陳宏飛，梁騰龍,焦文燦,吳　恒,袁海波,周　東,王業(yè)田

(1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院, 廣西南寧530004;2.廣西大學(xué)工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西南寧530004)

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賦存環(huán)境變化對海積軟土特性影響試驗(yàn)

陳宏飛1,2，梁騰龍1,2,焦文燦1,2,吳恒1,2,袁海波1,2,周東1,2,王業(yè)田1,2

(1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院, 廣西南寧530004;2.廣西大學(xué)工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西南寧530004)

填海造陸對海積軟土賦存環(huán)境產(chǎn)生的改變是多方面的，它使海積軟土受到多種因素影響且以不同程度同時(shí)作用。本文以廣西欽州港填海區(qū)海積軟土為研究對象，采用“浸泡—加載”模擬制樣技術(shù)，從孔隙液化學(xué)組分、面狀荷載耦合作用角度研究賦存環(huán)境變化要素對海積軟土壓縮性、滲透性以及強(qiáng)度的影響。研究表明：孔隙液中Ca2+、Mg2+的作用使海積軟土孔隙比減小、壓縮性和滲透性降低，其濃度越高海積軟土的壓縮性和滲透性越低，相同濃度下，Ca2+對土的壓縮性影響較Mg2+大，但Mg2+對土的孔隙比和滲透系數(shù)的影響比Ca2+顯著；上覆荷載影響海積軟土與浸泡液之間的離子交換，其影響程度與上覆荷載大小和浸泡液離子濃度有關(guān)；上覆荷載對土的粘聚力c值的變化起決定作用，而化學(xué)組分對土的內(nèi)摩擦角φ值影響顯著。

海積軟土；物理力學(xué)特性；賦存環(huán)境；化學(xué)組份；上覆荷載；填海造陸

0　引　言

填海造陸是人類開發(fā)利用海洋的重要方式，新一輪填海造陸獲得的新陸域多為工業(yè)及城市建設(shè)用地，它具有填海面積大、造陸速度快、施加荷載重等三個(gè)特點(diǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)增長，特別是第二次工業(yè)化浪潮和用地緊縮情勢下，我國正掀起新一輪的大規(guī)模圍填海熱潮[1-2]。

目前，關(guān)于海積軟土的研究眾多，取得了豐碩的成果。李作勤[3]提出有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的欠壓密土的概念，并指出作用在這類土上的外荷載一旦超出其結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力將是十分危險(xiǎn)的；吳恒[4-5]通過對城市環(huán)境下的水土作用研究得出，結(jié)構(gòu)性土的顆粒間膠結(jié)狀態(tài)與地下水的化學(xué)組分有關(guān)，對土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生影響；孔令偉等[6]將海積軟土孔隙液中的pH值變化與土粒表面的擴(kuò)散雙電層的變化相聯(lián)系，以研究海積軟土賦存環(huán)境所產(chǎn)生的問題；陳曉平[7]、Alexis[8]等研究關(guān)于軟土孔隙水排泄條件對軟土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響；王軍等[9]通過對土樣進(jìn)行水化學(xué)試驗(yàn)、物理力學(xué)常規(guī)試驗(yàn)，得出K+、Na+等對土體原始粘聚力和固有粘聚力有明顯的減弱作用；唐曉武等[10]通過比較吸附離子前后的變化，發(fā)現(xiàn)黏土的滲透系數(shù)隨K+、Cu2+含量的增加而增大。目前大多數(shù)研究工作都是直接以原狀軟土為研究對象，主要研究海積軟土的宏觀物理力學(xué)特性與，較少考慮賦存環(huán)境變化的影響作用。

海積軟土在力學(xué)強(qiáng)度上劃歸為軟土類，屬于典型的結(jié)構(gòu)性土[11-13]，軟土的結(jié)構(gòu)性對其宏觀力學(xué)性質(zhì)具有顯著影響，它是在賦存環(huán)境條件影響下經(jīng)歷漫長歷史時(shí)期所形成的。填海造陸作用使海積軟土的賦存環(huán)境產(chǎn)生了極大的改變，由此必然引發(fā)土體微細(xì)觀層面的物理化學(xué)反應(yīng)，直接影響土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和工程性質(zhì)。

