原状土强度与压缩特性试验研究

摘要：以阜宁原状土为研究对象，对不同深度的土样，分别进行密度、含水率以及无侧限抗压强度试验和压缩试验。试验结果表明，阜宁取土区浅层土偏向于粉砂，深层土偏向于淤泥质黏土，浅层土的无侧限抗压强度要远高于深层土，并且5m以下原状土的无侧限抗压强度变化幅度不大；6m深度附近原状土含水率最高，密度最小，具有更大压缩性。以期，为淮河入海水道二期工程“深软土段”加固方案提供数据支撑。

关键词：原状土无侧限抗压强度压缩特性深度

中图分类号：TU443;U212.22

ExperimentalStudyonStrengthandCompressionCharacteristicsofUndisturbedSoil

LIChanghou

AnhuiTransportationHoldingGroupCo.Ltd.，Hefei，AnhuiProvince，230041China

Abstract：Inthispaper，taking theundisturbedsoilinFu’ningastheresearchobject，densityandmoisturecontentaswellasunconfinedcompressivestrengthtestandcompressiontestarecarriedoutonsoilsamplesatdifferentdepths.ThetestresultsshowthattheshallowsoilinFu’ningsoilsamplingareatendstobesilt，andthedeepsoiltendstobemuddyclay.Theunconfinedcompressivestrengthoftheshallowsoilismuchhigherthanthatofthedeepsoil，andtheunconfinedcompressivestrengthofundisturbedsoilbelow5mhaslittlechange.Theundisturbedsoilnearthedepthof6mhasthelargestmoisturecontent，thesmallestdensity，andgreatercompressibility.Itisexpectedtoprovidedatasupportforthe“deepsoftsoilsection”reinforcementplanofthesecondphaseoftheHuaiheRiverWaterChannelProject.

KeyWords：Undisturbedsoil;Unconfinedcompressivestrength;Compressioncharacteristic;Depth

淮河入海水道二期工程桩号71+000—91+000堤段位于盐城市阜宁县境内，为“深软土段”。依据二期工程可研报告，本段堤顶高程在13.0m左右，须在现状堤顶加高约2.5～3.0m，目前二期工程可研报告采用二级平台筑堤方案，该方案涉及入海水道南、北堤的堤防退建问题，并且退堤后新堤位于堤基土物理力学性质偏弱的老堤平台、滩地位置，甚至部分堤段退至河道位置，按照现有方案填筑后的二期工程堤身仍存在稳定问题。若能通过经济合理、切实可行的技术措施对“深软土段”的堤基软土进行加固处理，实现南、北堤尽量不退堤，将从根源上解决入海水道南、北堤沉降不稳定问题，消除工程后期运行中存在的安全隐患，避免堤防退建可能带来的经济及社会问题。王恒[1]、LIUHL等人[2]、LEROUEILS等人[3]、TAVENASF等人[4]认为研究堤防长期荷载下天然沉积土的力学特性变化规律，对于堤防加固工程至关重要。由于天然沉积软土受到时间、物理和化学等综合因素作用，使天然沉积土与重塑土的力学性质区别很大[5-7]。这些因素对天然沉积土的力学性状的影响统称为结构性[8-10]。结构性土灵敏性高，施工中容易受到结构损伤，会导致堤防工程出现沉降和稳定性问题[11-13]。因此，需要对阜宁“深软土段”天然沉积土原状样进行相关试验，了解阜宁段天然沉积土的物理特性和力学特性，以期为“深软土段”后期堤岸沉降不稳定加固处理提供数据支撑和技术依据。

1试验概况

1.1试验用土

试验所用土样取自盐城市阜宁县入海水道K85.5标段试验段，取土深度1～12m，现场取出样品如图1所示。取出后装入薄壁筒，并且用保鲜膜密封，在运输途中应尽量避免对原状样的扰动。运抵实验室后，立即按照《土工试验方法标准》（GB/T50123—2019）[14]开展不同深度处阜宁原状土物理性质测定、无侧限抗压强度和压缩试验。

1.2试验内容

1.2.1无侧限抗压强度试验

谨慎打开原状土样外包铁皮，去掉内层保鲜膜，分辨原状土上下层关系，整平土样两端；手持钢丝锯，沿与原状土天然层次垂直的方向，切去长约10cm土样，剩余试样用来制作压缩样。把10cm的土样放入Q1-1型切土盘（如图2所示）中，固定好。把土样切削成4cm×8cm标准试样，原状土试验切削过程中，应该避免对土样的扰动。

