基于固结试验的膨胀土地基变形预测方法(4)

3914 岩石力学与工程学报 2005年

试验点的膨胀土的活动区的影响深度为3.0～4.0 m。与现场试坑观测到的竖向裂隙发育深度3.6 m相一致。因此，利用膨胀土的力学参数的变化确定膨胀土活动区深度是一种直观和可靠的方法。 3.2 利用裂隙深度确定活动区

膨胀土是多裂隙粘性土，膨胀土地区地表随处可见张开裂隙。张开裂隙一般都是大气营力的作用

而产生的风化裂隙，其中包括胀缩裂隙。这些可见裂隙发育发展成为长大贯通裂隙，通常称之为地裂。地质构造作用或地震产生的裂隙不属于本文的研究范畴，因此，膨胀土裂隙发育深度，在一定程度上反映了膨胀土活动区的深度。膨胀土的地裂开展深度可以按理论公式进行计算[7]，也可通过地区调查确定。

在非饱和土中，基质吸力不仅影响剪切强度，而且影响其抗拉强度。土的抗拉强度[8]

为

t= 0.5[c′+(ua ua)tan ′]cot ′ (4) 式中：t为抗拉强度，c′为土的粘聚力，ua为孔隙气压力，uw为孔隙水压力， ′为土的内摩擦角。

当裂纹尖端水平应力超过土的抗拉强度时，裂隙开始扩展。利用裂隙开展的弹性解确定裂隙开展深度。根据裂纹尖端的平衡条件可得

zs0+ctc=s (5)

w

+D式中：s0为地表膨胀土的吸力；zc为裂隙深度；w为地下水位埋深；c=(1 µ)/(1 2µ)，µ为泊松比；D=µr/(1 2µ)，γ 为土的重度。

取土体特性参数：µ= 0.3，t = 10 kPa，γ = 20

kN/m3，s0= 150 kPa(根据地表膨胀土的含水量和膨胀土的SWCC曲线确定或者现场实测确定)，w=

4.95 m(为基岩的埋置深度)。根据式(4)，裂隙扩展深度zc为

zs0

+ctc==150+1.75×10

=3.7 (m) 0w

+D

4.95+15由此可知，膨胀土的裂隙的理论计算结果与现场观测到的地裂开展深度、现场静力触探曲线确定的活动区深度较为接近。也是膨胀土活动区深度确定的一种行之有效的方法。

4 广西依托工程原位膨胀土地基变形

预测

4.1 广西依托工程膨胀土的固结试验

图4为广西白色—乐业公路(K58+100深度：

1.60～1.85 m)膨胀土恒体积固结试验曲线。初始孔隙比e = 0.61，膨胀指数Cs=0.05，由恒体积试验中

校正的膨胀压力σ′

sc

= 180 kPa。 校正膨胀压力= 250 kPa

e比隙孔膨胀指数Cs = 0.05

固结压力/kPa

图4 白色—乐业公路膨胀土恒体积固结试验曲线 Fig.4 Curve from constant volume consolidation test of

expansive soil of Baile highway

4.2 试验点工程地质状况

试验场地位于百色—乐业二级公路百色西北乐村，属丘陵地貌，试验点为一小山丘。以残坡积土为主。土质致密，切口光滑细腻。地表有0.5 m左右的灰色耕植土，含少量植物根、虫孔等，未见地下水。地质柱状情况见表1。

表1 百乐路K58+100地质柱状情况

Table 1 Geological column for Baile highway at chainage

K58+100

分层厚度/m

柱桩图

岩性描述

4.3 试验点膨胀土的基本物理力学性质

试验点的膨胀土物理力学性质如表2所示。 根据文[9]，膨胀土的分类标准指标[10]和分类结果如表3所示。

4.4 试验点膨胀土地基变形计算结果

最终应力状态假定为在常净法向应力作用下，膨胀土完全饱和，土的最终基质吸力变为0，σf′= σ′0

=19.7×1.8=35.5 (kPa)。