本文從孔隙液化學(xué)組分、面狀荷載以及排水條件共同作用角度出發(fā)，通過“浸泡—加載”模擬制樣技術(shù)，獲得“印記”有賦存環(huán)境變化要素的人工制備樣，對該制備樣進(jìn)行相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)，進(jìn)而分析賦存環(huán)境要素對海積軟土物理力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。

1　土的物性指標(biāo)和試驗(yàn)方案

1.1土的基本性質(zhì)指標(biāo)

試驗(yàn)用土料取自欽州保稅港區(qū)填海造陸區(qū)域?yàn)┩浚瑢購V西北部灣海積相軟土，定名為淤泥質(zhì)粘土。土體呈褐色及灰黑色，顆粒細(xì)膩，軟塑～流塑狀態(tài)，摻雜貝殼等海洋生物碎屑，具高含水率、高壓縮性、大孔隙比、低強(qiáng)度、高飽和度等特性，其主要物性指標(biāo)見表1。

表1　試驗(yàn)用土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)Tab.1　Physical property index of the test soil

1.2環(huán)境模擬制樣與測試

1.2.1賦存環(huán)境模擬

填海造陸使海積軟土的賦存環(huán)境發(fā)生了變化：由海水覆蓋變成由填海物料層覆蓋，原來具有的與海水充分接觸的空間被巖土介質(zhì)所阻斷，將原地沉積的海積軟土變成了大面積新陸域的軟弱下臥層。由此，表征海積軟土賦存環(huán)境變化的要素主要包括外部水化學(xué)組份及其濃度、面狀荷載、孔隙水排泄條件以及各因素的作用時(shí)間。環(huán)境要素作用是一個(gè)長期過程，為使各要素特別是化學(xué)組份的作用結(jié)果在有限時(shí)間內(nèi)顯現(xiàn)出來，研究采用“以空間換時(shí)間”的模擬方法，即，面狀荷載和孔隙排水條件采用正常值，化學(xué)浸泡液采用強(qiáng)化離子濃度。

孔隙液化學(xué)組分變異的模擬：以現(xiàn)時(shí)海水化學(xué)組分為基準(zhǔn)，取其中含量最大的兩個(gè)陽離子Ca2+、Mg2+含量為變量(這里不考慮Na+的作用)，分別按質(zhì)量濃度10倍和100倍于原海水配置不同濃度的浸泡液。

面狀荷載變化的模擬：以填海造陸前海積軟土所承受的海水荷載30 kPa為起始荷載值，以六倍的海水荷載值為最終荷載值，等分為四級荷載，作為浸泡—加荷聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的加荷值。

孔隙水排水條件的模擬：將海積軟土土樣裝入事先加工成型、四面分布有密集小孔的塑料土模(尺寸為15 cm×15 cm×15 cm)內(nèi)，土樣周邊用土工布包裹，土樣頂?shù)酌嬖O(shè)置為隔水邊界。這樣，土樣在浸泡—加載聯(lián)動(dòng)過程中不發(fā)生側(cè)向變形，其孔隙液與浸泡液的化學(xué)組分能自由交換。顯然，隨作用在土樣上的荷載逐漸增大，由土樣邊緣到土樣中心區(qū)，其孔隙水的排泄阻力逐漸增大，這與填海陸域的實(shí)際狀況吻合。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用正交方案，共4種荷載值、5種浸泡液，模擬制樣20組。

1.2.2試驗(yàn)土樣制備

根據(jù)上述模擬試驗(yàn)要求，采用“浸泡—加載”模擬制樣技術(shù)(試驗(yàn)裝置如圖1，已獲國家發(fā)明專利)，分級加載，采用百分表量測土樣的軸向壓縮量，當(dāng)土樣軸向變形小于0.01 mm/d時(shí)施加下一級荷載，直到設(shè)計(jì)值。制樣時(shí)間視土樣壓縮變形情況決定，當(dāng)連續(xù)兩周土樣軸向變形保持不變時(shí)，制樣工序完成。試驗(yàn)實(shí)際歷時(shí)3個(gè)月，獲得20組“印記”有不同賦存環(huán)境變化要素的人工制備樣，各人工制備樣編號及其對應(yīng)的環(huán)境要素值見表2。

