广州市某轨道线淤泥软土物理力学指标选取试验研究

徐芙蓉，吕秋鸿

(1.陕西铁路工程职业技术学院建筑工程系，陕西渭南 714000;2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116)

广州市某轨道线淤泥软土物理力学指标选取试验研究

徐芙蓉1，吕秋鸿2

(1.陕西铁路工程职业技术学院建筑工程系，陕西渭南 714000;2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116)

以广州市某轨道线淤泥软土为研究对象，通过室内土工试验、十字板剪切试验、三桥静力触探试验和旁压试验几种方法综合研究了该段淤泥软土物理力学指标的选取，得出了本段软土地区综合物理力学指标及其他参数选取的规律，为后续设计提供了关键岩土参数。

轨道线 淤泥软土 物理力学指标 试验

软土地基在广东较为常见，尤其在珠江三角洲和滨海地区普遍分布[1]。近年来高速铁路和高速公路在南粤大地的快速建设及城镇化的快速兴起，各种岩土力学问题摆在了岩土工作者面前[2-4]，其中，尤为常见的软土物理力学性质确定与软基处理的问题特别突出。基于此，本文以广州市某轨道线淤泥软土为研究对象，通过现场钻探获取的I级不扰动土样室内试验和现场进行的十字板剪切试验、静力触探试验和旁压试验，综合研究了其物理力学指标，为设计提供了岩土参数和为后续施工采取工程措施提出了建议。

1 淤泥分布范围、厚度和特征

淤泥土层沿轨道线连续分布，且基本上呈北薄南厚的趋势。层厚1.60～22.80 m，平均8.33 m，层顶埋深0.20～26.60 m;层底埋深4.20～31.00 m。层位稳定，而土性稍有变化，土呈灰褐、深灰、灰黑色，取22件土试样做有机质含量分析，最大值4.16%，最小值1.90%，属无机土。局部含有腐木块、泥炭质，不均匀细粉砂，个别含贝壳等杂质，具海绵状和孔隙状结构，流塑，少数软塑状态。浅部及中部土芯一般不能成土柱状，流塑，较深部位土体固结度稍好，土芯呈完整土状，软塑为主。本层土压缩系数为2.0 MPa-1，超固结比为0.420，故属高压缩性欠固结软土。土的渗透性差。

2 试验部分

2.1 土样选取与试验方法

采用钻探、用薄壁取土器采取I级土试样，进行室内土工试验、十字板剪切试验以及三桥静力触探试验、旁压试验。在轨道线工程南延段蕉门至冲尾段共布置10个钻孔，主要针对淤泥土中用薄壁取土器采取I级不扰动样，样长500 mm，样径89 mm，共采取软土样品60件。另布钻孔5个，用薄壁取土器取直径为108 mm的Ⅰ级不扰动土样14件，用于模拟试验。

2.2 室内试验

室内试验结果见表1。

从表1和其他室内试验结果可以看出，稠度指标、天然状态性质指标、除先期固结压力和超固结比外的固结指标、剪切指标和三轴指标随深度增加并无明显的变化规律，因此在选用设计参数时可直接选用综合统计方法得出的平均值或标准值。先期固结压力随深度的增加而增加，但增加幅度逐渐减小;超固结比随深度的增加而减小，且减小幅度亦逐渐减小，因此，设计时应考虑不同深度范围内选用不同的指标。原状土无侧限抗压强度和灵敏度随深度的增加基本上呈线性增加，而扰动土无侧限抗压强度随深度变化不大，因此，在选用这两种指标进行设计时，应选用按高程统计的数据。从表1可以看出，在淤泥中，由于薄层粉砂的存在，使得其水平渗透系数比垂直渗透系数约大1.5倍。

2.3 十字板剪切试验

十字板剪切试验的结果有原状土十字板剪切强度、重塑土十字板剪切强度、灵敏度、浅基础地基承载力设计值、十字板剪切强度曲线等，见表2。从表2可以看出，淤泥中的十字板原状土抗剪强度波动较大，重塑土强度亦不稳定，结合钻孔地质资料来看，是由于此段淤泥不均匀夹粉细砂所致。淤泥中的十字板原状土抗剪强度基本呈线性增加，仅个别点原状土强度远高于其它点强度，结合钻孔资料判断，是由于个别点位置夹粉细砂，而其余地段淤泥较均匀。本段淤泥质土层较薄，分布范围也较小，十字板抗剪强度在该层未发现明显规律性，钻探过程中揭露该层亦不均匀，常与粉砂呈互层出现，其原状土及扰动土的不排水抗剪强度较淤泥均有较大提高。

表1 淤泥软土主要物理力学指标

表2 十字板剪切试验得出淤泥和淤泥质土的强度指标

2.4 三桥静力触探试验

三桥静力触探可以较精确地划分土层。

各土层及不同高程范围内的淤泥静力触探试验取得的力学性质指标的平均值见表3。从表3可以看出，淤泥土的锥尖阻力随深度的增加而增加，这是由于随触探深度的增加，触探点的上覆压力也不断增大。淤泥质土的平均锥尖阻力较高，为1.17 MPa，这是由于在淤泥质土中不均匀夹薄层粉砂所致，前述的钻探资料及十字板资料均说明了这一点，在静力触探试验中的力学指标偏高也再次说明了这个问题。

