慢剪条件下细粒土抗剪强度指标影响因素分析研究

刘秀云

摘 要：细粒土主要有粘土和粉质粘土两种形式，在现代实际的工程中应用非常广泛。影响细粒土抗剪强度指标的因素主要有含水率、塑形指数和孔隙比等。正因为多种影响因素的共同作用，使得细粒土的抗剪强度变化较为复杂，并不能准确的予以确定。基于此，文中笔者就慢剪条件下对细粒土的抗剪强度进行了优化试验，以正交设计手法对影响其抗剪强度的影响因素进行了简要的分析，以期能够合理确定细粒土抗剪强度指标的准确程度提供一定的理论支持。

关键词：细粒土；抗剪强度；影响因素

细粒土主要是指土粒的直径大于0.075mm的小颗粒且颗粒含量小于总质量的一半的粘土或者粉质粘土，其在现代实际的工程中应用颇为广泛。细粒土一般具有抗剪强度低、压缩性较高、孔隙率小、毛细现象较为明显等特点。但对于一些含水率大于液限的淤泥和淤泥质土或者孔隙率大于1的细粒土需要经过一系列的处理方可在工程中投入使用，主要是以为这种细粒土的抗剪强度较低、性质也较差。

细粒土的抗剪强度指标的试验能够为工程设计中提供科学的计算参数，土体的稳定性和抗剪强度是关系到工程设计质量的重要影响因素。而影响细粒土抗剪强度指标的因素主要有含水率、塑形指数和孔隙比等。这些众多的影响因素使得即使是同种土的抗剪强度指标也不会是一个定值，加之受到多重其他因素的共同作用，使得细粒土的抗剪强度指标的确定变得更为复杂，以至于到现在还存在很多问题没有解决。

1 剪切试验

1.1 剪切试验的方案设计

上文中已经提到，细粒土抗剪强度的确定存在着很多影响因素。在笔者通过大量的调查分析之后，对这些影响因素进行了归纳总结：影响细粒土抗剪强度指标的确定主要分为内在和外在因素。外在影响因素包括温度、土的应力历史等。内在影响因素有孔隙比、塑形指数和含水率等。这里要说明一点：文中主要针对内在影响因素分析细粒土的抗剪强度的确定，即孔隙比、塑形指数和含水率等对细粒土抗剪强度确定的影响。

在该设计方案中，笔者选取了三种相对具有代表性的细粒土，分别是：粘土、粉质粘土、粉土。在对3种细土粒的性质进行分析之后，通过试验测的三种细粒土的含水率分别是：22%、18%、14%，其塑形指数分别是：25.7、12.6、7.4，考虑到细粒土孔隙比的变化范围，为三种细粒土的孔隙比分别取定值：0.8、0.7、0.6。利用正交试验设计手法，设置的试验方案见图1。

图1 三种细粒土的实验方案

为保证土体的充分固结对抗剪强度提高的影响，文中采用的直剪试验中的慢剪。

1.2 试验结果

通过上述试验，共计得出9组试件36次试验的数据结果。并根据该数据结果画出I～R的关系曲线，见下图2、图3、图4。

图2 试验1～3的关系曲线

图3 试验4～6的关系曲线

图4 试验7～9的关系曲线

在三种不同条件下，针对该关系曲线，笔者总结了相应的粘聚力和内摩擦角的相关数值，具体见下图5。

图5 试验数据总结

2 影响因素的敏感性分析

在图5中，通过计算可以得出粘聚力和内摩擦角对各个影响因素的敏感性系数，进而能够对各个影响因素的变化得出相应的敏感程度。下面首先以孔隙比为例，做内摩擦角孔隙比的敏感性系数的计算。

首先计算各孔隙比对应的内摩擦角的平均值：

0.6：（29.8+26.3+22.9）/3=26.3

0.7：（25.2+22.7+28.1）/3=25.3

0.8：（22.1+27.4+24.9）/3=24.8

然后计算各个孔隙比变化范围内，单位孔隙比的内摩擦角，即为孔隙比在该范围内内摩擦角对其的敏感性系数：

0.6～0.7：（25.3-26.3）/（0.7-0.6）=-10

0.7～0.8：（24.8-25.3）/（0.8-0.7）=-5

求出上述范围内敏感性系数的平均值，即为内摩擦角对孔隙比的敏感性系数：

（-10-5）/2=-7.5

根据上面的计算方式，同样可以得出内摩擦角对塑形指数以及含水率的敏感性系数分别是：-0.4、-5；而粘聚力对塑形指数、含水率和孔隙比的敏感性系数分别是：3.1、-32.5、-37.5。