圖1　“浸泡—加載”聯(lián)動(dòng)裝置

浸泡液1上覆荷載30kPa80kPa130kPa180kPaA1號土樣2號土樣3號土樣4號土樣B5號土樣6號土樣7號土樣8號土樣C9號土樣10號土樣11號土樣12號土樣D13號土樣14號土樣15號土樣16號土樣E17號土樣18號土樣19號土樣20號土樣

1. A為原海水；B為Ca2+濃度為原海水10倍的海水溶液；C為Ca2+濃度為原海水100倍的海水溶液；D為Mg2+濃度為原海水10倍的海水溶液；E為Mg2+濃度為原海水100倍的海水溶液。

1.2.3相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)

對“印記”有不同賦存環(huán)境變化要素的人工制備樣，采用以下試驗(yàn)方法測定其離子交換量、滲透系數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)等。

①離子交換測定試驗(yàn)

采用ICPS法測試海積軟土中特定元素含量。具體步驟如下：

待測土樣處理：將待測土樣放入烘箱低溫烘干，然后把土樣碾散過100目篩網(wǎng)，稱取5 g放入烘箱繼續(xù)低溫烘烤，直至相鄰兩次稱量差值小于0.001 g。

待測土樣的溶液預(yù)制備：將上述烘干土樣精確稱量0.5 g(精確至0.001 g)放入燒杯中，加入100 mL去離子水，常溫下使用攪拌器攪拌30 min，然后靜置24 h。

測試溶液終制備：吸取上一步操作所得溶液上層清液10 mL放入離心管中，將離心玻管放入離心機(jī)中離心30 min，待離心機(jī)停穩(wěn)，取下樣品離心管，把溶液過濾后保存在干凈干燥帶塞子的試管中，放在試管架上待測。

上機(jī)測試：將上述溶液按ICP儀器的操作流程進(jìn)行測試，獲得土樣特定離子浸出濃度值。

②滲透試驗(yàn)

采用變水頭滲透試驗(yàn)，研究環(huán)境要素變化對海積軟土滲透性的影響。試驗(yàn)用環(huán)刀內(nèi)徑61.8 mm，高40 mm，具體操作按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50123—1999進(jìn)行。

③強(qiáng)度試驗(yàn)

選擇快剪試驗(yàn)測定土樣的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)過程：從每個(gè)加工成型的人工制備樣中，切取4個(gè)直剪試樣；將試樣安裝至應(yīng)變控制式直剪儀上，并墊上硬塑料薄膜；根據(jù)直剪試樣的軟硬程度，在25～250 kPa區(qū)間內(nèi)選取四種荷載作為垂向壓力；以0.8 mm/min的剪切速率勻速剪切，使試樣在3～5 min內(nèi)剪壞。

2　“浸泡—加載”聯(lián)動(dòng)制樣過程分析

2.1上覆荷載對海積軟土豎向壓縮性的影響

相同浸泡液、不同上覆荷載下土樣豎向應(yīng)變隨時(shí)間變化曲線如圖2所示?？梢钥闯觯┘用考壓奢d時(shí)，豎向應(yīng)變均會(huì)表現(xiàn)出加荷瞬間陡升、然后趨于穩(wěn)定，呈階梯型趨勢。在相同浸泡液環(huán)境中，土樣軸向應(yīng)變總體上表現(xiàn)出隨上部荷載提高而增大的趨勢，只是變形量差異較大。在原海水浸泡液環(huán)境下，各土樣軸向應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系曲線，隨荷載大小的改變，階梯曲線間區(qū)分度明顯，而在離子濃度較高的浸泡液環(huán)境中，各階梯曲線間區(qū)分度降低甚至重疊。對比圖2(b)和圖2(c)可見，圖2(c)中軸向應(yīng)變整體上較圖2(b)減小，尤以中間兩級荷載，即80 kPa與130 kPa荷載條件下土樣軸向應(yīng)變變化最為明顯。不同Mg2+海水浸泡液環(huán)境中土樣豎向壓縮也表現(xiàn)出類似的規(guī)律，如圖2(d)和圖2(e)所示。