2.5 旁压试验

本次旁压试验获得了大量的直接测试数据，取得土体受力变形后从弹性阶段到破坏阶段的全过程资料，不仅有利于对土体应力和变形问题的分析，而且通过数据直接运算得到了大量的土工参数。这些参数包括土体的初始压力、临塑压力和极限压力等强度参数，不同深度土层的变形参数(旁压模量和旁压剪切模量)。此外，在旁压模量和旁压剪切模量的基础上，推算了土体的弹性模量和压缩模量等变形模量参数。需要指出的是，旁压试验引入国内的时间不长，在工程使用中还不普遍，特别是尚未见到在海相淤泥中使用该方法的报道。将旁压试验的结果应用于工程中，还需对比其它原位试验和室内土工试验。

表3 不同土层及软土不同高程静探统计指标

试验设计两个钻孔12个测点。从试验结果看，其中9个测点数据比较理想，3个测点(PY-1-2、PY-1-3、PY-2-2)由于钻孔、土体性质等因素的影响，结果不理想，故未提供试验结果。由旁压试验所得的力学指标见表4。

3 物理力学指标综合分析选取

土的物理指标(主要包括稠度指标和天然状态性质指标)不能通过原位试验直接测得，因此，其指标应选用由室内试验方法获得的指标。原位试验测得的应力指标是土在原位进行的保持原始应力状态下的试验，而室内测得的应力指标的样品虽然是I级不扰动样，但原始应力状态已不存在，因此，土层相应的力学指标应以原位测试获得的直接指标为主。

对于三角洲相、冲积相软土，结构上常表现明显的各向异性特点，且水平固结系数在地基固结的全过程中更为重要。土的固结指标可通过室内试验和静力触探得到，室内试验与原位测试可以相互验证。另外，用原位测试的方法可以得到孔隙水压力消散的过程曲线，对设计和施工有一定的指导意义。

表4 各土层在不同深度下的力学参数统计

土的不排水剪抗剪强度指标可以通过室内试验剪切指标的快剪、三轴指标的不固结不排水剪得到c、φ值，然后根据深度，依据τ=c+σtanφ得到。不排水剪的土的抗剪强度指标亦可通过十字板剪切试验直接得到，一般认为，十字板剪切试验是在现场进行，试验点保持天然状态。由于抗剪强度是与深度有关的函数，在选用不同指标的函数时应注意对比深度。一般情况，由十字板剪切试验确定的抗剪强度比室内试验计算的结果要高。

限于篇幅，本文仅把主要力学指标、渗透指标给出，如表5所示。压缩模量指标的选用与所选择的沉降计算模型有关，若依据文献[5]中的相关公式进行计算，宜选用室内试验测得的压缩模量。由室内试验和静力触探测得的渗透系数和固结系数基本一致，而由静力触探得到的渗透系数是由原位测得的，更能代表土体真实的渗透情况，故选择的推荐值与静力触探测得的指标基本一致。灵敏度是指保持天然结构的原状土的强度与保持原来含水量的天然结构被破坏的重塑土的强度之比，十字板剪切试验是在原位测得的，因此比室内试验有更好的代表性，因此，选择了十字板剪切试验的灵敏度为推荐值。

表5 淤泥主要力学指标、渗透指标及推荐值

4 结论

通过在采用钻探、用薄壁取土器采取I级土试样，进行室内土工试验、十字板剪切试验以及三桥静力触探试验、旁压试验对广州某轨道线工程淤泥软土物理力学指标进行研究，主要可得出如下结论:

1)现场试验过程中，淤泥中的十字板原状土抗剪强度波动较大，重塑土强度亦不稳定，三桥静力触探试验中淤泥软土平均锥尖阻力较高，为1.17 MPa，结合钻孔地质资料，是由于此段淤泥不均匀夹粉细砂所致。

2)结合室内试验和原位测试得出本段软土地区综合物理力学指标，为后续设计提供了关键岩土参数。

3)土的固结指标可通过室内试验和静力触探得到，室内试验与原位测试可以相互验证;土的不排水剪抗剪强度指标可以通过室内快剪试验、三轴不固结不排水剪试验以及室内无侧限抗压试验获得，另外也可通过十字板剪切试验获得，十字板剪切试验确定的抗剪强度比室内试验计算的结果要高。

4)承载力是深度的函数，故各种方法得出的承载力只列计算公式，其值需要综合确定;由室内试验和静力触探测得的渗透系数和固结系数基本一致，而由静力触探得到的渗透系数是由原位测得的，更能代表土体真实的渗透情况;十字板剪切试验所测灵敏度是在原位测得，因此比室内试验有更好的代表性。

[1]丁雷，江永建，陈多才，等.广州软土的力学特性及相关性分析[J].铁道建筑，2011(10):75-77.

[2]李传勋，谢康和.基于指数形式渗流定律的软土一维固结分析[J].土木工程学报，2011，44(8):111-117.

[3]李涛.软土地基固结Neumann随机有限元分析[J].河海大学学报(自然科学版)，2011，39(4):444-449.

[4]柳伟，程振华.初始剪应力对软黏土峰值孔压影响试验研究[J].铁道建筑，2010(10):80-82.

[5]中华人民共和国建设部.GB 50007—2002 建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2002.

TU447;TU441+.3

A

1003-1995(2012)06-0089-03

2012-01-20;

2012-02-20

徐芙蓉(1973— )，女，陕西渭南人，讲师，硕士。

(责任审编 孟庆伶)