海口市東海岸軟土抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)度變化規(guī)律研究

戚玉紅，田 偉，楊鴻鈞，李建軍

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222；2.中石油工程技術(shù)研究院，天津 300451）

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?？谑袞|海岸軟土抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)度變化規(guī)律研究

戚玉紅1，田 偉2，楊鴻鈞1，李建軍1

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222；2.中石油工程技術(shù)研究院，天津 300451）

通過對海口市東海岸某建設(shè)工程的軟土進(jìn)行三軸固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，本文探討了在不同固結(jié)度下軟土抗剪強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明：隨著固結(jié)度的增大，軟土的內(nèi)聚力呈現(xiàn)出先減小后增大再減小的趨勢，對抗剪強(qiáng)度增長作用不大；隨著固結(jié)度的增大，軟土的內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)出持續(xù)增大的趨勢，當(dāng)固結(jié)度＞75 %時增加幅度明顯降低；隨著固結(jié)度的增大，軟土的抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)出持續(xù)增長的趨勢，當(dāng)固結(jié)度＞75 %時增幅明顯降低。

軟土；抗剪強(qiáng)度；固結(jié)度；三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)

引 言

隨著國內(nèi)水運(yùn)工程的發(fā)展，修建在軟土地基上的防波堤、圍堰和堆場等工程越來越多。軟土在上部荷載的作用下進(jìn)行排水固結(jié)，其抗剪強(qiáng)度隨著軟土的固結(jié)而增長，這種增長對低承載力的軟土來說是十分重要的。掌握軟土抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)度的增長規(guī)律對準(zhǔn)確計(jì)算軟土地基的穩(wěn)定性，合理制定軟基處理方案，降低工程的造價具有重要作用。

1 工程地質(zhì)條件

本文所依托的?？谑袞|海岸某人工島工程距海口市中心約12 km，東西長約8 km，南北寬0.5～1.6 km，本工程填海面積約716 hm2，護(hù)岸長度約23.97 km。

研究區(qū)內(nèi)第四系地層分布廣泛，主要為海相及濱海相沉積的軟土層、粘性土層與砂性土層。土層分布比較有規(guī)律，自上而下可劃分為四個大層和多個主要亞層。第一大層包括：①1中砂、①2-1粉細(xì)砂、①2-2粉細(xì)砂、①3中砂；第二大層包括：②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、淤泥、淤泥混砂、②2細(xì)砂；第三大層包括：③1粉質(zhì)粘土、③3中粗砂、③4礫砂、③5圓礫、③6粘土；第四大層包括：④1粘土、④2中粗砂、細(xì)砂夾層、④3粉質(zhì)粘土、④4粘土及粘性土混砂夾層等。

本次研究對象是淤泥質(zhì)土。其中②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土呈灰褐色、灰色，流塑～軟塑狀，中塑性，土質(zhì)不均勻，夾粉細(xì)砂薄層及砂團(tuán)，混砂粒，局部含碎貝殼及有機(jī)質(zhì)。該層層厚0.6～6.0 m不等，層底高程在-20.51～-13.26 m之間；淤泥質(zhì)粘土呈灰褐色，流塑～軟塑狀，高塑性，土質(zhì)不均勻，含碎貝殼，混砂粒，夾粉細(xì)砂薄層及粉細(xì)砂團(tuán)。該層層厚0.8～4.3 m不等，層底高程在-19.10～-14.16 m之間。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 土樣的采取

土樣采用薄壁取土器靜壓取得，減少對土層天然結(jié)構(gòu)的破壞，保證原狀土樣的取土質(zhì)量。

2.2 三軸固結(jié)不排水剪試驗(yàn)

試驗(yàn)采用全自動三軸儀（見圖 1）進(jìn)行。每個土樣的固結(jié)不排水剪試驗(yàn)采用三個試樣，試樣高度為80 mm，直徑39.1 mm（試樣見圖2），先分別在100 kPa、200 kPa及300 kPa的壓力下進(jìn)行固結(jié)，在試樣固結(jié)完成后，對土樣在相應(yīng)的圍壓下施加剪應(yīng)力進(jìn)行固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)，剪切速率對于0 %固結(jié)度的土樣采用0.8 %/min，其余固結(jié)度的土樣采用0.1 %/min，試樣的破壞標(biāo)準(zhǔn)采用15 %的應(yīng)變或者出現(xiàn)應(yīng)力峰值為準(zhǔn)。0 %、25 %、50 %、75 %及100 %固結(jié)度的試驗(yàn)分別進(jìn)行。固結(jié)度由儀器自動控制，其原理為：監(jiān)測固結(jié)過程中試樣的孔隙水壓力，試樣的固結(jié)度U=（u0-ut）/u0。

圖1　全自動三軸壓縮儀

圖2　固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)試樣

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同固結(jié)度下土樣抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化規(guī)律

本次研究共取得 31個土樣進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)各土樣的物理指標(biāo)和固結(jié)不排水剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角與固結(jié)度的關(guān)系曲線，見圖3、圖4。

