渗透作用下路基边坡土体力学参数的测定

中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）01-0178-01

摘要：针对路基土体稳定渗透的特点，以渗透条件下确定路基土体的抗剪强度参数为目的，通过摩尔-库伦有效应力原理和工程参数折减技术，借用正交理论得到了有效应力的抗剪强度参数计算式，结合土体抗剪试验，得到了土体的抗剪强度参数的计算图示。研究成果对土体结构的变形特性和稳定性分析提供指导。

关键词：路基土体 渗透 力学参数 正交试验

路基边坡介质主要由土体材料组成，边坡岩土体的破坏主要表现为拉伸破坏和剪切破坏，其主要受两方面的影响，即内在条件和外部触发因素。内在条件主要包括边坡岩土体结构、岩性、地形地貌、地质构造、水文地质和地应力等，是岩土体破坏发生的基本物质条件；外部触发因素主要包括自重、降雨、稳定变化、地震、外部荷载、边坡开挖和人工爆破等。由于岩土体工程的复杂性，各种工程计算和科学研究都依赖试验：包括常规的物理力学参数试验、化学分析试验、渗流时效试验等。其中渗透作用下土体力学参数的确定是任何计算和分析所必备的参量[1～3]。

1、路基边坡土体的渗透特性

1.1 渗透系数

土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动，土体被水渗过的性质称为土的渗透特性。在计算地基沉降的速率和地下水涌量时都需要土的渗透性指标。水点的运动轨迹称为流线。如果流线互不相交，则水的运动称为层流；如果流线相交，水中发生局部旋涡，破坏了水的规律性，则称为紊流。

图1 渗透系数的测定

图中水在土中的渗流属于层流情况，其渗透系数如下：

（1）

1.2 渗透力

渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致。

2、渗透条件下路基边坡土体抗剪参数确定

2.1 有效应力作用下的抗剪强度参数

依据Mohr-coulomb强度准则，在有效应力条件下，岩土体的力学参数主要有两个：粘结力c和内摩擦角 ，将此两个参数作为正交试验的两个因素[4]。

在库仑定律 （f=tanФ）中，由于未知数只有两个f和C，而方程有四个，因此可考虑在方程两边同时乘以A矩阵的转置矩阵，即可求解出f和C。

=

解得：

f=（4∑σiτi-∑σi ∑τi） /[4∑σi2- （∑σi）2] （2）

C=（∑σi2 ∑τ-∑σi∑σiτi）/[4∑σi2-（∑σi）2] （3）

经过数据处理得到如表3-4所示的结果。

2.2 抗剪参数的工程处理

土体物理力学性质是随着其生成条件及存在环 境而改变的，即使在同一城市的不同地点，同一土层的参数也不 可能完全一样，因此每一工程在进行设计计算时都面临着土体 参数的选择问题，而参数选择的恰当与否对计算结果又有很大影响[5]。

2.3 抗剪强度参数的确定

表1 现场直剪实验记录表

注： C=1.6KPa／0.01mm τf=C·R （A0=30.0cm2）

C－量力环率定系数（KPa／0.01mm）τf－剪应力（Kpa）

图2 σ-τ关系图（单位：Kpa）

3、结语

渗透特性对路基土体的抗剪强度产生重要影响，通过摩尔-库伦定律和参数处理技术得到了有效应力作用下土体抗剪强度参数的正交计算式和工程图示，这对路基土体工程稳定性分析提供了重要保证。

参考文献：

[1]周福田.土工试验及地基承载力检测[M].北京：人民交通出版社，2000，3.

[2]土质与土力学[M].北京：人民交通出版社，2006，6

[3]黄书岭，冯夏庭，黄小华，等.岩土流变数值中一些问题的探讨[J].岩土力学，2008， 29（4）：1107-1113.

[4]谭红霞，杨宇.考虑土流变的土坡稳定性分析方法研究[J].湘潭大学自然科学学报，2005，27（2）：77-79.