启东地区淤泥质粉质黏土灵敏度的研究

启东地区淤泥质粉质黏土灵敏度的研究

摘要：基于软黏土灵敏度的基本概念，介绍了国内外灵敏度的测定方法。在

试验数据的基础上，对几种不同方法测定启东地区淤泥质粉质黏土的灵敏度进行

了统计分析，并根据双桥静力触探试验结果提出了采用摩阻比来确定土体灵敏度

的估算方法，对区域内灵敏度的取值给出了建议。

关键词：灵敏度、无侧限压缩试验、十字板试验、静力触探、淤泥质粉质黏

土

1引言

黏性土的力学性质与其结构被扰动的程度有着密切的关系，表现出一定的结

构性。国际上将黏性土结构性用灵敏度来表示，反应土的强度由于结构受到外界

扰动而降低的程度。灵敏度St最早由Terzaghi于1944年提出，定义为采用无

侧限压缩试验（unconfined compression test；简称UCT）测得原状土的峰值强

度与重塑土峰值强度的比值。国际上一般采用Skempton于1952年提出的软粘土

分类标准即：流性（St＞16）、极灵敏性（8＜St≤16）、高灵敏性（4＜

St≤8）、中灵敏性（2＜St≤4）。

黏性土是具备结构性的土，而砂土一般不具备结构性，软黏土的灵敏度也是

工程勘察的重要内容之一。工程勘察过程中一般采用无侧限压缩试验或现场十字

板试验（fied vane-shear test；简称FVT）进行软黏土灵敏度测试。无侧限压

缩试验需要采取原状土样进行室内试验，原状土样的扰动程度在一定程度上影响

着试验结果；相比无侧限压缩试验，现场十字板试验不需要采取原状土样即可得

到原状土与重塑土的峰值不排水抗剪强度，可进行现场测试，但针对土层分布不

均匀的情况，特别是含粉砂或粉土夹层的软黏土中，十字板试验测量的误差较大。静力触探试验在较少破坏土层结构的基础上，量测土层锥头阻力和侧壁摩阻力，

并根据数据大小划分土层及工程性质，在工程勘察中得到广泛应用。将静力触探

试验与黏性土灵敏度相结合，不仅可以克服取样扰动对试验数据的影响，而且可

将软黏土中的硬夹层加以区别，是获取软黏土灵敏度的最佳方式，本文收集了无侧限压缩试验及现场十字板试验的成果，讨论了启东地区软黏土灵敏度与双桥静力触探的相互关系。

2土体灵敏度的测定

软黏土灵敏度的测试方法主要有：无侧限压缩试验或现场十字板试验。近些来年由于静力触探试验的技术成熟及广泛的推广应用，通过静力触探试验来获取软黏土灵敏度的方法也具备一定的参考价值。

2.1室内土工试验法

室内土工试验法即通过无侧限压缩试验，测得原状土峰值强度q u(kPa)和重塑土的峰值强度q0(kPa)，即：

公式（1）

室内土工试验法需要钻取原状土样，对取样要求较高；且对于灵敏度较高的软黏土，由于其重塑土的强度较小，导致在试验室无法制取UCT试验所需的标准试样，导致灵敏度难以测得；且软黏土本身强度就低，在取样、钻探、运输及制样过程中难免会受到扰动，特别是软黏土从取样至制样完成这段时间，其失水后的强度与原始状态的强度差别较大，因而测得的灵敏度极差大。通过对上海浦东机场部分试样灵敏度的统计分析发现，3层（灰色淤泥质粉质黏土）的灵敏度范围值为2.14~5.67，平均值3.71，变异系数0.33；4层（灰色淤泥质黏土）的灵敏度2.80~9.83，平均值5.18，变异系数0.37；可见通过土工试验测得的土层灵敏度极差较大，跨越两个分类界限，过于保守易造成资源的浪费，否则又对工程安全有影响。

2.2十字板剪切试验法

十字板剪切试验克服了室内试验法需要钻取高质量原状样的缺点，可在现场测试。通过插入软土中的十字板头以一定的速率旋转（一般在6圈以上），测出土的抵抗力矩，土体灵敏度公式为：

公式（2）

式中，Cu为饱和黏土的不排水抗剪强度，C0为重塑土的不排水抗剪强度；

十字板试验实在假定土层强度是各向异性的条件下测得的土体垂直和水平面上的平均强度，由于十字板是通过旋转来重塑土体，结构重塑可能不充分而导致测得的重塑土强度偏高，且十字板试验在一定的深度进行，若土层中存在较多粉土或粉砂薄层时，会导致测得的误差较大。娄炎、高彦斌等曾分别针对杭州湾软粘土和上海软粘土进行过这方面的对比讨论，发现这两种方法测得的灵敏度和强度有较大的差别。上海轨道交通M8线十字板剪切试验，层3（灰色淤泥质粉质黏土）的灵敏度范围值为1.32~4.08，平均值2.32，变异系数0.35；4层（灰色淤泥质黏土）的灵敏度1.49~3.18，平均值2.54，变异系数0.17，可见同一土层十字板试验获取的土体灵敏度差距较大，与室内试验结果亦有较大差距。

2.3其他方法

Bjerrum L于1954年通过对海积软黏土的灵敏度与液性指数之间的关系，发现液性指数与灵敏度在半对数坐标下表现为近似线性的关系。

公式（3）

Mitchell在Bjerrum L研究成果的基础上，认为软黏土灵敏度不仅与液性指数有关还与竖向有效应力有关，当液性指数大于0.8时，Mitchell给出的经验公式与实际值拟合效果更佳。

Schmertmann于1978年通过对双桥静力触探试验的研究，采用双桥静力触探计算软黏土的灵敏度：

公式（4）

R f是双桥静力触探摩阻比（100%）；N为常数，Schmertmann给出范围值为5~10；亦有学者给出的范围值为7.5~10。

根据以上几个研究成果可知，Bjerrum L及Mitchell的成果亦建立在室内试验的基础上，而Schmertmann给出的经验公式常数变化范围更大，常数N的取值具有一定的区域性。

3改进的双桥静力触探法

Schmertmann给出的经验公式具有一定的区域性，但根据双桥静力触探试验摩阻比计算软黏土的灵敏度是较好的研究方向。启东市近海地区上部土层普遍存在一层2.0~6.0后的淤泥质粉质黏土，其含数量大，承载力低，一般道路工程均需要进行处理，本文在Schmertmann的研究成果上，参考中国地质大学计算灵敏度的经验公式，对本地区淤泥质粉质黏土的灵敏度进行了统计分析，得出软黏土灵敏度的经验公式可表述为：

公式（5）

表1 淤泥质粉质黏土灵敏度试验数据统计表

根据对启东地区淤泥质粉质黏土室内试验法及十字板试验测得灵敏度的统计分析可知，室内试验测得的土层灵敏度较大，十字板试验测得的灵敏度较小，主