基坑施工中渗流对土抗剪强度的影响（图）

基坑施工中渗流对土抗剪强度的影响（图）摘要两种不同工况的试验结果表明，深基坑施工中渗流对土的抗剪强度的影响是明显的，且工况不同其影响也不同关键词渗流；抗剪强度；相对水头；最大主应力差比；轴向应变近年来，随着城市建设的加快，深基坑工程越来越多，修建的基坑逐渐向大深度大面积发展但基坑失稳事故屡有发生，故需要改进和完善现有的设计理论深基坑工程大多位于市区，土体已沉积完成渗流是由于基坑开挖施工切断地下水通道而形成的挡土结构前后的水头差随施工开挖深度的增加而增大，产生不稳定渗流渗流场的改变影响应力场的变化，而应力场的变化又致使渗流场的水力特性发生改变渗流水头差的增大又使得孔隙介质中的水运动趋于强烈，从而影响到支护结构及工程的稳定性可以说，渗流是改变支护系统反应的重要因素，它往往控制着工程的稳定，因此渗流的影响不容忽视在理论分析和计算中渗流作用早已引起重视RJFINNO1基于BIOT固结理论，建立了固结变形渗流耦合的有限元格式，考虑了固结及渗流的作用；HIS和SMALL2针对水下开挖，考虑了瞬变自由边界位置的影响，对土体变形和地下水渗流进行耦合分析，其计算结果与实测的吻合较好；魏汝龙3认为，如果挡土墙前后水头差很大，且土的渗透性较好或工期较长，在计算土压力时宜考虑渗流力的影响然而，理论结果的可靠性在很大程度上取决于土的力学指标的正确为了获取正确的土的力学指标，应尽可能使试验条件与现场条件一致鉴于现场条件的复杂多变，为了适应工程设计，只能把握主要影响因素，使试验条件能大致模拟现场条件渗流是深基坑工程的重要影响因素之一，并在开挖过程中始终存在，而强度指标又是基坑设计中不可缺少的重要指标，因此，确定强度指标时考虑渗流的影响，尤其是水力梯度较大时的渗流影响，具有理论和现实的意义土的抗剪强度反映土体对外荷产生剪应力的抵抗能力对于同一初始状态的同一种土，试验方法和试验条件不同，所得强度指标也不同所以，确定抗剪强度时，所采用的试验方法和试验条件应尽可能符合实际受力状况本文在确定强度指标的试验中，考虑了两种工况的渗流影响土体中存在渗流作用，水位降低后，在周围压力作用下，孔隙水从土中排出的土体；渗流作用始终存在的开挖侧土体1试验仪器和试验方法在常规三轴剪力仪的基础上，改进并重新设计了一些仪器设备，以模拟上述两种工况增加了水箱、加压系统及进、出口计量仪器等水箱要有足够的容量，以保证试验过程中的渗流用水，加压系统保证试验所加水头并能保持恒定，计量仪器用于量测水量本次试验水箱容积为50L，加压系统采用空压机工况是在某一周围压力下，施加水头，并保持到进、出水量相同试验过程大约需要3H左右然后去除水头压力，待孔隙压力为零时，根据土质选择剪切速率开机试验；工况是在某一周围压力下，施加渗透水头并保持试验过程中不变，当进、出水量相等时开始剪切其它试验要求和试验步骤参见文献4本次试验采用取自淮阴人防工程工地的粉土其物理性指标和颗粒分析曲线分别见表1和图1表1粉土物理性指标（略）TAB1PARAMETERSOFSILT图1粉土颗粒分析曲线FIG1GRADINGCURVEOFSILT2试验结果21工况的试验结果土的应力应变曲线、相对水头与最大主应力差比关系曲线及相对水头与强度指标关系曲线分别见图2图5为便于分析，采用无量纲值相对水头为试验水头与大气压力之比；最大主应力差比为不同水头、相同周围压力下的最大主应力差与常规三轴试验的最大主应力差的比值下同图2轴向应变应力关系曲线FIG2RELATIONSHIPBETWEENAXISSTRAINANDSTRESS图3相对水头最大主应力差比关系曲线FIG3RELATIONSHIPBETWEENRELATIVEWATERHEADANDRATIOOFMAXIMUMMAINSTRESSDIFFERENCE图4相对水头粘聚力关系曲线FIG4RELATIONSHIPBETWEENRELATIVEWATERHEADANDCOHESION图5相对水头内摩擦角的关系曲线FIG5RELATIONSHIPBETWEENRELATIVEWATERHEADANDANGLEOFINTERNALFRICTION从图2可见，主应力差达到峰值后随着应变的增加而增大，曲线开始阶段较陡，达到峰值后，迅速减小；当周围压力较小时曲线缓慢降低，而当周围压力较大时，主应力差随应变的增加迅速减小，出现软化特征从图3可见，随着水头的增加，最大主应力差比也随之增大，而且周围压力较大时增加迅速从图4和图5可见，强度指标均随相对水头的增加而增大，表明固结后的土体颗粒发生移动和错位，颗粒间嵌入和联锁作用得到加强22工况的试验结果考虑到渗透水头的存在和试样的大小以及现有的试验技术条件，有效应力取试样上、中、下三个断面的平均值土的应力应变曲线，相对水头与最大主应力差比及相对水头粘聚力的关系曲线分别见图6图8图6轴向应变应力关系曲线FIG6RELATIONSHIPBETWEENAXISSTRAINANDSTRESS图7相对水头最大主应力差比关系曲线FIG7RELATIONSHIPBETWEENRELATIVEWATERHEADANDRATIOOFMAXIMUMMAINSTRESSDIFFERENCE图8相对水头粘聚力关系曲线FIG8RELATIONSHIPBETWEENRELATIVEWATERHEADANDCOHESION从图6可见，轴向应变较小时的初始阶段，主应力差增加较迅速，随着轴向应变的增加，主应力差的增加趋缓当围压较小时，出现软化特征，表明土的抗剪能力降低，周围压力较小时，曲线比较平缓，没有明显峰值从图7可见，随着相对水头的增大，最大主应力差比随之减小，周围压力较大时，曲线降低缓慢，而周围压力较小时，曲线降低迅速，由图8可见，粘聚力随相对水头的增加而减小，表明土的结构受到一定程度的破坏，原始粘聚力和固位粘聚力部分丧失3结语1通过室内试验，深基坑施工过程中渗流对土体的作用除了力学静力、动力作用外，还影响土的力学性状，使土颗粒间产生移动或错位，其对土的抗剪强度影响明显，且不可忽视2对于工况，抗剪强度随着水头的增加而增大，即内摩擦角和粘聚力随水头增加而增大3对于工况，抗剪强度随着水头的增加而减小，即内摩擦角和粘聚力随水头增加而减小参考文献1FINNORJ,HARAHAPIS,SABATINIPJANALYSISOFBRACEDEXCAVATIONSWITHCOUPLEDFINITEELEMENTFORMULATIONSJCOMPUTERSANDGEOTECHNICS,1991,12911142HIS,SMALLANALYSISOF