软土主要工程特性分析

软土的主要工程特性分析

摘要：软土地基具有承载力低、沉降量大、固结完成时间长等不利的工程特性。在软土地基上修筑高速公路，潜在的工后沉降会对交通运输造成相当大的危害，因此要对地基的沉降进行较为准确的预估。深入探讨软土地基的沉降发展规律，利用有限的沉降实测数据，选取合理的预测模型及方法预测地基的后期沉降，对于控制施工进度，指导后期的施工组织与安排，具有重要的理论与工程实际意义。

关键词：软土地基；地基沉降；固结；粘聚力；含水率；孔隙比；抗剪强度；颗粒级配

1引言

近年来，随着国家基础设施投资力度的加大，高速公路的建设进入了一个新的发展阶段。高速公路是带状构筑物，跨越地区广，沿线地质条件复杂。我国的高速公路多修筑于沿海各省，土的类别多为淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土及淤泥混砂层。这类地基具有含水率高、压缩性大、渗透性小、强度低等特点。在这类地基上修建公路，会遇到稳定及变形等问题，特别是高速公路，其最小弯道半径一般为800米，不仅要求路堤稳定，而且对工后沉降要求较高，需要严格控制工后不均匀沉降。从已建软基上的高速公路的运行情况来看，工后沉降较大，特别是造成”桥头跳车”，轻者影响行车速度，损坏车辆，重者导致交通事故，造成人员伤亡。

2软土的主要工程特性

1.含水量高

淤泥和淤泥质土的含水量一般为50%~70%，液限一般为40%~60%，天然含水量随液限的增大而增大。

2.孔隙比大

一般大于1.0，天然软土的孔隙比往往比同一垂直压力下的重塑土孔隙比高出 0.2~0.4。

3.渗透性小

其渗透系数数值一般在1??0-4 -1??0-8cm/s之间。而大部分淤泥和淤泥质土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层，故在垂直方向的渗透系数比水平方向要小。

4.压缩性高

淤泥和淤泥质土的压缩系数a1-2般为0.7- 1.5mpa-1，最大达

4.5mpa-1，且随着土的液限和天然含水量的增大而增高。

5.抗剪强度低

软土的抗剪强度与加荷速率及排水固结条件密切相关。不排水三轴快剪强度很低，且与其侧压力大小无关，即其内摩擦角为零，粘聚力一般都小于20kpa;排水条件下的抗剪强度随固结度的增大而

增大，固结快剪的内摩擦角可达8?皛12?埃尘哿ξ?0kpa左右。

6.触变性

由于软土的结构性在其强度形成中占据相当重要的地位，所以触变性也是软土的一个突出特点。土的结构遭到破坏，强度降低，但随着时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触变性，这些

在软土地基勘察、设计、施工中应受到足够的重视。

天然土体一般是由矿物颗粒构成骨架体，孔隙水和气填充骨架体孔隙而组成的三相体系。土体的变形是孔隙流体的流失及气体体积减小、颗粒重新排列、粒间距离缩短和骨架体发生错动的结果。土体受力后引起的变形可分为体积变形和形状变形。体积变形主要由正应力引起，它只会使土的体积缩小压密，不会导致土体破坏。而形状变形主要由剪应力引起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，变形将不断发展。地基沉降主要是指由正应力作用引起的体积变形。

土体受压力后从变形过程上讲包括两部分:第一部分是土颗粒的压缩过程，土的固体部分在压力下与其他材料一样会产生压缩和侧胀，不过在地基常遇到的压力范围内，土颗粒本身的压缩量很小，可忽略不计;第二部分是土粒孔隙中的流体排出，土体积减小的过程，土体受压后土颗粒之间的相互作用力增大，颗粒靠拢，土体的孔隙率减小，其中的水和气体排出，土体积减小，产生沉降变形。土体的沉降变形过程一般分为三个阶段：

1.瞬时沉降

土体承受荷载的瞬间产生的瞬时沉降变形sd，瞬时沉降也叫初始沉降。瞬时沉降由于土没有任何体积变化，所以发生非常迅速。这是一个理想的概念，尽管沉降不是立即发生的，仍可认为忽略水从土体流出，其体积基本保持常数，但荷载使土产生剪切变形。

2.固结沉降

这是一个在外力作用下孔隙水从土体中排出，土颗粒相互靠近，有效应力不断增大的过程。在这一过程中，土体逐渐产生体积压缩变形sc，地基体系逐渐发生沉降，水流的速率受到土的孔隙压力、渗透性和压缩性的影响。这部分变形称为固结变形，对应的是主固结沉降。固结变形是土体压缩变形的主要部分。

3.次固结沉降

当施加在土体上的全部应力都由土颗粒来承受时，随着孔隙压力的消散，水流速率将降低，最后孔隙压力消散基本完成，达到不变的有效应力状态。土体的排水固结完成，但以后土体变形仍有所发展ss，一般认为是由于土颗粒蠕变所致，土力学上称为次固结沉降或蠕变沉降。

瞬时沉降不导致孔隙水的排出，但不等于可以将软土看成弹性体而认为其导致的变形是瞬时完成的。瞬时沉降与加载方式和加载速率有很大的关系，如采用瞬时一次加载方式时，地基的瞬时沉降量比均匀加载的情况要大的多。这主要是由于增量加载的时刻，土中有效应力随土体的固结而增大，土体的变形模量也相应增大。因此，瞬时沉降实质并非”瞬时”，而是不排水的侧向挤出而产生的位移变形沉降。而且，侧向挤出产生的沉降也并非瞬时能完成，也能延续相当长的时间。

这种人为的将沉降从时间上划分为三个阶段，认为次固结沉降只是从主固结基本完成后才开始发生，实际上，次固结沉降从一受荷载就开始了。次固结导致的变形较缓慢也会导致孔隙水的排出，而

且，次固结导致的孔隙水的排出与主固结的同步，只是各自的机理及延续的时间不同。

事实上，瞬时固结、主固结和次固结都是在受力后同时开始发生的，只是在某个阶段以一种沉降变形为主而己，且不同性状的土三个组成部分的相对大小及时间是不同的。通常在地基设计中只计算固结沉降。在上述的三部分变形分析中，只是考虑了在法向力作用下的变形，特别是固结和次固结变形的分析，实际上都忽略了剪应力引起的变形。

软土地基的工后沉降由因孔隙水压力消散而产生的主固结沉降与因土骨架蠕变产生的次固结沉降组成。如果工后沉降主要由主固结沉降组成，可以采用加长预压时间或超载预压的方法进行解决;而如果工后沉降主要由次固结沉降组成，由于日前没有可行的方法消除或加快完成次固结，无法采取主动的措施，但需要准确预测其沉降值。因而，区分主固结和次固结沉降并分析二者在工后沉降中所占的比例，对于软基处理技术方法选取、方案设计具有重要的意义。工后沉降量的预测，对工程措施的决策及工程质量的保证具有重要的意义。

3结语

到目前为止，关于地基沉降预测理论的研究取得了巨大的成就，我们已经拥有许多成熟的预测模型，它们建立在不同的理论基础之上，各有其独特的优势，被广泛的应用于各个不同的领域。但人们很快就发现，一种预测理论可能在解决某一个具体问题时取得了很