軟粘土物理力學(xué)特點(diǎn)分析范文

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1前言

目前，開發(fā)和利用沿海灘涂資源進(jìn)行的圍墾工程成為解決我國(guó)沿海地區(qū)用地緊張、推動(dòng)區(qū)域發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一。近年來(lái)，沿海地區(qū)圍墾工程呈現(xiàn)逐步向深水、低涂、超軟地基發(fā)展的特點(diǎn)［1］。沿海地區(qū)多有深厚的淤泥、淤泥質(zhì)軟土層，這類軟土一般具有高含水量、高壓縮性、低滲透性、低抗剪強(qiáng)度、顯著的結(jié)構(gòu)性與流變性等特點(diǎn)，這些基本特性對(duì)工程會(huì)產(chǎn)生潛在的不利影響，其中以土體的結(jié)構(gòu)性最甚。沈珠江院士早已指出粘性土結(jié)構(gòu)性問題研究的重要性［2］。呂海波與汪稔等［3－4］對(duì)瓊州海峽南北港防波堤區(qū)軟土的結(jié)構(gòu)性進(jìn)行了初步的機(jī)理分析。研究結(jié)構(gòu)性土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及其相關(guān)性對(duì)于土體特性的判定、工程特性的分析及其為工程提供可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)具有重要的實(shí)用價(jià)值。通過指標(biāo)間的相關(guān)性分析，利用常規(guī)的土性參數(shù)預(yù)測(cè)變形與強(qiáng)度參數(shù)也有一定的工程價(jià)值［6］。然而目前對(duì)結(jié)構(gòu)性粘土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律及其相關(guān)性的研究并不多見［7］。因此，有必要對(duì)結(jié)構(gòu)性存在條件下軟粘土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及其相關(guān)性展開統(tǒng)計(jì)分析。

2工程概況

浙江漩門三期圍墾工程是至今該省最大的圍墾工程，總圍墾面積45．3km2。實(shí)體工程位于玉環(huán)縣楚門半島與玉環(huán)島之間的漩門港灣，海堤總長(zhǎng)5314m。本試驗(yàn)重點(diǎn)研究最長(zhǎng)的中段珠港海堤范圍內(nèi)的深厚淤泥質(zhì)軟土的物理力學(xué)特性，珠港海堤地基主要由Ⅰ層淤泥夾粉土、Ⅱ?qū)佑倌唷ⅱ髮佑倌噘|(zhì)粉質(zhì)粘土、Ⅳ層粘土夾粉細(xì)砂等組成。本研究鉆探取樣位置選擇在海堤建造影響范圍外（編號(hào)BZK），取土最大深度為59．8m，所取土樣主要為Ⅱ、Ⅲ層，兼有部分Ⅰ層。

3土層的物理力學(xué)特性指標(biāo)

根據(jù)研究?jī)?nèi)容，我們?cè)O(shè)計(jì)了相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)方案，進(jìn)行基本物理性質(zhì)試驗(yàn)，同時(shí)還進(jìn)行了一維固結(jié)試驗(yàn)與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。以上試驗(yàn)的操作方法均按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》［8］嚴(yán)格進(jìn)行。土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析見表1，其隨土層深度的變化見圖1。從表中可以看出，漩門灣海相軟粘土的天然含水率高，孔隙比大。液性指數(shù)范圍1．15～1．94，土體全部處于流塑狀態(tài)。各物理力學(xué)特性指標(biāo)的變異系數(shù)較小，表明該地區(qū)各土層的性質(zhì)空間分布的差異較小，在設(shè)計(jì)中可將每一土層的設(shè)計(jì)參數(shù)取作常量。從圖中可以看出，只有靈敏度與土層的深度呈近似線性關(guān)系，其他各指標(biāo)與土層深度并非線性關(guān)系，而在Ⅱ?qū)又谐霈F(xiàn)突變，表明該層土與上下土層物理力學(xué)性質(zhì)存在較大的差異，原狀土與重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果表明，該層土的結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、靈敏度大，表明該土層物理力學(xué)指標(biāo)的變化與結(jié)構(gòu)性相關(guān)。該地區(qū)軟土的靈敏度在2～4之間，與已有文獻(xiàn)調(diào)查臺(tái)州地區(qū)的軟土靈敏度的數(shù)據(jù)吻合［9］，按照該指標(biāo)評(píng)價(jià)此次試驗(yàn)軟土為中等結(jié)構(gòu)性土。

4結(jié)構(gòu)性粘土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

土體的工程特性與其物理力學(xué)特性指標(biāo)密切相關(guān)，因此，對(duì)漩門海相軟粘土各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，對(duì)于該地區(qū)土性的認(rèn)識(shí)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累具有重要的參考意義。本文采用最小二乘法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行回歸分析，為了便于工程應(yīng)用，這里僅采用一元線性關(guān)系對(duì)其進(jìn)行分析。其物理力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性見圖2和圖3，獲得對(duì)應(yīng)的回歸方程式見表2。從圖表中可以看出，土體的密度ρ、塑限wP與含水率w之間線性相關(guān)性較差；而孔隙比e與含水量具有良好的線性相關(guān)性，同時(shí)液限wL與w、e具有較好的相關(guān)性，這些表明土體的微觀結(jié)構(gòu)與粘粒含量對(duì)土體含水量與液限均產(chǎn)生較大的影響。塑性指數(shù)IP與含水量的相關(guān)性較好，而與孔隙比e的相關(guān)性稍差，表明天然含水量對(duì)IP影響更大。壓縮系數(shù)a1－2與w相關(guān)性較好，而與e相關(guān)性稍差，由于該層土體結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)，使得該層的壓縮系數(shù)與孔隙比的相關(guān)性較差。壓縮系數(shù)隨著e的增加而增大，在Ⅱ?qū)釉龃蟮乃俾噬仙砻髟搶油恋膲嚎s系數(shù)較大，強(qiáng)度較低，在建造堤壩的過程中易破壞，故不宜作為持力層。另外，由于含水量與a1－2的相關(guān)性較好，故可根據(jù)基本物性試驗(yàn)，通過經(jīng)驗(yàn)公式推得a1－2，具有一定的工程意義。從圖中可以看出，土體靈敏度與孔隙比的相關(guān)性較差，表明靈敏度與土體的孔隙比沒有明顯的線性關(guān)系，也可能由于樣本較少造成分析存在誤差，需要進(jìn)一步的研究才能做出合理的判斷。

5結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)原位取樣與室內(nèi)土工試驗(yàn)對(duì)漩門灣海相軟粘土進(jìn)行了物理力學(xué)特性指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析，得到以下基本結(jié)論：（1）該地區(qū)各土層的物理力學(xué)特性指標(biāo)的變異性較小，空間分布差異性不明顯，可忽略空間變異性的影響，取常量作為設(shè)計(jì)參數(shù)。（2）土層的物理力學(xué)指標(biāo)與土層深度呈非線性關(guān)系，各指標(biāo)沿深度的變化與土體結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱密切相關(guān)。（3）軟粘土的ρ、wP與含水率w之間線性相關(guān)性較差；而e、wL、IP、a1－2與w具有良好的線性相關(guān)性。液限wL、IP、a1－2與e具有較好的相關(guān)性，而St與e的相關(guān)性較差。根據(jù)含水率w的變化，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式能夠獲得土體的變形參數(shù)a1－2，可為該地區(qū)工程評(píng)價(jià)提供一定的經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。