(a) 原海水溶液

(b) Ca2+濃度10倍于原海水浸泡液

(c) Ca2+濃度100倍于原海水浸泡液

(d) Mg2+濃度10倍于原海水浸泡液

(e) Mg2+濃度100倍于原海水浸泡液

2.2不同浸泡液對土樣豎向壓縮性的影響

相同上覆荷載、不同浸泡液條件下土樣軸向應(yīng)變與時(shí)間關(guān)系曲線如圖3所示?？梢钥闯?，30 kPa荷載條件下，除原海水浸泡環(huán)境中土樣軸向應(yīng)變較大外，其余四種浸泡液環(huán)境中土樣軸向應(yīng)變大體相同。在80 kPa與130 kPa荷載條件下，唯有圖3(b)和圖3(c)中10號、11號曲線對應(yīng)的軸向應(yīng)變顯著低于其余曲線，即80 kPa與130 kPa荷載作用下，濃度2.5%Ca2+海水浸泡液環(huán)境中土樣的軸向壓縮變形顯著低于其余土樣的變形量。在180 kPa荷載條件下，各浸泡液環(huán)境中土樣軸向應(yīng)變值變化趨勢大體相同。

(a) 上覆荷載30 kPa

(b) 上覆荷載80 kPa

(c) 上覆荷載130 kPa

(d) 上覆荷載180kPa

圖3相同上覆荷載不同浸泡液條件下土樣軸向應(yīng)變隨時(shí)間變化曲線

Fig.3Strain change curve over time of axial compression of marine soft soil in different soaking liquid withsame overlying load conditions

3　浸泡試驗(yàn)離子交換測定結(jié)果分析

為研究人工制備樣不同位置化學(xué)組份遷移的差異，在20組人工制備樣的邊緣和中心處分別采取樣品進(jìn)行測試分析，記1號人工制備樣所采取的樣品編號為K1-邊、K1-中，以此類推，直至K20-邊、K20-中。

①不同浸泡液環(huán)境下土樣邊緣與中心處鈣、鎂元素浸出量隨上覆荷載變化規(guī)律

為描述不同浸泡液中人工制備樣在不同位置處鈣、鎂元素浸出量與上覆荷載的關(guān)系，以浸泡荷載為橫坐標(biāo)，離子浸出量為縱坐標(biāo)，繪制相同浸泡液環(huán)境下土樣邊緣與中心處離子浸出量與上覆荷載關(guān)系曲線，如圖4所示。由圖4(a)和圖4(b)可看出，C曲線顯著高于其他曲線，其Ca2+浸出量隨荷載增加而降低，并表現(xiàn)出隨荷載增加斜率逐漸降低；其余三條曲線則基本重合，鈣元素浸出量沒有明顯差異。由圖4(c)和圖4(d)可知，鎂元素浸出量隨荷載的變化具有相同規(guī)律。

(a) 土樣邊緣Ca元素浸出量

(b) 土樣中心Ca元素浸出量

(c) 土樣邊緣Mg元素浸出量

(d) 土樣中心Mg元素浸出量

圖4不同浸泡液環(huán)境下試樣邊緣與中心處鈣、鎂元素浸出量隨上覆荷載變化關(guān)系曲線

Fig.4Change curve of calcium and magnesium leaching content from edge and center of marine soft soil as the change of overlying load in different soaking liquid

