岩土的强度指标的工程意义

工程实践中强度指标的正确选用绝非易事，由于现场的土的质、施工速度控制、排水的边界条件十分复杂，而试验的排水条件和应力路径与工程实际的情况很难一致，使其成为土工问题的主要难点之一。强度件指标的合理选用基于对工程条件的了解和对于土力学基本概念的准确把握。
1.有效应力强度指标与总应力强度指标
根据有效应力原理，土的抗剪强度是由土的有效应力决定的，孔隙水压力对于土的抗剪强度没有任何贡献，因而使用有效应力强度指标是最为明确合理的。在一切没有超静孔隙水压力或者孔隙水压力可以确定时，都应当用有效应力强度指标。
对于砂土和碎石土，在通常的加载速率和排水条件下，可使用有效应力强度指标计算设计；只有在松散状态下的饱和粉细砂土，扰动或振动引起的液化或者流滑时才类似于固结不排水的情况。砂土和碎石土的有效应力强度指标应通过三轴排水试验确定，由于其渗透系数大，试验的加载速度可以很快。如果使用直剪试验，剪切速率以孔压能够消散为准，一般其剪切速率为快剪即可。对于黏性土，如果没有产生超静孔隙水压力或者孔隙水压力可以确定时，可以应用有效应力强度指标。例如用稳定渗流的流网可以较准确地确定正常使用处于稳定渗流状态的土坝中各点的孔隙水压力，长期稳定的天然土坡，在软黏土地基上施工非常慢的填方，或者使用砂井和塑料排水板加速地基固结而在加载时孔压可以消散的情况。
黏性土的有效应力强度指标可以通过三轴排水试验或者直剪仪的慢剪试验确定，也可以通过三轴固结不排水试验，同时量测孔隙水压力测定有效应力强度指标。
在很多与饱和或者高饱和度的黏性土有关的工程问题中，存在无法确定的超静孔隙水压力，已知的只有总应力，在稳定和强度问题计算分析时只能采用总压力强度指标。这时可以是三轴试验的固结不排水或不固结不排水指标（ccu，Φcu，cu， Φu），直剪试验的固结快剪或者快剪强度指标。一般直剪试验较易于操作，有的工程技术人员也习惯于使用它。由于三轴试验不排水加强载过程阀门完全关闭这与实际工程问题有一定差别，是一种极端情况。
应当看到，工程实践中强度指标的正确选用绝非易事，由于现场的土的质、施工速度控制、排水的边界条件十分复杂，而试验的排水条件和应力路径与工程实际的情况很难一致，使其成为土工问题的主要难点之一。强度件指标的合理选用基于对工程条件的了解和对于土力学基本概念的准确把握。
2.固结不排水强度指标的使用
如果土体在现有的应力体系中平衡并完全地固结，然后，由于某种原因而很快施加荷载形成不排水情况，这时就适用于固结不排水强度指标。如图2中所示的几种工况。其中图2a）表示的是在填方部分1作用下填方及地基已经固结稳定，然后又很快施加填方部分2；图2b）表示土坝蓄水后库水位骤降时土坝上游边坡的稳定分析；图2c）表示在一个天然土坡上很快施工一个填方的情况。在这些情况的稳定分析中都适于使用固结不排水强度指标。

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图2 a）在1层填土固结后施工2层

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c）在天然土坡上快速填方3.固结不排水强度指标的使用
如果在黏性土工程问题中，荷载是很快地被施加，从而被引起的超静孔隙水压力没有时间消散，土也没有时间在这种荷载产生的围压下固结。在这种情况下，我们假设施工中所施加的总应力变化不影响原状土的不排水强度。图3中所列的几种例子包括:图3a）在正常固结软黏土地基上很快地填筑填方工程；图3b）很快施工的土坝在竣工稳定验算时；图3c）在正常固结黏土地基上很快施工基础及上部结构。这些工程的稳定分析和承载力验算中的控制条件是刚刚施加了荷载之后。而随着时间的延续，孔压消散，土被固结，地基或边坡也变得更加安全了。实际工程的施工工程中，大部分属于“部分固结”的情况，使用不排水强度指标是偏于安全的。

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图3 a）在软黏土地基上快速施工的填方

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图3 a）土坝快速施工，竣工后，心墙未固结

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如上所述，砂土一般是采用有效应力强度指标进行分析计算，但是饱和粉细砂在一些情况下，发生的现象应当用固结不排水强度指标进行分析，这就是液化与流滑（流沙）。图4表示的是饱和松砂的固结不排水试验的应力应变曲线和有效应力路径。这时很小的应变引发了很大的超静孔隙水压力，使有效围压急剧减少，有效应力接近于0，砂土发生流滑，成为流沙，这其实是一种广义的液化，也称为静态液化。最后残余的固结不排水内摩擦角只有几度。图5表示的是邻水的松砂坡由于很小的扰动产生了应变，引发超静孔隙水压力而流滑的现象。最后稳定时的坡度只有3°～5°，这就是为什么天然的河滩与海滩都是非常平缓的原因，也是饱和松砂的工程中经常发生流沙而失事的原因。

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