軟粘土物理力學特點分析范文
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1前言
目前，開發和利用沿海灘涂資源進行的圍墾工程成為解決我國沿海地區用地緊張、推動區域發展的重要戰略之一。近年來，沿海地區圍墾工程呈現逐步向深水、低涂、超軟地基發展的特點［1］。沿海地區多有深厚的淤泥、淤泥質軟土層，這類軟土一般具有高含水量、高壓縮性、低滲透性、低抗剪強度、顯著的結構性與流變性等特點，這些基本特性對工程會產生潛在的不利影響，其中以土體的結構性最甚。沈珠江院士早已指出粘性土結構性問題研究的重要性［2］。呂海波與汪稔等［3－4］對瓊州海峽南北港防波堤區軟土的結構性進行了初步的機理分析。研究結構性土的物理、力學性質指標及其相關性對于土體特性的判定、工程特性的分析及其為工程提供可靠的設計參數具有重要的實用價值。通過指標間的相關性分析，利用常規的土性參數預測變形與強度參數也有一定的工程價值［6］。然而目前對結構性粘土物理力學性質指標的變化規律及其相關性的研究并不多見［7］。因此，有必要對結構性存在條件下軟粘土的物理、力學性質指標及其相關性展開統計分析。
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。實體工程位于玉環縣楚門半島與玉環島之間的漩門港灣，海堤總長5314m。本試驗重點研究最長的中段珠港海堤范圍內的深厚淤泥質軟土的物理力學特性，珠港海堤地基主要由Ⅰ層淤泥夾粉土、Ⅱ層淤泥、Ⅲ層淤泥質粉質粘土、Ⅳ層粘土夾粉細砂等組成。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土層的物理力學特性指標
根據研究內容，我們設計了相關的室內試驗方案，進行基本物理性質試驗，同時還進行了一維固結試驗與無側限抗壓強度試驗。以上試驗的操作方法均按照《土工試驗規程》［8］嚴格進行。土層的物理力學性質指標統計分析見表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。液性指數范圍1．15～1．94，土體全部處于流塑狀態。各物理力學特性指標的變異系數較小，表明該地區各土層的性質空間分布的差異較小，在設計中可將每一土層的設計參數取作常量。從圖中可以看出，只有靈敏度與土層的深度呈近似線性關系，其他各指標與土層深度并非線性關系，而在Ⅱ層中出現突變，表明該層土與上下土層物理力學性質存在較大的差異，原狀土與重塑土的無側限抗壓強度試驗的結果表明，該層土的結構性強、靈敏度大，表明該土層物理力學指標的變化與結構性相關。該地區軟土的靈敏度在2～4之間，與已有文獻調查臺州地區的軟土靈敏度的數據吻合［9］，按照該指標評價此次試驗軟土為中等結構性土。
4結構性粘土的物理力學性質指標相關性分析
土體的工程特性與其物理力學特性指標密切相關，因此，對漩門海相軟粘土各項物理力學指標進行相關性分析，對于該地區土性的認識與工程實踐經驗的積累具有重要的參考意義。本文采用最小二乘法對各項指標間的相關性進行回歸分析，為了便于工程應用，這里僅采用一元線性關系對其進行分析。其物理力學指標相關性見圖2和圖3，獲得對應的回歸方程式見表2。從圖表中可以看出，土體的密度ρ、塑限wP與含水率w之間線性相關性較差；而孔隙比e與含水量具有良好的線性相關性，同時液限wL與w、e具有較好的相關性，這些表明土體的微觀結構與粘粒含量對土體含水量與液限均產生較大的影響。塑性指數IP與含水量的相關性較好，而與孔隙比e的相關性稍差，表明天然含水量對IP影響更大。壓縮系數a1－2與w相關性較好，而與e相關性稍差，由于該層土體結構性較強，使得該層的壓縮系數與孔隙比的相關性較差。壓縮系數隨著e的增加而增大，在Ⅱ層增大的速率上升，表明該層土的壓縮系數較大，強度較低，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的相關性較好，故可根據基本物性試驗，通過經驗公式推得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性較差，表明靈敏度與土體的孔隙比沒有明顯的線性關系，也可能由于樣本較少造成分析存在誤差，需要進一步的研究才能做出合理的判斷。
5結論
通過現場原位取樣與室內土工試驗對漩門灣海相軟粘土進行了物理力學特性指標的統計分析，得到以下基本結論：（1）該地區各土層的物理力學特性指標的變異性較小，空間分布差異性不明顯，可忽略空間變異性的影響，取常量作為設計參數。（2）土層的物理力學指標與土層深度呈非線性關系，各指標沿深度的變化與土體結構性的強弱密切相關。（3）軟粘土的ρ、wP與含水率w之間線性相關性較差；而e、wL、IP、a1－2與w具有良好的線性相關性。液限wL、IP、a1－2與e具有較好的相關性，而St與e的相關性較差。根據含水率w的變化，結合經驗公式能夠獲得土體的變形參數a1－2，可為該地區工程評價提供一定的經驗依據。