連云港海相軟土不排水強(qiáng)度特征

茍富剛, 龔緒龍,王光亞

1.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 南京 210049 2.國(guó)土資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)試驗(yàn)室, 南京 210049

0 引言

連云港濱海平原區(qū)全新世軟土廣泛分布，其具有埋深淺(一般1～2 m)、厚度大的特點(diǎn)，最厚處近30 m[1]。該軟土具有黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、含水率高、液性指數(shù)高、孔隙比高、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)。這一套軟土層作為地基，易出現(xiàn)各種工程問題，如路基沉降過(guò)大、固結(jié)慢，遲遲難以穩(wěn)定等，常常會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。穩(wěn)定分析計(jì)算需要考慮穩(wěn)定分析方法和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)兩個(gè)方面。以往的研究[2-4]表明，合理地選擇抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比采用哪種穩(wěn)定分析方法更為重要。研究區(qū)軟土滲透系數(shù)在10-7～10-8cm/s這一數(shù)量級(jí)，排水條件差且厚度大，適合采用不排水剪。地下水位以下的黏性土，可采用合算方法計(jì)算其土壓力和水壓力，而土的滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算可采用總應(yīng)力法[5-6]。

不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)獲取主要有2種方式[7]：第一種為原位試驗(yàn)，比如十字板剪切試驗(yàn)，簡(jiǎn)稱FVT試驗(yàn)；第二種為室內(nèi)土工試驗(yàn)，包括三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)(三軸UU試驗(yàn))、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(UTC試驗(yàn))和直剪中的快剪試驗(yàn)。基于Mohr-Coulomb理論，從理論上來(lái)說(shuō)，這幾種測(cè)試方法得出的不排水指標(biāo)強(qiáng)度應(yīng)該是相同的，但實(shí)際上室內(nèi)試驗(yàn)方法得出抗剪強(qiáng)度指標(biāo)往往小于原位試驗(yàn)得出的指標(biāo)。因?yàn)樵辉囼?yàn)?zāi)茏畲蟪潭鹊販p少對(duì)土體的擾動(dòng)，相比室內(nèi)土工試驗(yàn)獲取的兩種抗剪強(qiáng)度指標(biāo)更接近土體的實(shí)際抗剪強(qiáng)度[8]；同時(shí)，土體作為一種不均勻材料，具有天然沉積接觸面。羅傳慶等[9]、洪昌華等[10]的研究表明，土體不排水抗剪強(qiáng)度具有空間變異性。高彥斌等[11]、Mitchell等[12]的研究表明，軟土強(qiáng)度具有各向異性的主要原因來(lái)自2個(gè)方面：一是土體結(jié)構(gòu)和顆粒組成的各向異性引起的土體力學(xué)性狀的各向異性；二是選擇不同的剪切方向會(huì)得出不同的抗剪強(qiáng)度。據(jù)袁聚云等[13]對(duì)上海軟土各向異性的研究，黏性土顆粒間的接觸方式主要為面面接觸(近水平沉積，為最弱剪切面)，垂直方向切取試樣抗剪能力最高。

吳燕開等[14]、鄧永峰等[15]對(duì)連云港淺層軟土沉積環(huán)境和基本物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究?？娏植萚16]、黃高峰等[17]對(duì)研究區(qū)軟土強(qiáng)度和靈敏性進(jìn)行了研究。

目前連云港地區(qū)軟土強(qiáng)度的獲取主要依靠FVT試驗(yàn)和快剪試驗(yàn)[7,17]。本文采用三軸UU試驗(yàn)、UTC試驗(yàn)、快剪試驗(yàn)和FVT試驗(yàn)4種方法獲取軟土抗剪強(qiáng)度參數(shù)，并就4種方法獲取的土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，分析各試驗(yàn)方法的土體破壞特征和強(qiáng)度指標(biāo)異同原因，以期今后對(duì)具體工程地基穩(wěn)定性計(jì)算選取抗剪指標(biāo)提供參考。