圖3　平均內(nèi)聚力與固結(jié)度的關(guān)系曲線

圖4　平均內(nèi)摩擦角與固結(jié)度的關(guān)系曲線

由圖3可以看出，內(nèi)聚力隨著固結(jié)度的增大總體上呈現(xiàn)出先減小后增大隨之又減小的變化規(guī)律。固結(jié)度在從0 %到25 %時內(nèi)聚力呈現(xiàn)出下降的趨勢，其原因可能是由于在固結(jié)的初期，土顆粒在固結(jié)壓力的作用下重新排列，出現(xiàn)相對位移，土的原始微觀結(jié)構(gòu)擾動，致使內(nèi)聚力比不固結(jié)的情況下減小，這與文獻(xiàn)［1］中得出的結(jié)論是相一致的；在25 %～75 %固結(jié)度的狀態(tài)下內(nèi)聚力呈現(xiàn)出線性增長的規(guī)律，且內(nèi)聚力的最大值出現(xiàn)在固結(jié)度U=75 %的情況下。雖然內(nèi)聚力隨固結(jié)度的變化呈現(xiàn)出先減小后增大的規(guī)律，但是內(nèi)聚力的最大值比未固結(jié)時的情況僅僅增大了1.05 %，因此可見土的固結(jié)對內(nèi)聚力的提高作用不大。

如圖4所示，內(nèi)摩擦角隨固結(jié)度的增大而不斷增大，內(nèi)摩擦角的最大值出現(xiàn)在固結(jié)度=100 %的情況下。這是因?yàn)樵谕翗庸探Y(jié)過程中，水分被不斷排出，土顆粒不斷被壓密，致使土顆粒之間的摩阻力變大，因而內(nèi)摩擦角隨固結(jié)度的增大不斷增大。在固結(jié)度＜25 %的情況下，內(nèi)摩擦角的增幅最大；當(dāng)25 %＜固結(jié)度＜75 %時，內(nèi)摩擦角隨固結(jié)的的增大呈現(xiàn)出線性增大的變化規(guī)律，且增幅比固結(jié)度＜25 %的情況要小；當(dāng)固結(jié)度＞75 %時，雖然內(nèi)摩擦角也是隨固結(jié)度的增大而增大，但是增幅進(jìn)一步變小。

3.2 不同固結(jié)度下土的抗剪強(qiáng)度變化規(guī)律

土的抗剪強(qiáng)度可由下式計(jì)算：

不同固結(jié)度下土的抗剪強(qiáng)度見表1?？辜魪?qiáng)度隨固結(jié)度變化曲線見圖5。

表1　不同固結(jié)度下土的抗剪強(qiáng)度

由圖5所示，在相同固結(jié)度增量下，土樣剪切時的圍壓越大，其抗剪強(qiáng)度增幅越大。在固結(jié)度從0 %增加到25 %時，雖然內(nèi)聚力減小了27 %，但是內(nèi)摩擦角增大了560 %，因此，土體的抗剪強(qiáng)度仍然是增加的。當(dāng)固結(jié)度＞75 %時，抗剪強(qiáng)度的增長明顯放緩，且剪切時圍壓越小，其增長幅度越小。

圖5　抗剪強(qiáng)度與固結(jié)度關(guān)系曲線

4 結(jié) 論

1）隨著固結(jié)度的增大，軟土的內(nèi)聚力呈現(xiàn)出先減小后增大再減小的趨勢，對抗剪強(qiáng)度增長作用不大；

2）隨著固結(jié)度的增大，軟土的內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)出持續(xù)增大的趨勢，當(dāng)固結(jié)度＞75 %時增大的幅度明顯降低；

3）隨著固結(jié)度的增大，軟土的抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)出持續(xù)增長的趨勢，當(dāng)固結(jié)度＞75 %時增長的幅度明顯降低。

Soft Soil Shear Strength at East Coast of Haikou City Changes with Degree of Consolidation

Qi Yuhong1， Tian Wei2， Yang Hongjun1， Li Jianjun1
（1.CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China； 2.CNPC Research Institute of Engineering Technology， Tianjin 300451， China）

Based on the consolidated-undrained triaxial shear test of the soft soil sampled from one construction site at the east coast of Haikou city， the change rule of soft soil shear strength is discussed under the condition of different consolidation degrees. The results show that the cohesive force of soft soil firstly decreases， then increases， and decreases finally with the increasing of consolidation degree. But the cohesive force makes a little contribution to the shear strength. The internal friction angle φ increases continuously with the increasing of consolidation degree. But the increment of φ values becomes insignificantly when the consolidation degree exceeds 75%. The shear strength of soft soil increases insistently with the increasing of consolidation degree， but the increment decreases significantly when the degree of consolidation exceeds 75 %.

soft soil； shear strength； degree of consolidation； triaxial undrained test under consolidated condition

TU411.7

A

1004-9592（2016）03-0098-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160325

2015-10-14

戚玉紅（1963-），男，高級工程師，主要從事港口工程勘察工作。

［1]張銀屏， 宮全美， 董月英. 軟土抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)度變化的試驗(yàn)研究［J］. 巖土工程界， 2（8）: 37-40.