俞俊秋+張明成+郭萬(wàn)鵬+張玉婷

摘 要：根據(jù)對(duì)三山港河道2-1層軟土代表性部位進(jìn)行的原位測(cè)試強(qiáng)度，總結(jié)三山港河道軟土的物理力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)間的相互關(guān)系，為類(lèi)似工程積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：三山港；軟土；強(qiáng)度；特性

中圖分類(lèi)號(hào)：TU471.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）28-0184-02

1 概述

新溝河延伸拓浚工程武進(jìn)標(biāo)段三山港河道（西支石堰至京杭運(yùn)河）整治工程全長(zhǎng)15.06km。工程內(nèi)容主要包括：河道拓浚、堤防工程、堤頂防汛道路、護(hù)坡護(hù)岸工程；疏浚后的河道底寬30m，底高程0.00m，河道邊坡為1：2.5～1：5；護(hù)岸工程采用鋼筋砼懸臂式直立擋墻，底板頂面高程2.00m，底板厚0.4m，齒坎底高程1.10m。

工程地質(zhì)勘察揭示2-1層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，夾薄層砂壤土； 0.50m～23.00m，平均厚度為7.8m，層底起伏大，河道兩岸斷續(xù)分布。

2 2-1層工程地質(zhì)特性

工程地質(zhì)勘察表明：2-1層具流變性、觸變性、高壓縮性；土質(zhì)不均勻?qū)雍褡兓螅驗(yàn)檐浲恋鼗容^復(fù)雜，這就使得強(qiáng)度指標(biāo)一般的測(cè)試方式測(cè)不準(zhǔn)確，超出了計(jì)算分析出的結(jié)果與工程實(shí)際狀況在一定范圍內(nèi)允許的偏差，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度。為了更清楚地了解三山港河道2-1層軟土的原位強(qiáng)度， 受甲方委托，我公司對(duì)三山港河道2-1層軟土進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)。我們采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、原位十字板以及無(wú)側(cè)限抗壓等方法，希望以此得到和實(shí)際情況所差無(wú)幾的土層土質(zhì)指標(biāo)，確保工程的設(shè)計(jì)施工更加安全合理。

3 軟土的強(qiáng)度特性

3.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度特性

軟土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度類(lèi)型與不排水三軸剪切類(lèi)型相似，我們把軟土受到破壞時(shí)可以承受的最大軸向應(yīng)力qu叫做無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。此地區(qū)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化圖具有一個(gè)相同的特點(diǎn)，即破壞軸向應(yīng)力較小，變化的幅度僅僅在2%到6%之間。如圖1所示，曲線達(dá)到最高點(diǎn)之前，相當(dāng)于一條直線，這個(gè)時(shí)期土質(zhì)呈彈性變形。而當(dāng)曲線達(dá)到峰值之后，呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，這個(gè)時(shí)期土質(zhì)呈脆性破壞。從圖中可以看出，重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比較小，曲線的變化較平緩，峰值不明顯，其土質(zhì)呈塑形破壞，這說(shuō)明軟土的靈敏性比較強(qiáng)。我們對(duì)軟土的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果其靈敏度為3.5～4.5，查《工程地質(zhì)手冊(cè)》得靈敏度屬于中等，這就說(shuō)明一旦土的結(jié)構(gòu)遭到損害，土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度跟原來(lái)相比會(huì)下降到原來(lái)的五分之一至三分之一，會(huì)嚴(yán)重影響到工程的安全穩(wěn)定性。這就要求在進(jìn)行施工時(shí)，需要按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大面積的平填工作，避免出現(xiàn)變化明顯的填土高度的現(xiàn)象，避免出現(xiàn)地基局部受到破壞的情況，造成不可避免的損失。

3.2 孔壓靜力觸探和十字板剪切

為了使得強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)的工作順利進(jìn)行，勘探工作不僅要包括鉆取原狀土樣，還要對(duì)孔壓靜力觸探和十字板剪切工作進(jìn)行探究，這兩種實(shí)驗(yàn)較為典型的曲線如圖2所示。

圖1、圖2表示：由于軟土在應(yīng)力的作用下會(huì)發(fā)生形變，可以縮小孔隙比并且有效減少孔隙水的排出。一個(gè)地區(qū)的軟土自重應(yīng)力越高，其土體的承受能力就越強(qiáng)，從而十字板剪切以及孔壓靜力觸探的強(qiáng)度就越大。此現(xiàn)象可以說(shuō)明軟土的孔壓靜力觸探以及十字板剪切強(qiáng)度都是由軟土的最上方以不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)向下方延伸。

3.3 三軸抗剪強(qiáng)度特性

三軸實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容采取了固結(jié)不排水和不固結(jié)不排水等兩種形式。其中，三軸固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度的軸向應(yīng)力和主應(yīng)力差的變化趨勢(shì)呈雙曲線形式，主應(yīng)力差隨著軸向應(yīng)變的變化而隨之變化，當(dāng)應(yīng)力值最大時(shí)，土質(zhì)狀況成塑性，應(yīng)變關(guān)系與應(yīng)力值之間的影響不突出。而三軸不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度的軸向應(yīng)力和主應(yīng)力差的關(guān)系曲線和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)力曲線圖類(lèi)似，其特點(diǎn)為破壞應(yīng)變較小。