1 連云港地區(qū)軟土沉積環(huán)境

連云港地區(qū)位于魯中南丘陵與淮北平原的結(jié)合部，東臨黃海，整個(gè)地勢(shì)自NW向SE傾斜。晚更新世以來(lái)，研究區(qū)發(fā)育3個(gè)海相層沉積，按沉積順序自下向上依次為滄州海侵地層、獻(xiàn)縣海侵地層和黃驊海侵地層，其中：前2個(gè)海侵層發(fā)生在晚更新世，沉積底板埋深最大可達(dá)49.67 m；黃驊海侵層為在距今約6 000 a形成的一套廣泛分布海積軟土層(本文研究土層)，沉積底板埋深最大可達(dá)近30 m，軟土類型為灰—深灰色淤泥及淤泥質(zhì)土(包括淤泥質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土)，其具有壓縮性高、低滲透性、抗剪強(qiáng)度低的工程特性(表1)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，淤泥、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土質(zhì)量分別占軟土質(zhì)量的49%，44%，7%。

2 樣品采集及測(cè)試

為了獲取研究區(qū)軟土物理力學(xué)指標(biāo)，在江蘇濱海平原區(qū)布置工程鉆孔53個(gè)(圖1)，工程鉆孔采樣密度為1.5～2.0 m采一個(gè)薄壁樣(長(zhǎng)50 cm)。施工順序?yàn)橄仁┕VT試驗(yàn)孔，再施工工程孔。FVT試驗(yàn)孔和工程孔為對(duì)比孔，在同一位置施工。為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，樣品分批及時(shí)配送到國(guó)土資源部南京礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成測(cè)試分析。

三軸UU試驗(yàn)采用WX064全自動(dòng)三軸儀(KTG)完成，獲取黏聚強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角；UTC試驗(yàn)采用YYW-2應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限壓力儀獲取抗剪強(qiáng)度；快剪試驗(yàn)采用DJY-3四聯(lián)等應(yīng)變直剪儀獲取黏聚強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角。本文制樣采用垂直方向的切取試樣。

表1 研究區(qū)軟土的物理力學(xué)特性

注：wN為黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)；wF為粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)；W為天然含水量；e0為天然孔隙比；WL為液限；Ip為塑性指數(shù)；IL為液性指數(shù)；a1-2為壓縮系數(shù)；ES為壓縮模量；CUU為三軸UU試驗(yàn)得出的黏聚強(qiáng)度；φUU為三軸UU試驗(yàn)得出的內(nèi)摩擦角。

圖1 研究區(qū)軟土厚度分布及試驗(yàn)、采樣平面分布圖Fig.1 Distribution map of thickness, test and sample of soft clay

FVT試驗(yàn)采用鋼環(huán)傳感裝置及離合式十字板頭。本次測(cè)試采用十字板頭規(guī)格為75 mm(直徑d)×150 mm(高度h)。每隔1 m測(cè)試1個(gè)點(diǎn)。

天然沉積土體是一種變異性很大的工程材料，土體抗剪強(qiáng)度具有固有各向異性，試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)離散性較大；因此可借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)揭示相同地質(zhì)單元土體在不同測(cè)試方法下的抗剪強(qiáng)度特征和土體各指標(biāo)表之間的變化規(guī)律，比如采用均值、圖表等對(duì)抗剪強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)和比較分析。

3 軟土剪切面和抗剪強(qiáng)度特征

3.1 三軸UU試驗(yàn)

3.1.1 土體單元應(yīng)力狀態(tài)

根據(jù)Mohr-Coulomb抗剪強(qiáng)度公式

SUU=CUU+σtanφUU=1/2(σ1-σ3)sin 2αcr

(1)

可知，破裂面上的抗剪強(qiáng)度SUU由摩擦強(qiáng)度σtanφUU和黏聚強(qiáng)度CUU組成，摩擦強(qiáng)度決定于剪切面上的法向總應(yīng)力σ和土的內(nèi)摩擦角φUU。其中：

σ3=σ1tan2(45°-φUU/2)-

2CUUtan (45°-φUU/2)；

(2)

αcr=±(45°+φUU/2)。

(3)

式中：σ1為豎直面方向應(yīng)力，取土體上覆自重應(yīng)力；σ3為水平方向應(yīng)力；αcr為破裂角(圖2，破壞面與最小主應(yīng)力的夾角)。

τ為剪切破裂面的剪切應(yīng)力。圖2 極限平衡狀態(tài)下的剪切破壞特征Fig.2 Shear failure characteristics of the limit equilibrium condition

