新沟河拓浚延伸工程三山港河道2—1层软土强度试验研究

俞俊秋+张明成+郭万鹏+张玉婷

摘 要：根据对三山港河道2-1层软土代表性部位进行的原位测试强度，总结三山港河道软土的物理力学性质及其指标间的相互关系，为类似工程积累经验。

关键词：三山港；软土；强度；特性

中图分类号：TU471.8 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）28-0184-02

1 概述

新沟河延伸拓浚工程武进标段三山港河道（西支石堰至京杭运河）整治工程全长15.06km。工程内容主要包括：河道拓浚、堤防工程、堤顶防汛道路、护坡护岸工程；疏浚后的河道底宽30m，底高程0.00m，河道边坡为1：2.5～1：5；护岸工程采用钢筋砼悬臂式直立挡墙，底板顶面高程2.00m，底板厚0.4m，齿坎底高程1.10m。

工程地质勘察揭示2-1层为淤泥质粉质粘土，夹薄层砂壤土； 0.50m～23.00m，平均厚度为7.8m，层底起伏大，河道两岸断续分布。

2 2-1层工程地质特性

工程地质勘察表明：2-1层具流变性、触变性、高压缩性；土质不均匀层厚变化大，因为软土地基比较复杂，这就使得强度指标一般的测试方式测不准确，超出了计算分析出的结果与工程实际状况在一定范围内允许的偏差，严重影响了设计准确度。为了更清楚地了解三山港河道2-1层软土的原位强度， 受甲方委托，我公司对三山港河道2-1层软土进行了现场的检测。我们采用室内实验、原位十字板以及无侧限抗压等方法，希望以此得到和实际情况所差无几的土层土质指标，确保工程的设计施工更加安全合理。

3 软土的强度特性

3.1 无侧限抗压强度特性

软土的无侧限抗压强度类型与不排水三轴剪切类型相似，我们把软土受到破坏时可以承受的最大轴向应力qu叫做无侧限抗压强度。此地区的无侧限抗压强度变化图具有一个相同的特点，即破坏轴向应力较小，变化的幅度仅仅在2%到6%之间。如图1所示，曲线达到最高点之前，相当于一条直线，这个时期土质呈弹性变形。而当曲线达到峰值之后，呈现出下降的趋势，这个时期土质呈脆性破坏。从图中可以看出，重塑土的无侧限抗压强度比较小，曲线的变化较平缓，峰值不明显，其土质呈塑形破坏，这说明软土的灵敏性比较强。我们对软土的现场检测结果其灵敏度为3.5～4.5，查《工程地质手册》得灵敏度属于中等，这就说明一旦土的结构遭到损害，土的无侧限抗压强度跟原来相比会下降到原来的五分之一至三分之一，会严重影响到工程的安全稳定性。这就要求在进行施工时，需要按照严格的标准进行大面积的平填工作，避免出现变化明显的填土高度的现象，避免出现地基局部受到破坏的情况，造成不可避免的损失。

3.2 孔压静力触探和十字板剪切

为了使得强度统计的工作顺利进行，勘探工作不仅要包括钻取原状土样，还要对孔压静力触探和十字板剪切工作进行探究，这两种实验较为典型的曲线如图2所示。

图1、图2表示：由于软土在应力的作用下会发生形变，可以缩小孔隙比并且有效减少孔隙水的排出。一个地区的软土自重应力越高，其土体的承受能力就越强，从而十字板剪切以及孔压静力触探的强度就越大。此现象可以说明软土的孔压静力触探以及十字板剪切强度都是由软土的最上方以不断增长的趋势向下方延伸。

3.3 三轴抗剪强度特性

三轴实验的主要内容采取了固结不排水和不固结不排水等两种形式。其中，三轴固结不排水抗剪强度的轴向应力和主应力差的变化趋势呈双曲线形式，主应力差随着轴向应变的变化而随之变化，当应力值最大时，土质状况成塑性，应变关系与应力值之间的影响不突出。而三轴不固结不排水抗剪强度的轴向应力和主应力差的关系曲线和无侧限抗压强度应力曲线图类似，其特点为破坏应变较小。

在软土的三轴固结不排水这一实验中，其孔隙水压力呈现出一个共同特性，孔隙水压力会根据轴向应力的增加呈现线性增大，并且孔隙压力会根据围压值的增加快速增大，孔隙水压力占据破坏时主应力差的三分之一至二分之一。这个地区在进行黏土的实验时，发现在剪切这一过程中，孔隙水的压力增长较为缓慢，并且其峰值相对来说稳定，孔隙水压力占据主应力差的四十分之一至十分之一。

出现以上情况的主要原因是大部分软土是正常固结。土体骨架颗粒和孔隙水承担了软土的应力支持，在三轴固结不排水的实验中，孔隙水的压力会由于剪切应力的增加随之变化。因为剪切时不排出，孔隙压力就会由于不能散出而随着轴向应力的变化而变化。但是老粘土是超固结土，在其产生的过程中受到过很大的应力，因此在三轴固结不排水试验中，孔隙水应力不会随着剪应力的增加而相应的增加。

三轴试验结果（平均值）如表1所示。

从表2可以看出三轴固快的内摩察角φcu较三轴快剪的内摩察角φuu增大7～9倍，而凝聚力减小3～4倍，这主要原因是因为软土的天然孔隙大，经过增加负荷后，孔隙比会减小，孔隙比的变化会随着增加的负荷的增大而增大，因此抗剪强度就会不断增加，但是由于三轴快剪强度会随着垂直应力的增大而缓慢增加，所以φcu的值变大，而Ccu变小。

3.4 软土固结变形特性

软土固结变形特性的实验所得到的固结系数和通过孔压消散试验所得到的固结系数通过分析可以得出2-1软土层的固结系数列于下表2。

从表2能够得到现场孔压消散所得到的固结系数与室内测验相比大约大7倍，这就说明和地基中的粉土微薄层土性有关。如果地基不做处理的话，固结排水一般以竖向为主，固结的运算应该使用室内Cv值的检测结果。在地基进行竖向的排水方法时，固结排水要以水平方向为基准，可以使用原位孔触压测量的Ch值进行固结的计算。

3.5 强度分析

十字板试验结果明显比三轴快剪的强度高。一般认为三轴快剪是因为在取土样进行室内测验的时候，使得土样没有了周围应力的束缚而导致吸水膨胀，再加上在这个过程中各个操作环境的影响，土质结构遭到了破坏，从而使实验结果变小，由于十字板测得的应力水平对土样的破坏程度较低，所以测量出的结果与实际情况相符。这就说明了现在的实验技术和取样环节不能够准确得到软土实际的原位强度，因此在提高实验室技术和改善土壤取样时，灵敏度较高的软粘性土应当采取原位测试的方式来測其强度指标，用来增强勘察和设计的精准度。

4 结束语

新沟河拓浚延伸工程2-1软土具有厚层、高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度特征。想要增强勘察和设计的精准度，灵敏度高厚度大的软土层，可以采取孔压静力触探、十字板剪切试验、无侧限抗压强度等原位测试方法来确定其强度指标。以期待获得跟实际状况相对来说差不多的土体标准，从而给实验计算提供可信的数据，保障设计方案以及施工过程能够顺利完成。

参考文献：

[1]GB/T50123-1999.土工试验方法标准[S].

[2]GB50021-2001.岩土工程勘察规范[S].

[3]工程地质手册编写委员会.工程地质手册4版[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[4]高大钊.土力学与基础工程[M].中国建筑工业出版社，1998.endprint