在軟土的三軸固結(jié)不排水這一實(shí)驗(yàn)中，其孔隙水壓力呈現(xiàn)出一個(gè)共同特性，孔隙水壓力會(huì)根據(jù)軸向應(yīng)力的增加呈現(xiàn)線性增大，并且孔隙壓力會(huì)根據(jù)圍壓值的增加快速增大，孔隙水壓力占據(jù)破壞時(shí)主應(yīng)力差的三分之一至二分之一。這個(gè)地區(qū)在進(jìn)行黏土的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在剪切這一過(guò)程中，孔隙水的壓力增長(zhǎng)較為緩慢，并且其峰值相對(duì)來(lái)說(shuō)穩(wěn)定，孔隙水壓力占據(jù)主應(yīng)力差的四十分之一至十分之一。

出現(xiàn)以上情況的主要原因是大部分軟土是正常固結(jié)。土體骨架顆粒和孔隙水承擔(dān)了軟土的應(yīng)力支持，在三軸固結(jié)不排水的實(shí)驗(yàn)中，孔隙水的壓力會(huì)由于剪切應(yīng)力的增加隨之變化。因?yàn)榧羟袝r(shí)不排出，孔隙壓力就會(huì)由于不能散出而隨著軸向應(yīng)力的變化而變化。但是老粘土是超固結(jié)土，在其產(chǎn)生的過(guò)程中受到過(guò)很大的應(yīng)力，因此在三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)中，孔隙水應(yīng)力不會(huì)隨著剪應(yīng)力的增加而相應(yīng)的增加。

三軸試驗(yàn)結(jié)果（平均值）如表1所示。

從表2可以看出三軸固快的內(nèi)摩察角φcu較三軸快剪的內(nèi)摩察角φuu增大7～9倍，而凝聚力減小3～4倍，這主要原因是因?yàn)檐浲恋奶烊豢紫洞螅?jīng)過(guò)增加負(fù)荷后，孔隙比會(huì)減小，孔隙比的變化會(huì)隨著增加的負(fù)荷的增大而增大，因此抗剪強(qiáng)度就會(huì)不斷增加，但是由于三軸快剪強(qiáng)度會(huì)隨著垂直應(yīng)力的增大而緩慢增加，所以φcu的值變大，而Ccu變小。

3.4 軟土固結(jié)變形特性

軟土固結(jié)變形特性的實(shí)驗(yàn)所得到的固結(jié)系數(shù)和通過(guò)孔壓消散試驗(yàn)所得到的固結(jié)系數(shù)通過(guò)分析可以得出2-1軟土層的固結(jié)系數(shù)列于下表2。

從表2能夠得到現(xiàn)場(chǎng)孔壓消散所得到的固結(jié)系數(shù)與室內(nèi)測(cè)驗(yàn)相比大約大7倍，這就說(shuō)明和地基中的粉土微薄層土性有關(guān)。如果地基不做處理的話，固結(jié)排水一般以豎向?yàn)橹鳎探Y(jié)的運(yùn)算應(yīng)該使用室內(nèi)Cv值的檢測(cè)結(jié)果。在地基進(jìn)行豎向的排水方法時(shí)，固結(jié)排水要以水平方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，可以使用原位孔觸壓測(cè)量的Ch值進(jìn)行固結(jié)的計(jì)算。

3.5 強(qiáng)度分析

十字板試驗(yàn)結(jié)果明顯比三軸快剪的強(qiáng)度高。一般認(rèn)為三軸快剪是因?yàn)樵谌⊥翗舆M(jìn)行室內(nèi)測(cè)驗(yàn)的時(shí)候，使得土樣沒(méi)有了周?chē)鷳?yīng)力的束縛而導(dǎo)致吸水膨脹，再加上在這個(gè)過(guò)程中各個(gè)操作環(huán)境的影響，土質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到了破壞，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果變小，由于十字板測(cè)得的應(yīng)力水平對(duì)土樣的破壞程度較低，所以測(cè)量出的結(jié)果與實(shí)際情況相符。這就說(shuō)明了現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和取樣環(huán)節(jié)不能夠準(zhǔn)確得到軟土實(shí)際的原位強(qiáng)度，因此在提高實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和改善土壤取樣時(shí)，靈敏度較高的軟粘性土應(yīng)當(dāng)采取原位測(cè)試的方式來(lái)測(cè)其強(qiáng)度指標(biāo)，用來(lái)增強(qiáng)勘察和設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

新溝河拓浚延伸工程2-1軟土具有厚層、高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強(qiáng)度特征。想要增強(qiáng)勘察和設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，靈敏度高厚度大的軟土層，可以采取孔壓靜力觸探、十字板剪切試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度等原位測(cè)試方法來(lái)確定其強(qiáng)度指標(biāo)。以期待獲得跟實(shí)際狀況相對(duì)來(lái)說(shuō)差不多的土體標(biāo)準(zhǔn)，從而給實(shí)驗(yàn)計(jì)算提供可信的數(shù)據(jù)，保障設(shè)計(jì)方案以及施工過(guò)程能夠順利完成。

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