3.1.2 破裂面特征

三軸UU試驗(yàn)的試驗(yàn)原理為：基于總應(yīng)力法，根據(jù)式(3)可以預(yù)測(cè)土體剪切破裂面。在極限平衡條件下，采用垂直制樣且最大主應(yīng)力為垂直方向時(shí)，土體破壞時(shí)土中出現(xiàn)一對(duì)剪切破裂面(最弱的剪切面)，破裂面為一橢圓形斜截面。由于三軸UU試驗(yàn)測(cè)得φUU較小，據(jù)式(3)知，破裂面基本上與水平面呈45°，剪切破裂面在水平面和豎直面上的投影面積基本接近。

圖3 三軸UU試驗(yàn)破裂角直方圖Fig.3 Histogram of failure angle of tri-axis UU test

基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析(圖3)，土體破裂角最大值為46.25°，最小值僅為45.00°，平均值為45.42°。破裂角主要集中在45.10°～45.70°這一范圍內(nèi)，其約占破裂角總數(shù)的93%。

3.1.3 強(qiáng)度特征

黏聚強(qiáng)度CUU平均值為10.92 kPa，內(nèi)摩擦角φUU平均值為0.84°(表1)?；谑?1)知，CUU不隨深度變化，僅取決于土粒之間的物理化學(xué)作用力；隨著深度的增加，σtanφUU越來(lái)越大。計(jì)算結(jié)果顯示軟土抗剪強(qiáng)度平均值為13.13 kPa，其中內(nèi)摩擦角對(duì)軟土抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn)量約為16.8%。

為了驗(yàn)證摩擦強(qiáng)度隨著深度遞增這一觀點(diǎn)，每5 m深度統(tǒng)計(jì)一次，即按照深度為0～5 m，5～10 m，10～15 m和>15 m分4次統(tǒng)計(jì)摩擦強(qiáng)度和黏聚強(qiáng)度對(duì)抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn)量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4。從圖4可以看出：土體摩擦強(qiáng)度隨著其埋深的增大而增大，由8.0%增加到25.0%，增加了17.0%；隨著深度遞增，黏聚強(qiáng)度所占頻率有所減少。

圖4 三軸UU試驗(yàn)?zāi)Σ翉?qiáng)度和黏聚強(qiáng)度隨深度變化規(guī)律Fig.4 Friction strength and cohesive strength change with depth by tri-UU test

3.2 UTC試驗(yàn)

UTC試驗(yàn)是三軸UU試驗(yàn)的一個(gè)特例，即將土樣置于不受側(cè)向限制的條件下進(jìn)行壓力試驗(yàn)，此時(shí)土樣所受的圍壓為0 kPa，最大主應(yīng)力的極限值即為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。制樣采用垂直方向的切取試樣方式，最大主應(yīng)力為垂直方向，土樣破壞特征與三軸UU試驗(yàn)類似。UTC試驗(yàn)測(cè)得軟土抗剪強(qiáng)度SU最大值為34.00 kPa，最小值僅為3.00 kPa，平均值為13.10 kPa，與三軸UU試驗(yàn)測(cè)得抗剪強(qiáng)度平均值13.13 kPa非常接近(表2)，說(shuō)明試驗(yàn)方法對(duì)軟土強(qiáng)度指標(biāo)影響不大。

3.3 快剪試驗(yàn)

基于快剪試驗(yàn)過(guò)程分析知，快剪試驗(yàn)剪切面為固定的水平面，軟土強(qiáng)度反映土體天然沉積面的強(qiáng)度。本次共獲取了快剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)61組?；跀?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析知：快剪試驗(yàn)得出黏聚強(qiáng)度(Cq)離散性較大(圖5)，Cq最大值為23.00 kPa，最小值僅為5.00 kPa，平均值為10.12 kPa?？旒粼囼?yàn)得出的Cq平均值小于三軸UU試驗(yàn)得出的黏聚強(qiáng)度CUU(表1，圖5)。

圖5 軟土黏聚強(qiáng)度隨其埋深分布圖Fig.5 Distribution map of soft clay cohesion with depth

3.4 FVT試驗(yàn)

FVT試驗(yàn)土體剪破面為圓柱面，剪切破壞時(shí)的扭力矩等于側(cè)面和上、下底面上土的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗扭力矩：

(4)

式中：M為剪切破壞時(shí)的扭力矩；τfv為破壞時(shí)圓柱體側(cè)面的抗剪強(qiáng)度；τfh為破壞時(shí)圓柱體上、下底面的抗剪強(qiáng)度。