②相同浸泡液環(huán)境下土樣邊緣與中心處鈣、鎂元素浸出量隨上覆荷載變化規(guī)律

以上覆荷載為橫坐標(biāo)，離子浸出量為縱坐標(biāo)，繪制相同浸泡液環(huán)境下土樣邊緣與中心處離子浸出量與上覆荷載關(guān)系曲線，如圖5所示。由圖5可知，所有曲線均表現(xiàn)出隨荷載增大而下降的趨勢。原海水浸泡液下試樣中心與邊緣處Mg2+浸出值均大于Ca2+浸出值，且中心處Ca2+、Mg2+浸出值均大于邊緣處相應(yīng)離子浸出值，而這些浸出值都小于原海積軟土本底值，說明浸泡過程中離子是從土樣擴(kuò)散到溶液中。其余配制的加強(qiáng)相關(guān)離子濃度的浸泡液環(huán)境中，均表現(xiàn)出高濃度的外界浸泡液環(huán)境會(huì)使土樣的相關(guān)離子浸出值顯著提高，而且邊緣處高于中心處，Mg2+提高程度大于Ca2+。

由圖5(b)得出，Ca2+濃度10倍于海水浸泡液環(huán)境下，當(dāng)上覆荷載加大后，土樣邊緣處Ca2+浸出值急劇下降，甚至低于中心處，圖5(d)變具有同樣的變化規(guī)律。

③不同上覆荷載條件下浸泡液中Ca2+、Mg2+及其濃度對土樣離子浸出量的影響規(guī)律

以浸泡液離子濃度為橫坐標(biāo)，以Ca2+和Mg2+浸出量為縱坐標(biāo)，繪制不同上覆荷載條件土樣邊緣與中心處離子浸出量與浸泡液離子濃度之間的關(guān)系曲線，如圖6所示。

由圖6可以看出，離子浸出量均隨浸泡液離子濃度增大而增加；相同濃度浸泡液因離子種類和浸入土體位置不同浸出量存在差異，在上覆荷載和離子濃度相同的條件下，離子浸出量大小關(guān)系為：邊Mg2+>中Mg2+>邊Ca2+>中Ca2+。說明在相同條件下，Mg2+更容易進(jìn)入土樣。

(a) 原海水浸泡液

(b) Ca2+濃度10倍于原海水浸泡液

(c) Ca2+濃度100倍于原海水浸泡液

(d) Mg2+濃度10倍于原海水浸泡液

(e) Mg2+濃度100倍于原海水浸泡液

(a) 上覆荷載30 kPa

(b) 上覆荷載80 kPa

(c) 上覆荷載130 kPa

(d) 上覆荷載180 kPa

圖6不同上覆荷載環(huán)境下浸泡液強(qiáng)化離子種類與海積軟土離子浸出量關(guān)系曲線

Fig.6relationship curve between ion leaching content of marine soft soil and strengthening ion species in overlying load environment with different levels

4　賦存環(huán)境變化對海積軟土滲透性影響的分析

①不同浸泡液環(huán)境下海積軟土孔隙比和滲透系數(shù)隨上覆荷載的變化規(guī)律[8]

以上覆荷載為橫坐標(biāo)，相應(yīng)環(huán)境要素下孔隙比和滲透系數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制不同浸泡液環(huán)境中海積軟土孔隙比和滲透系數(shù)隨上覆荷載變化曲線，如圖7所示。

由圖7可看出，不同浸泡液環(huán)境下海積軟土孔隙比和滲透系數(shù)均隨上覆荷載的增加呈減小趨勢，同時(shí)，圖7(a)和圖7(b)中關(guān)系曲線的排列與趨勢也大體相同。原海水浸泡液環(huán)境下海積軟土的孔隙比和滲透系數(shù)均大于其余賦存環(huán)境下的海積軟土，其余四種環(huán)境下海積軟土的孔隙比和滲透系數(shù)由大到小排列順序依次為：Ca2+濃度10倍于海水的浸泡液、Mg2+濃度10倍于海水的浸泡液、Ca2+濃度100倍于海水的浸泡液、Mg2+濃度100倍于海水的浸泡液。

②不同上覆荷載條件下海積軟土滲透系數(shù)隨浸泡液離子濃度的變化規(guī)律[9]