综上，从敏感性系数的计算中，内摩擦角对孔隙比的敏感性系数最大，即：孔隙比的变化对内摩擦角的影响最为强烈，塑形指数的变化对内摩擦角的影响最小，含水率的影响居中。粘聚力对这三种影响因素的变化几乎同内摩擦角保持一致。另外，塑形指数的变化对粘聚力的敏感性系数为3.1，其数值大于0，所以，塑形指数与粘聚力的关系表现为呈正相关关系，而另外两种均表现为负相关关系。

3 从量化角度上分析抗剪强度与三种影响因素的关系

从上面的图5中，主要是运用多元回归的手法进行了线性回归试验，从而得出粘聚力和内摩擦角同三种主要影响因素的函数关系式。

U=-7.6667e-0.05w-0.3013Ip+36.346R2=0.96

c=-37.5e-0.325w+2.7034Ip+51.973R2=0.99

上式中，e代指孔隙比、w代指含水率、lp代指塑形指数、ψ代指内摩擦角、c代指粘聚力。通过分析总结可知，内摩擦角与粘聚力同三种主要影响因素的有着密切的关系。

4 结语

综上所述，细粒土抗剪强度的确定受到多种因素的影响，主要有孔隙比、含水率、塑形指数三种，文中主要利用多元回归的手法，得出了内摩擦角与粘聚力同含水率、孔隙比和塑形指数三种主要影响因素的有着密切的关系。在上述进行的试验中，我们可以得知：有敏感系数的分析中，细粒土抗剪强度的三种影响因素的敏感程度表现出不同的形式，塑形指数的变化对内摩擦角的影响表现出敏感程度最低，孔隙比的变化表现出的敏感程度最为强烈，含水率居中；在对粘聚力的计算中，粘聚力对这三种影响因素的变化几乎同内摩擦角保持一致。另外，塑形指数的变化对粘聚力的敏感性系数为3.1，其数值大于0，所以，塑形指数与粘聚力的关系表现为呈正相关关系，而另外两种均表现为负相关关系。

参考文献

[1] 程玉梅，倪红素.与土的抗剪强度指标相关的若干因素[J].中国港湾建设，2003（04）.

[2] 缪志萍.关于土的抗剪强度应用的探讨[J].路基工程，2006（05）.

[3] 林育芬.软土固结快剪与快剪指示的相关关系[J].福建建筑，2000 （04）.

[4] 卢肇钧.粘性土抗剪强度研究的现状与展望[J].土木工程学报， 1999（04）.

摘 要：细粒土主要有粘土和粉质粘土两种形式，在现代实际的工程中应用非常广泛。影响细粒土抗剪强度指标的因素主要有含水率、塑形指数和孔隙比等。正因为多种影响因素的共同作用，使得细粒土的抗剪强度变化较为复杂，并不能准确的予以确定。基于此，文中笔者就慢剪条件下对细粒土的抗剪强度进行了优化试验，以正交设计手法对影响其抗剪强度的影响因素进行了简要的分析，以期能够合理确定细粒土抗剪强度指标的准确程度提供一定的理论支持。

关键词：细粒土；抗剪强度；影响因素

细粒土主要是指土粒的直径大于0.075mm的小颗粒且颗粒含量小于总质量的一半的粘土或者粉质粘土，其在现代实际的工程中应用颇为广泛。细粒土一般具有抗剪强度低、压缩性较高、孔隙率小、毛细现象较为明显等特点。但对于一些含水率大于液限的淤泥和淤泥质土或者孔隙率大于1的细粒土需要经过一系列的处理方可在工程中投入使用，主要是以为这种细粒土的抗剪强度较低、性质也较差。