則FVT試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度SF為

(5)

土體剪破面為圓柱面，圓柱面的側(cè)面積(35 325 mm2)遠(yuǎn)大于上、下底面的面積之和(8 831 mm2)，上、下底面積之和僅為圓柱側(cè)面的25%；所以，SF反映的主要是圓柱體側(cè)面(豎直面)的抗剪強(qiáng)度。高彥斌等[11]對(duì)上海軟土設(shè)計(jì)不同的十字板頭(異性十字板頭)來(lái)人為控制剪切面，得到了設(shè)計(jì)剪切面上的抗剪強(qiáng)度值；結(jié)果表明水平剪切面強(qiáng)度最低，為常規(guī)十字板試驗(yàn)值的0.63倍，豎直面抗剪強(qiáng)度最高，為常規(guī)十字板試驗(yàn)值的1.08倍(圖6)。通過(guò)上海軟土異形十字板試驗(yàn)類比知：連云港軟土水平剪切面強(qiáng)度最低，豎直面抗剪強(qiáng)度最高，采用FVT試驗(yàn)得出的SF不是軟土最低抗剪強(qiáng)度，而與軟土最高強(qiáng)度接近。

圖6 上海軟土設(shè)計(jì)剪切面強(qiáng)度值[11]Fig.6 Strength value of Shanghai soft soil of design shear plane

基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析知：常規(guī)FVT試驗(yàn)測(cè)得軟土抗剪強(qiáng)度SF離散性較大(圖7)，SF最大值為50.00 kPa，最小值僅為1.70 kPa，平均值為19.72 kPa。

4 軟土強(qiáng)度固有各向異性

基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果：FVT試驗(yàn)測(cè)得抗剪強(qiáng)度大于UTC和三軸UU試驗(yàn)測(cè)得抗剪強(qiáng)度(表2)；三軸UU試驗(yàn)所測(cè)黏聚強(qiáng)度大于快剪所測(cè)黏聚強(qiáng)度(圖5)?？梢詮?種試驗(yàn)方法的剪切面破壞特征來(lái)解釋不同試驗(yàn)方法得出的抗剪強(qiáng)度差異原因：三軸UU試驗(yàn)土體剪切破裂面在水平面和豎直面上的投影面積基本接近，即豎直面和水平面對(duì)軟土抗剪強(qiáng)度貢獻(xiàn)量基本相當(dāng)，豎直面稍微大于水平面的貢獻(xiàn)量，抗剪強(qiáng)度值位于4種方法的中間值；UTC試驗(yàn)軟土剪切面破壞特征與三軸UU試驗(yàn)一致，2種方法得出的抗剪強(qiáng)度值接近；快剪試驗(yàn)剪切面為固定的水平面，軟土強(qiáng)度反應(yīng)土體天然沉積面的強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度最低；FVT試驗(yàn)土體剪破面為圓柱面，得出的強(qiáng)度指標(biāo)SF反映的主要是圓柱體側(cè)面(豎直面)的抗剪強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度最高。本文的測(cè)試和計(jì)算結(jié)果與袁聚云等[13]、高彥斌等[11]的研究結(jié)果一致，即剪切面平行軟土沉積面(水平面)軟土強(qiáng)度一般最低，豎直面強(qiáng)度最高。

表2 3種試驗(yàn)方法得出抗剪強(qiáng)度

注：SF，SU，SUU分別對(duì)應(yīng)FVT試驗(yàn)、UTC試驗(yàn)、三軸UU試驗(yàn)。

5 結(jié)果分析

5.1 軟土強(qiáng)度差異的原因

UTC試驗(yàn)與三軸UU試驗(yàn)所測(cè)抗剪強(qiáng)度平均值非常接近，基于大數(shù)據(jù)的強(qiáng)度與深度變化預(yù)測(cè)曲線幾乎重合(圖7)，說(shuō)明采用這2種方法來(lái)獲取研究區(qū)軟土抗剪指標(biāo)是通用的。

圖7 軟土抗剪強(qiáng)度隨其埋深分布圖Fig.7 Distribution map of soft clay shear strength with depth

