

（3）从上述中可以看出表观粘聚力对基坑支护设计的影响，但考虑到表观粘聚力的不稳定性，对其取值应慎重，即不能将粘聚力作为常量，而应按变量考虑，特别应考虑雨季、地下管网渗漏对C值的影响。

（4）土的粘聚力C和内摩擦角取值的可靠性直接关系到计算结果的准确性。

由于试样的应力历史、荷载性质、试验时的初始状态、排水条件、含水量、水溶盐成分、剪切速率、仪器类型和操作方法等因素影响，使试验所得C、值相差较大。

虽然用等值内摩擦角计算的最大弯矩拟合计算与测验数值相近，但等值内摩擦角是包含H、C、值在内的综合值。

目前基坑支护计算多采用商业软件，研究等值内摩擦角对计算的意义不大，建议以单一土层作为研究对象，采用土体卸荷应力路径的土工试验方法或基于实测位移反求岩土体力学参数方法，对基坑降水后的C、值进行研究。

4.2在地质灾害评估中的应用

（1）在地质灾害评估中，文献7是对可能失稳的斜坡给出的判别标准，从引言事例中可以看出地质灾害评估工作是复杂的，但目前地质灾害评估手段多采用地面调查的方式，很少有按文献7给出的标准进行判别，定性评价多定量评价少，往往出现预测滑塌的地方未滑塌，而预测不滑塌的地方产生滑塌的尴尬局面。

（2）在一般情况下，潜在不稳定斜坡治理工程多为永久性工程，应对表观粘聚力进行充分估计，如许多层间软弱夹层在露头上呈现为坚硬岩石，特别在灰岩地区，软弱夹层暴露在地表，岩体脱水，表现为坚硬状态，如果开挖探查就可发现岩体内部则为软弱泥化夹层，这一经验值得重视。

5结论

（1）用常规试验方法所求得的粘聚力C值中包含有稳定的真粘聚力和不稳定的表观粘聚力两部分，表观粘聚力强度较大，受含水量影响很大。

粘聚力C值可以利用剪切试验或文献3、土方（粘性土）垂直壁最大开挖高度hmax、基坑实测资料等确定。

（2）剪切试验得出的粘聚力C值，它代表施工前的状况，如果基坑开挖经过降水排水，土中孔隙水应力逐渐消失，C值将有所增加，因此基坑设计和施工时应可将C值适当提高。

（3）基坑支护工程应考虑到表观粘聚力的不稳定性含水量增加将逐渐降低，直至饱和时吸附强度完全消失时效性，即不能将粘聚力作为常量，而应按变量考虑，在基坑支护和潜在不稳定斜坡治理时工程还应考虑到许多层间软弱夹层在露头上呈现为坚硬岩石软