细粒土的抗剪强度指标的试验能够为工程设计中提供科学的计算参数，土体的稳定性和抗剪强度是关系到工程设计质量的重要影响因素。而影响细粒土抗剪强度指标的因素主要有含水率、塑形指数和孔隙比等。这些众多的影响因素使得即使是同种土的抗剪强度指标也不会是一个定值，加之受到多重其他因素的共同作用，使得细粒土的抗剪强度指标的确定变得更为复杂，以至于到现在还存在很多问题没有解决。

1 剪切试验

1.1 剪切试验的方案设计

上文中已经提到，细粒土抗剪强度的确定存在着很多影响因素。在笔者通过大量的调查分析之后，对这些影响因素进行了归纳总结：影响细粒土抗剪强度指标的确定主要分为内在和外在因素。外在影响因素包括温度、土的应力历史等。内在影响因素有孔隙比、塑形指数和含水率等。这里要说明一点：文中主要针对内在影响因素分析细粒土的抗剪强度的确定，即孔隙比、塑形指数和含水率等对细粒土抗剪强度确定的影响。

在该设计方案中，笔者选取了三种相对具有代表性的细粒土，分别是：粘土、粉质粘土、粉土。在对3种细土粒的性质进行分析之后，通过试验测的三种细粒土的含水率分别是：22%、18%、14%，其塑形指数分别是：25.7、12.6、7.4，考虑到细粒土孔隙比的变化范围，为三种细粒土的孔隙比分别取定值：0.8、0.7、0.6。利用正交试验设计手法，设置的试验方案见图1。

图1 三种细粒土的实验方案

为保证土体的充分固结对抗剪强度提高的影响，文中采用的直剪试验中的慢剪。

1.2 试验结果

通过上述试验，共计得出9组试件36次试验的数据结果。并根据该数据结果画出I～R的关系曲线，见下图2、图3、图4。

图2 试验1～3的关系曲线

图3 试验4～6的关系曲线

图4 试验7～9的关系曲线

在三种不同条件下，针对该关系曲线，笔者总结了相应的粘聚力和内摩擦角的相关数值，具体见下图5。

图5 试验数据总结

2 影响因素的敏感性分析

在图5中，通过计算可以得出粘聚力和内摩擦角对各个影响因素的敏感性系数，进而能够对各个影响因素的变化得出相应的敏感程度。下面首先以孔隙比为例，做内摩擦角孔隙比的敏感性系数的计算。

首先计算各孔隙比对应的内摩擦角的平均值：

0.6：（29.8+26.3+22.9）/3=26.3

0.7：（25.2+22.7+28.1）/3=25.3

0.8：（22.1+27.4+24.9）/3=24.8

然后计算各个孔隙比变化范围内，单位孔隙比的内摩擦角，即为孔隙比在该范围内内摩擦角对其的敏感性系数：

0.6～0.7：（25.3-26.3）/（0.7-0.6）=-10

0.7～0.8：（24.8-25.3）/（0.8-0.7）=-5

求出上述范围内敏感性系数的平均值，即为内摩擦角对孔隙比的敏感性系数：

（-10-5）/2=-7.5

根据上面的计算方式，同样可以得出内摩擦角对塑形指数以及含水率的敏感性系数分别是：-0.4、-5；而粘聚力对塑形指数、含水率和孔隙比的敏感性系数分别是：3.1、-32.5、-37.5。

综上，从敏感性系数的计算中，内摩擦角对孔隙比的敏感性系数最大，即：孔隙比的变化对内摩擦角的影响最为强烈，塑形指数的变化对内摩擦角的影响最小，含水率的影响居中。粘聚力对这三种影响因素的变化几乎同内摩擦角保持一致。另外，塑形指数的变化对粘聚力的敏感性系数为3.1，其数值大于0，所以，塑形指数与粘聚力的关系表现为呈正相关关系，而另外两种均表现为负相关关系。

