杨硕
高碑店市住房和城乡建设局
摘要: 海积软土是一种在工程领域中常见的土样类型，它在我国广大东南沿海地区分布,特点是高含水率以及土颗粒较细，对于沿海地区的工程建设产生较大影响。海积软土的直剪强度是限制诸多位于滨海地区的工程在施工建设的关键问题。通过对不同较高含水率下的软土进行大量的固结不排水直剪试验,本文总结了海积软土的特性，寻找一定的规律来指导施工建设并对一些异常现象进行分析和讨论。
关键词:软土；直剪试验；抗剪强度
0 引言
所谓软土，是指天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水率大于液限的细粒土,为强度低、压缩性较高(压缩系数大于0.5 MPa－1) 、不排水抗剪强度小于30 kPa的软弱土层，多数含有一定的有机质。[1] 出于工程建设的现实需求，软土的变形、强度研究，是当前热门研究课题之一。海积软土更是软土问题中亟待研究解决的对象。本试验通过研究高含水率下软土的力学性能（主要是直剪强度），试图找寻出软土的直剪强度规律，用于指导大规模的滨海地区工程项目的建设，以及对软土的性质有更加深刻的认识。
1.试验方法
1.1.土的抗剪强度理论
试验时，首先对试样施加竖向压力P，然后施加水平力T于下盒，使试样在上、下盒间土的水平接触面产生剪切位移S。在施加每一个法向压应力σ=P/A后，逐步增加剪切面上的剪应力τ=T/A，直至试样破坏。试验结果表明，土的抗剪强度不是常量，而是随剪切面上的法向应力σ的增加而增大的。据此，库仑总结了土的破坏现象和影响因素，提出了土的抗剪强度公式为：
式中：τf——剪切破裂面上的剪应力，即土的抗剪强度；
σtanφ——摩擦强度，其大小正比于法向应力σ；
φ——土的内摩擦角；
c——土的黏聚力，为法向应力为零时的抗剪强度，即其大小与所受法向应力无关。
1.2.试验设备
本试验所用仪器设备均为小应力下测量高含水率软土特别设计。采用SDJ-1型三速电动等应变直剪仪，率定系数为0.6KN/mm的量力环，透水石，300g、500g、600g、1.275kg秤砣等。
采用秤砣的目的是为了满足试验小应力的要求，本试验所用高含水率软土材料决定了常规的荷载等级一定会将土样直接压坏，从而无法得到正确的结果。故本试验荷载等级采用2.5Kpa，5KPa，7.5KPa，12.5KPa，25KPa，50KPa六级。透水石与不同重量的秤砣作为荷载，直接压在剪切盒上形成压应力。经过前期计算可得下表1所示的荷载等级。
表1 荷载组合所用透水石和秤砣重量组合表
.png)
注：铁砣的重量为500g
1.3.试验步骤与要求
1.3.1.制样
本试验计划采用软土，其含水率ω=55%，65%，70%的三组试样。对于软土的物理力学参数划分主要为：天然含水率大于液限；孔隙比大于1；压缩模量大于0.5MPa。
由于采用软土制备土样且含水率较大，土样不好成型，在试验的各个过程中易产生较大误差，因此按照如下要求制备：
制样时保持同一人进行操作，以尽量保证每个土样的质量接近，同含水率组每个试样的质量最多允许相差1g；
土膏制样前，玻璃片与环刀用湿抹布擦拭，保持表面湿润，避免将土膏移至剪切盒时质量损失较大；
土膏制样时，用玻璃片抵住环刀，逐步用土膏填满环刀，注意保证土膏迷实但不能用力按压，填满后在土膏表面用刮刀在垂直方向上轻刮两次，以保证上表面的平整；
土膏制样完成后，应在上表面也覆盖一层玻璃片，防止试样水分流失。
1.3.2.设备准备与移样
采用直剪仪进行快剪试验，即在试样上下面贴不透水的塑料薄膜，以模拟不排水的边界条件。为减小直剪时的摩擦，在土样放置于剪切盒内之前，将剪切盒上下盒接触面涂抹一层薄厚均匀的凡士林，注意土样移入剪切盒时不允许沾上凡士林；为减小剪切盒与滑道间的摩擦，在滑道内涂抹润滑油；试样上下表面覆盖一层塑料薄膜；剪切速率保持0.8mm/min，仪器为4转/min。
1.3.3.加载
本试验采用分级加载，共分2.5Kpa，5KPa，7.5KPa，12.5KPa，25KPa，50KPa六级。每级三个试样，剪切至破坏。
2.数据分析
2.1. 预实验
为检验剪切盒自身和剪切盒与滑道之间的摩擦已足够小，故进行空载试验，即将涂抹有凡士林的剪切盒放置在直剪仪上，手轮每转一圈读出百分表读数如表2所示。
表2
.png)
读数说明涂抹凡士林可有效减小摩擦，增加试验准确性，故本试验中摩擦可忽略不计。
2.2. ω=56.98%
本组计划含水率55%，实际制备土膏后含水率56.98%，干密度ρd=1.081g/cm3。该含水率下试样可以承受住50MPa的荷载，但抗剪强度并不是直线分布，而是曲线，在压应力为7.5MPa左右剪应力达到最大值。采用2.5MPa，5MPa，7.5MPa三组数值进行计算后得到c=2.48，φ=2.36。
2.3. ω=63.86%
本组计划含水率65%，实际制备土膏后含水率63.86%，干密度ρd=1.0005g/cm3.该含水率下试样最大可以承受住25MPa的荷载，50MPa时直接压坏，抗剪强度是曲线分布，在压应力为7.5MPa左右剪应力达到最大值。采用2.5MPa，5MPa，7.5MPa三组数值进行计算后得到c=0.89，φ=3.37。
2.4. ω=73%
本组计划含水率70%，实际制备土膏后含水率73%，干密度ρd=0.918g/cm3.该含水率下试样最大可以承受住25MPa的荷载，50MPa时直接压坏，抗剪强度是曲线分布，在压应力为7.5MPa左右剪应力达到最大值。采用2.5MPa，5MPa，7.5MPa三组数值进行计算后得到c=0.68，φ=0.68。
3.结论
试验结果初步说明，土的黏聚力随含水率的增大而减小，而内摩擦角先增大后减小。
由三次试验的抗剪强度曲线可以看出，软土的抗剪强度并不满足τf = c + σtanφ. 通过分析研究，土力学家认识到软土的强度发挥是一个复杂的物理化学现象，抗剪强度可大致分为凝聚强度和摩擦强度两部分，一般以s = c + σtgφ表示。其中，凝聚强度基本为恒值，摩擦强度则随试验垂直荷载的增大而增大。
参考文献
[1] 郭伟杰， 王 平，李洪峰，等．含水率对软土压缩特性影响试验研究［J］.森林工程，2017，33( 3) : 80 －84．
[2] 翁 奕，林 荃. 软土直剪测试及强度的讨论[A].广州. 1004- 9592（2009）S0- 0004- 03
[3] 冯铭璋. 软土直剪固快测试强度特征[J].交通部第三航务工程勘察设计院. 港口工程1993年第6期
作者简介：杨硕（1989-08-10），男，汉族，河北省保定市高碑店市，河北省建筑工程学院，本科，高碑店市住房和城乡建设局建管科副科长，助理工程师，建筑施工安全生产，建筑施工质量安全。