采用南京土壤仪器厂有限公司生产的YYW-2型应变控制式无侧限压力仪（如图3所示）进行无侧限抗压强度试验。试样直径为4cm，高度为8cm，将切削好的原状土试样，两端均匀涂抹一薄层凡士林，放在压力仪底座上，转动手轮，当测力计读数开始增加时，停止手轮转动，将测力计和百分表读数调零。当时，每隔0.1mm读数一次；当时，每隔0.2mm读数一次；当时，每隔0.4mm读数一次，直到应变达到20%为止，试验结束，取下试样，每个试样分别取15～30g的土，放入铝盒中，进行含水率测试。

1.2.2压缩试验

采用南京土壤仪器厂有限公司生产的WG型单杠杆固结仪开展阜宁原状土压缩特性实验研究，杠杆比Leverratio1：12。由于原状土3m以下均是淤泥质黏土，含水率大，强度不高，为了防止土样在较大的压力下被挤出，影响试验数据的准确度，压缩试验第一级加荷从3.125kPa开始，然后6.25kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa，直到1600kPa。试样高度为20mm，面积30cm2。分别对阜宁土在1～12m深度处的原状土试样进行压缩试验，试验操作流程和数据记录严格按照土工试验方法标准的规定执行。

2试验结果分析

2.1密度试验结果分析

淮河入海水道二期工程阜宁段原状土不同深度的密度分布如图4所示，从图中可以看出，浅层土体的密度整体高于深层土体，最大可达到1.88g/cm3，这主要是由于浅层为人工填土、耕植土以及粉砂土等性质较好的土层，经受过一定程度的压实作用；4～6m深度处，土体的密度降低，主要是土体由上层的人工填土或砂土变成淤泥质黏土；当土层深度进一步增加时，土体逐渐由淤泥质黏土转变为淤泥质粉土，且局部出现夹砂层，故原状土的密度略有增加，但整体增幅不大。

2.2含水率试验结果分析

淮河入海水道二期工程阜宁段原状土不同深度的含水率分布如图5所示。从图中可以看出，随着取土深度的增加，原状土的含水率呈现先增大后减小的趋势。取土深度为1～3m时，土样的含水率基本在46%左右；当取土深度大于4m时，含水率开始增加，取土深度到达8m时，含水率达到最大值65%FkMZBErx+HiaGJGX4VqoHIsKsD/rqTsTpV3aceYxeO0=；随着深度的进一步增加，含水率逐渐降低，深度到达12m时，含水率最小为37%。含水率增大的原因是由于浅层为性质较好的填土层，经受过一定程度的压实作用，因此1～3m深度处含水率要小于4～8m深度处含水率；随着深度的进一步增加，含水率逐渐降低，是由于土体逐渐由淤泥质黏土转变为淤泥质粉土，且局部出现夹砂层。

2.3无侧限抗压强度试验结果分析

从图6应力应变曲线图可以看出，阜宁原状土1～2m深度时，应力应变存在明显峰值后软化的现象，这与郝冬雪等人[15]研究的中砂在常压状态下的应力应变曲线是类似的，因此原状土1～2m深度表现为砂土的性质，其应力值要远大于3m及其以下深度处，这与取出原状土的外在表现也是吻合的；3m及其以下深度处的应力应变均表现为硬化的曲线特征，随着深度的增加，最大应变值总体趋势逐渐变小，只不过后边深度处，最大应变值的变化幅度很小。

从图7无侧限抗压强度曲线可以看出，阜宁原状土深度为1～2m时，无侧限抗压强度在49kPa左右；3m深度处，无侧限抗压强度为30kPa；深度为4～12m时，无侧限抗压强度在18～25kPa左右；前2m深度处的无侧限抗压强度明显高于其他深度处。通过现场钻探表明：2m深度范围内土质为黄色粉质砂壤土（如图8所示），3～12m范围为灰色淤泥质黏土（如图9所示）。这就解释了阜宁原状土1m、2m深度处的强度明显高于其他深度处强度的原因。

2.4压缩试验结果分析

根据上述试验内容，可以得-到阜宁原状土在不同深度处，在连续加载条件下的固结变形情况；同样也可以得到孔隙比随固结压力的变化情况；如图10所示，为阜宁原状土在不同深度处的压缩曲线。从图中可以看出所有深度处，阜宁原状土都随着荷载的增加，逐渐被压实，孔隙比随着减小。压缩曲线斜率不一样，当压力未达到屈服力前，曲线斜率比较小，曲线较平缓；当压力超过屈服力后，曲线斜率迅速变大，土样结构性被破坏，压缩曲线比较陡。从图中还可以看出原状阜宁土在6m深度处，试样体积被压缩的更明显，原因可能是6m深度处土样含水率和孔隙体积要大于其他深度。

3结论

通过对原状阜宁土强度和压缩性能的试验研究得到以下结论：原状阜宁土含水率随着深度的增加呈现先增大后减小的趋势；原状阜宁浅层土的无侧限抗压强度要远大于深层土的无侧限抗压强度；相较于其他深度，阜宁原状土6m深度处土样的含水率最高，压缩性最大。

参考文献

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