影响粘性土固结系数因素

浅析影响粘性土固结系数的因素

摘要：通过对两组不同特征各16个性状类似的土体的对比，分析天然含水率、压缩系数和渗透系数对土体固结产生的影响。得出对土体固结产生影响的主要因素有土体的压缩系数和渗透系数，并与天然含水率有直接相关。

关键词：固结系数、压缩系数、天然含水率、渗透系数

正文

我国东南沿海地区广泛分布海相沉积土，其特点为沉积物成分单一，颗粒差别不大。宁波附近地区以灰色饱和粘性土和粉土较为多见，饱和粘性土具有天然含水率大、孔隙比大、饱和度高等特点；粉土可细分为粘质粉土和砂质粉土等，其颗粒成分相对粘土较粗。由于两者土体天然结构不同，造成很多物理性质上的差异，如土体压缩性质的截然不同。

东钱湖河道节制闸工程位于宁波东钱湖旅游度假区新城核心区内。该工程以粘性土地基为主，大多为饱和度大于1的淤泥质粘土和淤泥。工程土质特性见表2-1(压缩固结均为0.1～0.2mpa)。

表2-1

由上表可见，东钱湖河道节制闸工程地基以淤泥质粘土和淤泥为主，其特点为含水率较高，普遍大于40%；孔隙比较大，均大于1；但渗透系数相对较小，在1.7e-7至3.0e-6之间。土体天然含水率较大，土体力学性质较差，压缩系数较大。见图2-1，2-2。

图2-1 图2-2

由上表可见，含水率与压缩系数基本上呈线性关系：由于粘性土饱和程度较高，均达到99%以上，因此土体中孔隙处于饱和状态，孔隙中充满水，孔隙体积=水体积，因此经外力施压，土体积变化=孔隙体积的变化=流出的水量差。因此垂直压缩系数的大小基本上由孔隙比决定，因此与含水率基本成线性关系。

固结系数与含水率关系较为离散，本次试验采用侧限垂直加压，不同级别荷载独立一次施加，土体上下用各用一块透水石，孔隙水仅能从土体上下面排出。土体体积：孔隙体积：，dt时间内，孔隙的体积变化=流出的水量：

dt时间内：

由于孔隙水流动较为缓慢，符合达西定律。

根据达西定律；其中u为超静孔隙水压力，为孔隙水的比重。

根据压缩定律：；

有效应力原理：。得出

所以得出得出

因此固结系数。由此可见，固结系数与压缩和渗透系数共同有关。

选取慈溪市郑徐水库工程为对比土样，慈溪市郑徐水库工程建于慈溪市郑家浦与徐家浦围涂区内，南至九塘，北至十塘，东靠徐家浦西直堤，西至郑家浦隔地。该工程地基以粘质粉土为主，工程

土质特性见表2-2(压缩固结均为0.1～0.2mpa)。

表2-2

由表2-2见，该工程地基土性较为单一，颗粒级配较为相似，其中粘粒含量在10%～20%之间，粉粒含量较高，普遍在80%以上，含水率比较接近，在27%～33%之间，压缩系数较小，均在0.2以下。由于含水率较为接近；加之粉土的颗粒级配略有差异，因此压缩系数与含水率的相关性不强。见图2-3。

图2-3

粉土的渗透系数相对较大，在1.0e-05～1.0e-03之间，郑徐水库工程16个粘质粉土平均渗透系数为7.6e-05；平均垂直压缩系数为0.154mpa-1；平均固结系数4.144(10-3cm2/s)。东钱湖河道节制闸工程淤泥质粘土平均渗透系数1.48e-06cm/s；平均垂直压缩系数为1.22mpa-1；平均固结系数0.492(10-3cm2/s)。平均渗透系数郑徐水库工程约为东钱湖河道节制闸的100倍，平均垂直压缩系数郑徐水库工程约为东钱湖河道节制闸工程的10倍。根据上文固结系数，固结系数与渗透系数成正比，与压缩系数成反比。平均固结系数，郑徐水库工程平均垂直固结系数为4.144(10-3cm2/s)约为东钱湖河道节制闸工程平均固结系数0.492(10-3cm2/s)的10倍。

根据对东钱湖河道节制闸工程地基粘性土和郑徐水库工程地基粘质粉土的试验成果对比分析，含水率较高的粘性土（尤其是淤泥

质粘土甚至是淤泥）经常伴随着高压缩性，但由于土体颗粒较细，粘粒含量高，渗透系数小，土体排水较为困难，固结缓慢，与粉土呈完全不同的压缩特性。如果地基处理不当在项目建成后产生的不均匀沉降将对已建成的建筑物产生破坏。

饱和粘性土具有压缩性大，固结较缓慢的特点，土体压缩性与土的天然含水率有直接关系，地基处理时应尽量排出孔隙水，消散孔隙水压力；固结系数与土体的透水能力有很大关系，由于无法改变土体渗透系数，可以减少土体最大排水距离，提高土体排水能力，如采用塑料排水带等方法。

参考文献

厦门大学《建筑与土木工程》刘淼

东南大学学报《土中孔隙分布的分形特征研究》刘松玉

清华大学《土力学地基基础》陈希哲

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。