由表2可知，F(xiàn)VT試驗(yàn)測(cè)得軟土SF平均值比三軸UU試驗(yàn)測(cè)得SUU平均值大6.59 kPa，比UTC試驗(yàn)測(cè)得SU平均值大6.62 kPa。造成這種差異的原因，除了受軟土強(qiáng)度固有各向異性影響外，室內(nèi)試驗(yàn)和原位試驗(yàn)最大的區(qū)別——土體機(jī)械擾動(dòng)和應(yīng)力狀態(tài)的改變也是其重要影響因素。

FVT試驗(yàn)結(jié)果表明，研究區(qū)軟土靈敏度均值為3.24，最大值為8.20，最小值為1.20。這與黃高峰等[17]的研究結(jié)果一致。從試驗(yàn)結(jié)果分析知：研究區(qū)軟土以中等靈敏性為主，個(gè)別為高靈敏和不靈敏。由FVT試驗(yàn)得知：原位軟土抗剪強(qiáng)度均值為19.72 kPa，最大值為50.00 kPa，最小值為1.70 kPa；塑狀軟土抗剪強(qiáng)度均值為6.34 kPa，最大值為24.60 kPa，最小值為0.95 kPa。將FVT試驗(yàn)得出的原狀軟土與塑狀軟土強(qiáng)度的差值定義為軟土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，則研究區(qū)軟土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均值為10.27 kPa，最大值為29.00 kPa，最小值為1.50 kPa。軟土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要反映的是軟土的黏聚強(qiáng)度，對(duì)于3種室內(nèi)剪切試驗(yàn)，機(jī)械擾動(dòng)引起的抗剪強(qiáng)度損失主要是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的損失；而摩擦強(qiáng)度基本上與機(jī)器擾動(dòng)無(wú)關(guān)，主要與土體實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。

選擇研究區(qū)典型對(duì)比孔就3種(三軸UU試驗(yàn)、UTC試驗(yàn)和FVT試驗(yàn))測(cè)試方法進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)：軟土抗剪強(qiáng)度隨深度增加而增加；但隨著深度的增加，UTC試驗(yàn)和三軸UU試驗(yàn)得出的抗剪強(qiáng)度與FVT試驗(yàn)得出的抗剪強(qiáng)度差值越來(lái)越大(圖8)。這主要是由以下3方面的原因造成的：1)基于UTC試驗(yàn)、三軸UU試驗(yàn)計(jì)算的原狀土樣抗剪強(qiáng)度低與機(jī)械擾動(dòng)有關(guān)[18]。目前軟土取樣主要采用敞口式薄壁取土器和內(nèi)裝鍍鋅鐵皮襯管的對(duì)分式取土器，理想狀況下也僅取得Ⅱ級(jí)試樣[6]。采用的取樣器對(duì)土體結(jié)構(gòu)破壞損失較大。此外還包括運(yùn)輸、貯存和加工土樣時(shí)引起的機(jī)械擾動(dòng)作用，消弱了土體黏聚強(qiáng)度。2)在采取土樣的過(guò)程中，土體經(jīng)歷了一個(gè)應(yīng)力釋放并且重新分布的過(guò)程，土體由原位天然不等向的應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蚩倯?yīng)力相等，土體稍有膨脹，從而引起土體抗剪強(qiáng)度降低[19]。3)與土體剪切破壞面特征有關(guān)。

5.2 軟土強(qiáng)度低的原因

采集軟土樣本343件，進(jìn)行了粒度分析試驗(yàn)，結(jié)果顯示連云港地區(qū)軟土黏粒(小于0.005 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)80.40%，平均值為48.08%。根據(jù)χ衍射物相分析，連云港地區(qū)軟土的黏土礦物以伊利石(43.24%)和綠泥石(34.23%)為主，其次為蒙脫石(15.32%)，還含有少量凹凸棒石。其中蒙脫石對(duì)土的工程特性影響最大[20]。一般黏土礦物形狀為片狀(圖9)，這就決定了研究區(qū)軟土比表面很大，黏土礦物顆粒表面結(jié)合水膜很厚，造成土體顆粒之間直接接觸很少，土體顆粒間易發(fā)生滑動(dòng)。黏性土活動(dòng)度A是反應(yīng)黏土礦物活性的一個(gè)定量指標(biāo)?；顒?dòng)度A定義為：黏性土的塑性指數(shù)IP與膠粒(粒徑小于0.002 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wBJ)的比值，即A=IP/wBJ。工程地質(zhì)手冊(cè)規(guī)定：A≤0.75為非活性黏土；0.751.25活性黏土。研究區(qū)軟土活動(dòng)度A最大值為2.03，最小為0.84，平均值為1.43，平均值大于1.25；說(shuō)明研究區(qū)軟土中的黏土礦物活性高，黏土類型以活性黏土為主，這是研究區(qū)軟土強(qiáng)度低的一個(gè)原因。