3 从量化角度上分析抗剪强度与三种影响因素的关系

从上面的图5中，主要是运用多元回归的手法进行了线性回归试验，从而得出粘聚力和内摩擦角同三种主要影响因素的函数关系式。

U=-7.6667e-0.05w-0.3013Ip+36.346R2=0.96

c=-37.5e-0.325w+2.7034Ip+51.973R2=0.99

上式中，e代指孔隙比、w代指含水率、lp代指塑形指数、ψ代指内摩擦角、c代指粘聚力。通过分析总结可知，内摩擦角与粘聚力同三种主要影响因素的有着密切的关系。

4 结语

综上所述，细粒土抗剪强度的确定受到多种因素的影响，主要有孔隙比、含水率、塑形指数三种，文中主要利用多元回归的手法，得出了内摩擦角与粘聚力同含水率、孔隙比和塑形指数三种主要影响因素的有着密切的关系。在上述进行的试验中，我们可以得知：有敏感系数的分析中，细粒土抗剪强度的三种影响因素的敏感程度表现出不同的形式，塑形指数的变化对内摩擦角的影响表现出敏感程度最低，孔隙比的变化表现出的敏感程度最为强烈，含水率居中；在对粘聚力的计算中，粘聚力对这三种影响因素的变化几乎同内摩擦角保持一致。另外，塑形指数的变化对粘聚力的敏感性系数为3.1，其数值大于0，所以，塑形指数与粘聚力的关系表现为呈正相关关系，而另外两种均表现为负相关关系。

参考文献

[1] 程玉梅，倪红素.与土的抗剪强度指标相关的若干因素[J].中国港湾建设，2003（04）.

[2] 缪志萍.关于土的抗剪强度应用的探讨[J].路基工程，2006（05）.

[3] 林育芬.软土固结快剪与快剪指示的相关关系[J].福建建筑，2000 （04）.

[4] 卢肇钧.粘性土抗剪强度研究的现状与展望[J].土木工程学报， 1999（04）.

摘 要：细粒土主要有粘土和粉质粘土两种形式，在现代实际的工程中应用非常广泛。影响细粒土抗剪强度指标的因素主要有含水率、塑形指数和孔隙比等。正因为多种影响因素的共同作用，使得细粒土的抗剪强度变化较为复杂，并不能准确的予以确定。基于此，文中笔者就慢剪条件下对细粒土的抗剪强度进行了优化试验，以正交设计手法对影响其抗剪强度的影响因素进行了简要的分析，以期能够合理确定细粒土抗剪强度指标的准确程度提供一定的理论支持。

关键词：细粒土；抗剪强度；影响因素

细粒土主要是指土粒的直径大于0.075mm的小颗粒且颗粒含量小于总质量的一半的粘土或者粉质粘土，其在现代实际的工程中应用颇为广泛。细粒土一般具有抗剪强度低、压缩性较高、孔隙率小、毛细现象较为明显等特点。但对于一些含水率大于液限的淤泥和淤泥质土或者孔隙率大于1的细粒土需要经过一系列的处理方可在工程中投入使用，主要是以为这种细粒土的抗剪强度较低、性质也较差。

细粒土的抗剪强度指标的试验能够为工程设计中提供科学的计算参数，土体的稳定性和抗剪强度是关系到工程设计质量的重要影响因素。而影响细粒土抗剪强度指标的因素主要有含水率、塑形指数和孔隙比等。这些众多的影响因素使得即使是同种土的抗剪强度指标也不会是一个定值，加之受到多重其他因素的共同作用，使得细粒土的抗剪强度指标的确定变得更为复杂，以至于到现在还存在很多问题没有解决。

1 剪切试验

1.1 剪切试验的方案设计

上文中已经提到，细粒土抗剪强度的确定存在着很多影响因素。在笔者通过大量的调查分析之后，对这些影响因素进行了归纳总结：影响细粒土抗剪强度指标的确定主要分为内在和外在因素。外在影响因素包括温度、土的应力历史等。内在影响因素有孔隙比、塑形指数和含水率等。这里要说明一点：文中主要针对内在影响因素分析细粒土的抗剪强度的确定，即孔隙比、塑形指数和含水率等对细粒土抗剪强度确定的影响。

在该设计方案中，笔者选取了三种相对具有代表性的细粒土，分别是：粘土、粉质粘土、粉土。在对3种细土粒的性质进行分析之后，通过试验测的三种细粒土的含水率分别是：22%、18%、14%，其塑形指数分别是：25.7、12.6、7.4，考虑到细粒土孔隙比的变化范围，为三种细粒土的孔隙比分别取定值：0.8、0.7、0.6。利用正交试验设计手法，设置的试验方案见图1。

