四川红层软岩地区软基流变固结特性研究

赵伟亮

（成都理工大学 四川 成都 610059）

0 引言

四川红层软岩地区的软土地基，有较高的压缩性，较大的沉降量，排水固结稳定性差，而且易风化、易崩解、遇水易软化等特点[1]，在软土地基上修建铁路或高等级公路，若不经过处理或施工不当，就会降低甚至破坏道路的质量。而且路面低凹处或桥头高差引起跳车而产生的冲击力，会进一步加剧路面的不平整，形成恶性循环。遂资高速软基段为侏罗系蓬莱镇组（J3p）和上统遂宁组（J3S），通过对现场对土体取样及对试样的三轴流变试验，模拟路堤施工填筑中红层软弱路基土的固结环境，研究高速公路红层软弱地基土的流变固结特性。

1 红层软岩概况

红层我国最早由李四光提出，红层主要形成于侏罗系、白垩系及小部分三叠系以及早第三系，指那些己成岩的，主色调为红色的砂岩、粉砂岩、泥岩等岩性的一套陆相及浅水湖相沉积物[2]。在我国华南、中南、西南广大地区，红层软岩分布普遍，主要为三叠纪、侏罗纪、白垩纪以及第三纪沉积的外观上为紫红色和杂色的陆相碎屑岩沉积地层，岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩、泥质砂岩等。四川地区分布的红层软岩主要形成于侏罗系和白垩系，有少量的第三系地层。其中的侏罗系几乎全为红层，上统主要是红色泥岩，砂岩，粗砂岩，中统是红色、紫红色、灰色等杂色砂岩、粉砂岩、泥质夹泥灰岩，下统是紫红色砂泥岩组成。盆地的白垩系地层下统、中统、上统均很发育，多为砖红、紫灰、紫红或夹紫色的砂岩、砾岩、粉砂岩及泥质岩，常夹蒸发岩，主要分布在盆地及盆地的周边地区。

2 研究区工程地质概况

工程区大地构造部位处于扬子准地台西部的川中褶皱带，属四川盆地弱活动断裂构造区，北西侧以松潘—龙门山构造带为界、南东侧以荥经—马边—盐津断裂带为界、北东侧以巫山—金佛山基底断裂为界。该褶皱带位于龙泉以东广大丘陵地貌区，由威远辐射状构造、绵阳环状构造、天仙寺涡轮构造、区域东西向构造和南北向构造组成。

侏罗系蓬莱镇组（J3p）和上统遂宁组（J3S）：岩性主要为：紫红色-紫色钙质泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与紫红色块状细粒钙质长石砂岩或长石石英砂岩组成不等厚互层，泥岩颜色鲜艳，局部含石膏较多，层理清晰，具虫孔、波痕等沉积构造，风化带内可见石膏溶蚀孔洞，砂岩侧向延伸一般不稳定，横向多相变为粉砂岩或泥岩，含灰质成分较重，多具波状交错层理或斜层理，并夹灰绿色团块及条带，见底冲刷构造。

3 三轴流变实验方法

采用三轴流变试验分级加载来模拟现场路堤填筑的情况。从原始地面算起，每填筑一米就对土样施加相应的轴压和围压。轴压等于土样所在深度所受的自重应力乘以试样的截面积；考虑到围压的形成需要一定的时间过程，新填筑一层土后围压不会立刻改变，所以试验中模拟每新填筑一层土土样所受的围压对应于上一层填土所产生的围压，即上一层填土的轴压乘以侧压力系数。

试验仪器采用成都理工大学与长春试验机研究所联合开发研制的土体三轴流变试验系统——CSS-2910TS型土体三轴流变试验机，该仪器主要由压力室、加压装置及测量仪器组成。可以在恒定围压和轴向荷载条件下，测试土体的长期抗剪强度等流变特性参数。

试样规格：圆柱形标准试样，直径39mm，高80mm，底面积约为11.95cm2。

试验过程：首先施加一级围压以及轴压，以一小时为时间间隔读取试样的轴向变形、孔隙水压力及孔隙水排出量。待前后一小时的变形量小于0.01mm时，施加第二级围压及轴压。施加三级或四级轴压及围压原理同上。

试验停止：按分级加载应力水平达到模拟的填筑路堤的设计标高后，流变试验停止。

4 试验数据及分析

对多组试验所得数据进行分析可得，侏罗系上统遂宁组（J3S）红层软基流变固结具有相似的特性，现选取一组代表性的数据进行分析说明：

以软基监测段MK0+159段所取样品进行试验，得出相应的试验数据，根据试验数据所绘时间-应变曲线如下 （图1）：

图1 MK0+159段时间-应变曲线

5 结论

（1）土体加载瞬间产生瞬时变形，且随时间增加，变形也增加；加载级数越高，瞬时变形越小，土体越趋于稳定；

（2）在加载三级以后的各级加载中会出现轴向变形间歇性的突变（跃升），即轴向变形不是逐渐增加的，而是在几个时间点突变，两个时间点间的时段不变；

（3）随着加载级数的增加，最后除了加载时会产生瞬时变形外，几乎不发生变形，表明土体已达到固结状态。

（4）红层软土具有明显的流变特性,且流变是非线性的，非线性流变程度与加载时间、应力水平成正比，加载时间越长，非线性流变现象越明显，应力水平越高，非线性流变程度也越强。

（5）在偏应力水平较低时蠕变曲线只出现蠕变的第1阶段，即衰减蠕变阶段；当偏应力较高时，蠕变曲线才出现等速蠕变阶段和加速蠕变阶段。

［1］冯启言，韩宝平，隋旺华.鲁西南地区红层软岩水岩作用特征与工程应用[J].工程地质学报，1999，7(3):266-267.

［2］张忠胤.俄罗斯地台东部上二叠纪红层的成因及该地层粘土质岩石的工程地质性质[M].北京:地质出版社，1958，8.

［3］白冰，肖宏彬.软土工程若干理论与应用[M].北京:中国水利水电出版社，2002：6-8.

［4］江宇，陈曦，李娟娟.浅谈四川软弱地基分区[J].中国西部科技，2010，7(9):10-12.

［5］Kleven A,Lacasse S,Andersen K H.Soil Parameters for offshore foundation design [R].ReportNo.400013-34,OSLO:Norwegian Geotechnical Institute,1986.

［6］周名魁，刘俨然.西昌-滇中地区地质构造特征及地史演化[M].重庆:重庆出版社，1988：144-190.

［7］孙更生，郑大同.软土地基与地下工程[M].北京:中国建筑工业出版社，1989：1-26.