連云港地區(qū)軟土微結(jié)構(gòu)為不穩(wěn)定的片架狀結(jié)構(gòu)[21-22]，其是軟土在連續(xù)沉積時(shí)形成的一種結(jié)構(gòu)形式，黏土礦物呈扁平狀顆粒單元或聚集體，以面-面接觸為主(圖9)，其次為邊-面接觸(最不穩(wěn)定的一種接觸關(guān)系)?；诙鄰圫EM圖像分析可知：研究區(qū)軟土超大孔(孔徑≥40 μm)約占總孔隙的14.73%；大孔(20～40 μm)約占總孔隙的11.59%；中孔(5～20 μm)約占總孔隙的32.29%；小孔(2～5 μm)約占總孔隙的23.36%；微孔(1～2 μm)約占總孔隙的9.33%；極微孔(< 1μm)約占總孔隙的8.46%。超大孔隙和大孔隙隨軟土埋深逐漸減少，孔徑<5 μm的孔隙隨埋深的增加逐漸增多，且孔隙分布趨于均勻，這與軟土抗剪強(qiáng)度隨埋深增大的變化規(guī)律一致。研究區(qū)軟土大孔隙和超大孔隙發(fā)育，顆粒間接觸不穩(wěn)定的關(guān)系，也是其抗剪強(qiáng)度低的一個(gè)主要原因。

圖8 單孔軟土抗剪強(qiáng)度隨埋深分布圖Fig.8 Distribution map of soft clay shear strength with depth in single hole

水平觀測(cè)，深度15.1 m。圖9 淤泥原狀樣的SEM(掃描電子顯微鏡)圖片F(xiàn)ig.9 SEM image of undisturbed mud deposit

基于上面的分析可知：軟土顆粒組成、黏土礦物成分、微觀結(jié)構(gòu)等因素決定了研究區(qū)軟土具有很低的抗剪強(qiáng)度。

6 結(jié)論

1)連云港地區(qū)軟土為堿性環(huán)境下沉積的非均質(zhì)海積軟土。采用活動(dòng)度這一定量指標(biāo)描述了黏土礦物的活性，研究表明工作區(qū)軟土活動(dòng)性高。軟土中的黏土礦物主要以面-面接觸為主，軟土結(jié)構(gòu)為不穩(wěn)定的片架狀結(jié)構(gòu)，決定了研究軟土抗剪強(qiáng)度很低。

2)三軸UU試驗(yàn)和UTC試驗(yàn)土體單元應(yīng)力狀態(tài)一致。土體制樣采用垂直方向的切取試樣方式，試驗(yàn)時(shí)最小主應(yīng)力為水平方向，最大主應(yīng)力為豎直方向，土體沿該應(yīng)力狀態(tài)下的最弱橢圓形斜面剪切破壞，破裂角在45.10°～45.70°區(qū)間最為集中，約占破裂角總數(shù)的93%。

3)軟土強(qiáng)度具有固有各向異性。三軸UU試驗(yàn)豎直面和水平面對(duì)軟土抗剪強(qiáng)度貢獻(xiàn)量基本相當(dāng)。快剪試驗(yàn)中，剪切面為固定的水平面，軟土強(qiáng)度反應(yīng)土體天然沉積面的強(qiáng)度。三軸UU試驗(yàn)測(cè)得的黏聚強(qiáng)度大于直剪中的快剪測(cè)得的黏聚強(qiáng)度，反映了研究區(qū)軟土水平剪切面強(qiáng)度最低，豎直面抗剪強(qiáng)度最高。

4)FVT試驗(yàn)測(cè)得軟土強(qiáng)度平均值為19.72 kPa，與三軸UU試驗(yàn)和UTC試驗(yàn)得出的強(qiáng)度平均值相比高了約6.60 kPa。兩種室內(nèi)試驗(yàn)法測(cè)得抗剪強(qiáng)度較FVT試驗(yàn)低，與試驗(yàn)試樣的機(jī)械擾動(dòng)、土體應(yīng)力狀態(tài)改變和土體剪切破壞面特征有關(guān)。