图1 三种细粒土的实验方案

为保证土体的充分固结对抗剪强度提高的影响，文中采用的直剪试验中的慢剪。

1.2 试验结果

通过上述试验，共计得出9组试件36次试验的数据结果。并根据该数据结果画出I～R的关系曲线，见下图2、图3、图4。

图2 试验1～3的关系曲线

图3 试验4～6的关系曲线

图4 试验7～9的关系曲线

在三种不同条件下，针对该关系曲线，笔者总结了相应的粘聚力和内摩擦角的相关数值，具体见下图5。

图5 试验数据总结

2 影响因素的敏感性分析

在图5中，通过计算可以得出粘聚力和内摩擦角对各个影响因素的敏感性系数，进而能够对各个影响因素的变化得出相应的敏感程度。下面首先以孔隙比为例，做内摩擦角孔隙比的敏感性系数的计算。

首先计算各孔隙比对应的内摩擦角的平均值：

0.6：（29.8+26.3+22.9）/3=26.3

0.7：（25.2+22.7+28.1）/3=25.3

0.8：（22.1+27.4+24.9）/3=24.8

然后计算各个孔隙比变化范围内，单位孔隙比的内摩擦角，即为孔隙比在该范围内内摩擦角对其的敏感性系数：

0.6～0.7：（25.3-26.3）/（0.7-0.6）=-10

0.7～0.8：（24.8-25.3）/（0.8-0.7）=-5

求出上述范围内敏感性系数的平均值，即为内摩擦角对孔隙比的敏感性系数：

（-10-5）/2=-7.5

根据上面的计算方式，同样可以得出内摩擦角对塑形指数以及含水率的敏感性系数分别是：-0.4、-5；而粘聚力对塑形指数、含水率和孔隙比的敏感性系数分别是：3.1、-32.5、-37.5。

综上，从敏感性系数的计算中，内摩擦角对孔隙比的敏感性系数最大，即：孔隙比的变化对内摩擦角的影响最为强烈，塑形指数的变化对内摩擦角的影响最小，含水率的影响居中。粘聚力对这三种影响因素的变化几乎同内摩擦角保持一致。另外，塑形指数的变化对粘聚力的敏感性系数为3.1，其数值大于0，所以，塑形指数与粘聚力的关系表现为呈正相关关系，而另外两种均表现为负相关关系。

3 从量化角度上分析抗剪强度与三种影响因素的关系

从上面的图5中，主要是运用多元回归的手法进行了线性回归试验，从而得出粘聚力和内摩擦角同三种主要影响因素的函数关系式。

U=-7.6667e-0.05w-0.3013Ip+36.346R2=0.96

c=-37.5e-0.325w+2.7034Ip+51.973R2=0.99

上式中，e代指孔隙比、w代指含水率、lp代指塑形指数、ψ代指内摩擦角、c代指粘聚力。通过分析总结可知，内摩擦角与粘聚力同三种主要影响因素的有着密切的关系。

4 结语

综上所述，细粒土抗剪强度的确定受到多种因素的影响，主要有孔隙比、含水率、塑形指数三种，文中主要利用多元回归的手法，得出了内摩擦角与粘聚力同含水率、孔隙比和塑形指数三种主要影响因素的有着密切的关系。在上述进行的试验中，我们可以得知：有敏感系数的分析中，细粒土抗剪强度的三种影响因素的敏感程度表现出不同的形式，塑形指数的变化对内摩擦角的影响表现出敏感程度最低，孔隙比的变化表现出的敏感程度最为强烈，含水率居中；在对粘聚力的计算中，粘聚力对这三种影响因素的变化几乎同内摩擦角保持一致。另外，塑形指数的变化对粘聚力的敏感性系数为3.1，其数值大于0，所以，塑形指数与粘聚力的关系表现为呈正相关关系，而另外两种均表现为负相关关系。

参考文献

[1] 程玉梅，倪红素.与土的抗剪强度指标相关的若干因素[J].中国港湾建设，2003（04）.

[2] 缪志萍.关于土的抗剪强度应用的探讨[J].路基工程，2006（05）.

[3] 林育芬.软土固结快剪与快剪指示的相关关系[J].福建建筑，2000 （04）.

[4] 卢肇钧.粘性土抗剪强度研究的现状与展望[J].土木工程学报， 1999（04）.