為描述滲透系數(shù)與浸泡液離子濃度之間的關(guān)系，以Ca2+、Mg2+濃度為橫坐標(biāo)，滲透系數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線，如圖8所示。

由圖8可知，相同濃度的Ca2+、Mg2+浸泡液中，海積軟土滲透系數(shù)均隨其上覆荷載的增加而減小。除180 kPa上覆荷載外，不同上覆荷載條件下海積軟土滲透系數(shù)均表現(xiàn)出隨浸泡液中離子濃度增大而減小的趨勢。對比圖8(a)和圖8(b)可知，Mg2+對海積軟土滲透性的減弱作用要強(qiáng)于Ca2+。此外，從圖8中也可看出，海積軟土上覆荷載由30 kPa加到80 kPa時(shí)，其滲透系數(shù)的減小最為顯著。

(a) 孔隙比與上覆荷載關(guān)系

(b) 滲透系數(shù)與上覆荷載關(guān)系

圖7不同浸泡液環(huán)境下海積軟土孔隙比和滲透系數(shù)與上覆荷載的關(guān)系

Fig.7Relationship between void ratio and permeability coefficient of marine soft soil and overlying load in different soaking liquid

(a) 浸泡液中Ca2+濃度強(qiáng)化

(b) 浸泡液中Mg2+濃度強(qiáng)化

圖8不同上覆荷載環(huán)境下海積軟土“滲透系數(shù)-強(qiáng)化離子濃度”變化規(guī)律

Fig.8Change curve of permeability coefficient-enhanced ion concentration of marine soft soil in different overlying load

5　賦存環(huán)境變化對海積軟土力學(xué)強(qiáng)度影響的分析

①相同浸泡液、不同上覆荷載條件下海積軟土抗剪強(qiáng)度變化規(guī)律[10-11]

以快剪試驗(yàn)所施加垂直壓力為橫坐標(biāo)，抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制相應(yīng)關(guān)系曲線，如圖9所示。其中J1、J2、…、J20依次表示1～20號海積軟土制備樣對應(yīng)的直剪環(huán)刀試樣。

由圖9可知，相同浸泡液條件下，各曲線變化趨勢基本一致，上覆荷載越大，曲線在圖中所處位置越高，各曲線擬合直線斜率變化不明顯，但縱坐標(biāo)截距有較大差異。此外，Ca2+濃度100倍于海水的浸泡液環(huán)境下土樣的抗剪強(qiáng)度有明顯提高。

(a) 原海水溶液

(b) Ca2+濃度10倍于原海水浸泡液

(c) Ca2+濃度100倍于原海水浸泡液

(d) Mg2+濃度10倍于原海水浸泡液

(e) Mg2+濃度100倍于原海水浸泡液

②相同上部荷載、不同浸泡液環(huán)境下海積軟土抗剪強(qiáng)度變化規(guī)律

以快剪試驗(yàn)所施加垂直壓力為橫坐標(biāo)，抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制相應(yīng)關(guān)系曲線，如圖10所示。

由圖10可以看出，Ca2+濃度100倍于海水的浸泡液環(huán)境下土樣抗剪強(qiáng)度曲線(曲線J9、J10、J11、J12)均位于各組曲線圖最上方，抗剪強(qiáng)度最高。

(a) 上部荷載30 kPa

(b) 上部荷載80 kPa

(c) 上部荷載130 kPa

(d) 上部荷載180 kPa

圖10相同上部荷載不同浸泡液環(huán)境下海積軟土抗剪強(qiáng)度變化曲線

Fig.10Change curve of the shear strength of marine soft soil in diffrent soaking liquid with the same overlying load conditions

③不同環(huán)境要素作用下海積軟土的快剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值

不同環(huán)境要素作用下海積軟土快剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值測試結(jié)果見表3。

表3　不同環(huán)境要素作用下海積軟土抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值Tab.3　The cohesive force and Internal friction angle of marine soft soil in different environmental elements

