地基土抗剪强度指标C、φ值的确定(实操分享)
地基土抗剪强度指标C、φ值的确定
1. 抗剪强度的物理意义及基本理论
土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。
在法向应力不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。
S=c+σtanφ
2. 抗剪强度的试验方法
2.1室内剪切试验
包括直接剪切试验和三轴剪切试验，主要适用于粘性土和粉土，砂土可按要求的密度制备土样。
2.2 除土工试验以外其他确定抗剪强度C、Φ值的方法
2.2.1 根据原位测试数据确定抗剪强度C、Φ值的经验方法
(1) 动力触探
沈阳地区《建筑地基基础技术规范》（DB21-907-96）资料（深度范围不大于15m）
砂土、碎石土内摩察角标准值Φk
重型动力触探N63.5 （修正后）
内摩察角标准值Φk（度）
卵石圆砾、砾砂中、粗砂粉、细砂
2 34.5 31.5 28.5 21.0 4 35.5 32.5 29.5 23.0 6 36.4 33.4 30.4 25.0 8 37.5 34.4 31.4 27.0 10 38.4 35.4 32.4 29.0 12 39.4 36.4 33.4 30.0 14 40.0 37.4 34.4 31.0 16 41.
3 38.3 35.3 32.0 18 42.3 39.3 36.3 33.0 20 43.3 40.3 37.3 34.0 25 45.7 42.7 39.7 —
30 48.2 45.2 42.2 —
(2) 标准贯入试验
国外砂土N与Φ的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式，见《工程地质手册》（第四版）P193。经试算（详见国外砂土标贯击数N与内摩察角Φ的关系（按公式计算））采用Φ值进行承载力特征值f ak计算时，对于粉、细砂采用Φ=（12N）0.5+15，对于中、粗、砾砂采用Φ=0.3N+27计算出的数值实际能较为吻合（N 为经杆长修正后的标贯击数）。根据计算成果，N与Φ的对应关系见下表：
N与内摩察角Φ（度）的经验关系表
土类
N
4 6 8 10 12 1
5 20 25 30 40 50
粉、细砂21.9 23.5 24.8 26.0 27.0 28.4 30.5 32.3 34.0 36.9 39.5 中、粗砾砂28.2 28.8 29.4 30.0 30.6 31.5 33.0 34.5 36.0 39.0 42.0 (3) 静力触探试验
《工程地质手册》（第四版）P210，砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。
砂土的内摩察角Φ
Ps（MPa） 1 2 3 4 5 11 15 30 Φ（度）29 31 32 33 34 36 37 39 2.4.2 根据现场剪切试验确定抗剪强度C、Φ值
该方法成本较高，一般很少采用，主要用于场地稳定性评价，见《工程地质手册》（第四版）P234。粗粒混合土的抗剪强度C、Φ值通过现场剪切试验确定。
3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据
3.1 土的抗剪强度指标经验数据
(1) 砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系
矿物成分
具有下列粒径(mm)时的内摩察角φ(°)
2~1 1~0.5 0.5~0.25 0.25~0.1 0.06~0.01
云母28 26 17.5 19 27 长石39 17 棱角石英66 56 46 27 15 浑圆石英61 27 28 18.5 (2) 不同成因粘性土的力学性质指标
土类承载力
(kPa)
压缩模量
(MPa)
粘聚力
(kPa)
内摩察角
(°)
下蜀系(老)粘性土300~800 ＞15 40~100 22~30
一般粘性土100~450 4~15 10~50 15~22 新近沉积粘性土80~140 2~7.5 10~20 7~15 淤泥或淤泥质土30~110 1~6 5~15 4~10 云贵红粘土100~320 5~16 30~80 5~10 3.2 岩石的抗剪强度指标经验数据
岩石名称地质年代饱和抗压强度
(MPa)
摩察系数
f
粘聚力c
(kPa)
花岗岩燕山期160 0.70 31 角闪花岗岩白垩纪106.5 0.57
花岗闪长岩三叠纪116.1 0.64 5 辉绿岩170 0.45
云母石英片岩前震旦纪113 0.55 28 千枚岩前震旦纪8.9 0.78 25
大理岩前震旦纪63.7 0.60 51
石英砾岩泥盆纪126.2 0.69 10
石英砂岩震旦纪165.8 0.49 54 白云质泥灰岩奥陶纪87.2 0.67 5 薄层灰岩奥陶纪106.3 0.75 22
鲕状灰岩奥陶纪87.8 0.70 23
泥灰岩石炭纪128.3 0.60 21
石英砂岩寒武纪68.1 0.54 13
砂岩寒武纪108.9 0.82 2
中粒砂岩寒武纪39.9 0.75 3
砂质页岩侏罗纪104.4 0.69 0.39
页岩侏罗纪43.8 0.70 47
3.3 岩石结构面的抗剪强度指标经验数据
(1)岩体结构面的抗剪强度指标宜根据现场原位试验确定。试验应符合现行国家标准《工程岩体试验方法标准》GB/T 50266的规定。当无条件进行试验时，对于二、三级边坡工程可按下表和反算分析等方法综合确定。
结构面类型结构面结合强度内摩察角
φ(°)
粘聚力
c (kPa)
硬性结构面1 结合好＞35＞0.13
2 结合一般35～27 0.13～0.09
3 结合差27～18 0.09～0.05
软弱结构面4 结合很差18～12 0.05～0.02
5 结合极差(泥化层) 根据地区经验确定
注：a 无经验时取表中的低值；b 极软岩、软岩取表中较低值；c 岩体结构面连通性差取表中的高值；
d 岩体结构面浸水时取表中较低值；
e 临时性边坡可取表中高值；
f 表中数值已考虑结构面的时间效应。
(2) 岩体结构面的结合程度可按下表确定。
(3) 边坡岩体性能指标标准值可按地区经验确定。对于破坏后果严重的一级边坡应通过试验确定。
(4) 岩体内摩擦角可由岩块内摩擦角标准值按岩体裂隙发育程度乘以下表所列的折减系数确定。 边坡岩体特征 内摩察角的折减系数
边坡岩体特征
内摩察角的折减系数
裂隙不发育 0.90～0.95 裂隙发育 0.80～0.85 裂隙较发育
0.85～0.90
碎裂结构 0.75～0.80
(5) 边坡岩体等效内摩擦角按当地经验确定。当无经验时，可按下表取值。 边坡岩体类型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 等效内摩察角
φ(°)
≥70
70～60
60～50
50～35
注：a 边坡高度较大时宜取低值，反之取高值；坚硬岩、较硬岩、较软岩和完整性好的岩体取高值，软岩、极软岩和完整性差的岩体取低值； b 临时性边坡取表中高值； c 表中数值已考虑时间效应和工作条件等因素。
(6) 土质边坡按水土合算原则计算时，地下水位以下的土宜采用土的自重固结不排水抗剪强度指标；按水土分算原则计算时，地下水位以下的土宜采用土的有效抗剪强度指标。
结合好
张开度小于1mm ，胶结良好，无充填； 张开度1~3mm ，硅质或铁质胶结 结合一般
张开度1~3mm ，钙质胶结；
张开度大于3mm ，表面粗糙，钙质胶结 结合差
张开度1~3mm ，表面平直，无胶结；
张开度大于3mm ，岩屑充填或岩屑夹泥质充填
结合很差、结合极差(泥化层)
表面平直光滑、无胶结；
泥质充填或泥质夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差；
分布连续的泥化夹层；
未胶结的或强风化的小型断层破碎带