ps指标对四川红层物理力学性质的影响分析

张在保

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）

四川地区的红层软土，由于其具有含水量高、粘土矿物含量多等物理力学性质，因此表现出具有高压缩性，沉降量大，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］，在这类地基上修建高等级公路，若不经过处理或处理不当，就会引起道路质量的降低甚至破坏［2］。本文应用SPSS数据统计软件，通过现场静力触探ps值分析其对四川红层各物理力学指标的影响，对四川红层地区工程施工具有重大指导意义。

1 四川红层软岩力学性质的影响因素

1.1 矿物成分对四川红层软基力学性质的影响

红层中的粘土矿物是指如蒙脱石、石膏和高岭石等在浸水后发生膨胀和软化，使这类岩石强度降低很大。同时发生膨胀和软化后的软基中的碳酸盐类由于遇水后易溶解，从而使其孔隙增大，结构松散，强度降低。

1.2 结构构造对四川红层软基力学性质的影响

红层结构对软基力学性质的影响主要是结构差异的影响。一般等粒结构比非等粒结构强度高。在等粒结构中，细粒结构比粗粒结构强，同时，晶粒之间结合紧密，强度较高。而可溶性结晶联接的，强度尽管也较高，但抗水性差，加上软基中有一部分是重结晶联结，其强度比其他坚硬岩石差得多。

1.3 水对四川红层软基力学性质的影响

水是泥质软基力学性质发生变化的最主要因素之一，水岩相互作用使水稳定性不同的泥岩强度和变形特征不同，水稳定性差的岩石，变形大，而且很快达到极限荷载；水稳定性好的岩石，变形较小，强度降低，低于水稳定性差的岩石。

存在于软基中的孔隙水，当其受到载荷而来不及排出时，将产生孔隙水压力，这种压力减小了孔隙周围岩石颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度，甚至可使裂隙端部处于受拉状态，使裂隙扩展，破坏岩石的结构。

2 SPSS统计及结果分析

在相同地层条件下，不同Ps值反映的各物理力学因素也不同，四川红层中各物理力学指标统计值见表1。本文以中生界侏罗系及白垩系为例，利用SPSS数据统计软件［3－4］，分析不同ps值影响四川红层软土的各物理力学因素的变化规律，不同地层的统计规律分别见图1～4。

表1 四川红层中物理力学指标统计值

图1 中生界白垩系下统灌口组

图2 中生界侏罗系中统沙溪庙组

图3 中生界侏罗系上统遂宁组

由图1～4可见，在四川红层的物理力学指标变化规律为：随着ps值的增大，天然含水量、液限、塑限逐渐减小，直剪凝聚力、直剪内摩擦角逐渐增加，天然密度、相对密度、固剪凝聚力、固剪内摩擦角变化不大。

图4 中生界白垩系下统剑门关组

3 四川红层软基处理方案研究

针对不良土的特性对路基结构进行合理设计，防止不良土路基出现问题的方法有：

（1）包边处理。对于土体水稳定性差的情况，一般将水稳定性差的土体如膨胀土和粉土填筑在路基中部，在其上部和下部以及侧面采用粘土包裹，隔绝大气降水、地下水对不良土体的影响，使其得以稳定的工作（见图5）。

图5 红层软土包边处理

（2）加筋包裹。难以压实的土体一般容易在外界扰动下松散，因此常采用土工织物、土工网（格栅）等材料将路基顶面、边坡包裹，使其维持整体性，云南安楚高速公路就是采用加筋土对红层填料路基进行加固［5］。

4 结语

（1）对红层的工程特性进行了分析，讨论了矿物成分、结构构造以及水等对四川红层软基力学性质的影响，认识了四川红层软土力学性质的差异性和可变性，对于将四川红层力学理论用于解决工程实际问题起到了很大帮助。

（2）选取有代表性的四川红层软土样进行试验研究，并应用SPSS数据统计软件进行归类分析，求出了不同地层、不同ps值反映的各个物理力学因素的发展趋势，将研究成果用于今后的施工中，将节省大量的建设资金，缩短工期，提高建设质量，取得预期的经济和社会效益。

（3）根据四川红层的工程性质，借鉴既有工程对红层软基的加固方法，详细分析了四川红层地基的处理方案。

［1］程 强，寇小兵，黄绍槟，等.中国红层的分布及地质环境特征［J］.工程地质学报，2004，12（1）：34－40.

［2］ROBINSON R.G.T.S.Tan experimental study of the behavior of a fill of soft clay international Journal of geomechanics［J］.ASCE／June 2005／125.

［3］阮 炯.差分方程和常微分方程［M］.上海：复旦大学出版社，2002.

［4］曹理路，曹德欣.计算方法［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1998.

［5］孙乔宝，刘涌江，李华昆，等.安楚高速公路红层软岩公路路堤病害处治方法公路［J］.交通科技，2005，22（6）：50－53.