由表3可以看出，隨上覆荷載增加，土樣粘聚力c值均呈增大趨勢；除Ca2+濃度100倍于海水的浸泡液環(huán)境下土樣內(nèi)摩擦角φ值隨上覆荷載增大呈遞減趨勢外，其余四種浸泡液下土樣的φ值均隨荷載增加而呈遞增趨勢。Ca2+濃度100倍于海水的浸泡液環(huán)境下土樣的c、φ值均明顯高于其余四種浸泡液下的土樣，并取得最大值，分別為22.10 kPa與5.29°。

6　結(jié)　語

①浸泡液中Ca2+、Mg2+的作用使海積軟土孔隙比減小、壓縮性和滲透性降低，其濃度越高海積軟土的壓縮性和滲透性越低；相同濃度下，Ca2+對土的壓縮性影響較Mg2+大，但Mg2+對土的孔隙比和滲透系數(shù)的影響比Ca2+顯著。這可能與Ca2+的結(jié)晶膠結(jié)作用以及Mg2+更容易通過海積軟土的細(xì)密孔隙進(jìn)入土體內(nèi)有關(guān)。

②上覆荷載對海積軟土的壓縮性、孔隙比以及滲透性影響顯著，上覆荷載越大，海積軟土的軸向變形越大，孔隙比、滲透系數(shù)越小。

③上覆荷載影響海積軟土與浸泡液之間的離子交換；上部荷載由30 kPa增加到80 kPa時(shí)，對高濃度浸泡液環(huán)境下海積軟土與外界進(jìn)行離子交換的影響最為顯著；在低濃度浸泡液環(huán)境下，上覆荷載對海積軟土與浸泡液間離子交換的影響大于浸泡液離子濃度本身的影響。

④海積軟土粘聚力c值隨上覆荷載和Ca2+、Mg2+濃度的增加而增大，但上覆荷載的影響起決定作用；化學(xué)組分對海積軟土的內(nèi)摩擦角φ值影響顯著。Ca2+對海積軟土抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值的增強(qiáng)作用比Mg2+明顯。

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(責(zé)任編輯唐漢民梁碧芬)

Experimental study on physical and mechanical properties of marine soft soil under environmental changes

CHEN Hong-fei1,2, LIANG Teng-long1,2, JIAO Wen-can1,2, WU Heng1,2, YUAN Hai-bo1,2, ZHOU Dong1,2, WANG Ye-tian1,2

(1. College of Civil Engineering and Architecture, Guangxi Universiy, Nanning 530004, China;2. Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety of the Ministry of Education, Guangxi University, Nanning 530004, China)

The sea reclamation, in many ways, changes the environment around marine soft soil. The marine soft soil is influenced by many factors in different levels, and the factors work simultaneously. This paper focuses on the marine soft soil, which lies in the reclamation area of Qinzhou port, Guangxi Province. The “soaking-loading” sample preparation technology is used to study the effect of Environmental factors on the compressibility, permeability and strength of the marine soft soil, from the aspects of pore solution and planar load coupling. Research shows that the Ca2+and Mg2+in the pore solution decrease the void ratio, compressibility and permeability of marine soft soil. The higher the concentration is, the lower the compressibility and permeability of the soft soil will be. Under the same concentration, Ca2+has more influence on the compressibility of the soil than Mg2+, but Mg2+has a stronger effect on the void ratio and permeability coefficient. The overlying load affects Ion exchange between marine soft soil and soaking liquid. The effect depends on the magnitude of overlying load and the concentration of soaking liquid. The overlying load has a decisive effect on the change of cohesion (c), and the chemical composition has significant effects on the intrinsic friction angle (φ).

marine soft soil; physical and mechanical properties; environment; chemical components; overlying load; Sea reclamation

2015-12-12；

2016-02-28

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51178124、51378132)、廣西科技計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目(0895004-2、0992027-3)資助

周東(1962—)，男，廣西大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師；E-mail：zhd516@163.com。

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1082

TU411

A

1001-7445(2016)02-1082-13

引文格式：陳宏飛，梁騰龍，焦文燦，等.賦存環(huán)境變化對海積軟土物理力學(xué)性質(zhì)影響試驗(yàn)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，41(2)：1082-1094.