软土结构性对次固结系数的影响_张先伟

高压固结试验与对原状土进行的一维固结蠕变试 验。试验仪器采用杠杆式高压固结仪，试样面积为 32.2 cm ，高为 2 cm，都在双面排水条件下采用逐 级加荷（加荷比为 1）至试验完成。所不同的是高 压固结试验加入卸载再加载过程，每级荷载持续 1 d，一维固结蠕变试验中当试样 1 d 内变形量小于 0.01 mm 时，施加下一级荷载。 高压固结试验加荷方案为： 12.5 → 25 → 50 → 75 →100 →200 →400 →200→100 →0 →100 →200→ 400→800→1 600 kPa；一维固结蠕变试验加荷方案 为： 12.5→25→50→100→200→400→800→1 600 kPa。 施加压力较 考虑当软土结构屈服压力 k 较小、 大时，会很难在压缩曲线上找到明显拐点，难以确 定 k ，因此，设计试验的初始施加几级的压力都比 较小。 2.3 应力历史 土的应力历史状态主要通过先期固结压力 Pc 和超固结比 OCR 等指标来反映的。 根据 Casagrande 法得到漳州软土 Pc 约为 107 kPa，青岛软土 Pc 约为 90 kPa；所受上覆压力 z 分别为：98.2、88 kPa， 由此判定为超固结土。而由收集的地质资料得知， 两种软土都是第四纪后期形成的，在此期间所沉积 的土基本没有受到剥蚀，也未受过人工堆载，所受
式中： tc 、 t 分别为从加载开始起算的主固结完成 时间和其后某时间；es 为对应于时间 tc 至 t 土样的 孔隙变化值。 图 2 为根据青岛软土原状土一维固结蠕变试验 得到的 e - lg t 曲线，由此可确定主固结完成时间， 即各级压力下曲线弯点处对应时刻作为该级压力下 主固结结束和次固结变形的开始，次固结阶段曲线
2பைடு நூலகம்
OCR 1 的现象，正是由土的结构性影响引起的，
与由应力历史引起的超固结比有着本质上的区别， 是一种“假超固结”现象。由此，一些学者指出对 于结构性土，根据 Casagrande 法得到 Pc 应该是结 构屈服压力 k [8, 12]，而 k 与 z 的比值应为似超固 结比，且绝大多数天然沉积黏土似超固结比都大 于 1[12]。
明软土次固结特性非常复杂，受土性、试验方法等 因素影响较大，另外一个重要原因是没有考虑软土 的结构性所带来的影响。 天然沉积的软土一般具有结构性，软土的结构 性对固结阶段变形的影响已经有深入了解，而对于 次固结阶段变形，特别是描述次固结特性的重要参 数 Ca 有何影响的研究却很少[11]。 本文通过对漳州与青岛地区软土进行高压固 结试验与一维固结蠕变试验，重点研究软土结构性 对压缩曲线、次固结系数以及次固结系数与压缩指 数关系的影响。
摘
要：天然沉积的软土普遍具有结构性，常规计算软土次固结变形的方法并没有反映结构性的影响。通过对漳州与青岛地
区原状软土与重塑土进行次固结试验， 研究软土结构性对次固结系数 Ca 的影响。 结果表明， 软土的 Ca 随压力 P 增大而增大， 在 P 接近结构屈服压力 k 时达到最大值，此后逐渐减小，受 P 影响减弱，最后与重塑土的 Ca 趋于一致；重塑土的 Ca 受压 力影响很小，可视为常数。根据次固结系数与压缩指数比值 Ca / Cc 确定 Ca 可能存在一定误差。由于结构性的影响，正常固 结软土表现出“假超固结”现象，采用超固结角度对结构性软土 Ca 变化规律进行说明并不合适，而根据不同压力下软土结 构破损的情况可以很好解释这一现象。 关 键 词：软土结构性；次固结系数；结构屈服压力 文献标识码：A 中图分类号：TU 435；TU 413.6
Table 1
地区 漳州 青岛 天然密度 / (g/cm3) 1.54 1.82 含水率 /% 69.7 43.1 干密度d / (g/cm3) 0.92 1.27
表 1 软土物理力学性质指标 Physico-mechanical indexes of soft clay
孔隙比 e 1.91 1.12 液性指数 IL 1.06 0.62 塑性指数 IP 35.8 22.0 饱和度 /% 98 99 压缩系数 a1-2 / (MPa 1)
-
黏聚力 c / kPa 8 15
摩擦角 / (°) 10 26
1.37 0.94
2.2
试验方法 次固结试验主要是针对原状土和重塑土进行的
的上覆压力是历史上的最大压力， 且 Pc 与 z 数值上 接近，应属于正常固结土。何俊[8]对杭州和汉口地 区正常固结软土通过同样的方法也得到 OCR 1 的 结 论 。 其实 软 土 正 常固 结 的 天 然沉 积 软 土 的
第 33 卷第 2 期 2012 年 2 月
文章编号：1000－7598 (2012) 02－0476－07
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.33 No.2 Feb. 2012
软土结构性对次固结系数的影响
张先伟 1, 2，王常明 1
（1.吉林大学 建设工程学院，长春 130000；2.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071）
第2期
张先伟等：软土结构性对次固结系数的影响
－10]
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随压应力的增大而表现出不同的变化规律[5
，说
2 土样性质及次固结试验
2.1 土样性质 软土试样取于漳州开发区内、九龙江出海口南 岸深 11～20.5 m，属于第四系全新世海陆交互相软 土，深灰色，滑腻～光滑，含有机质，稍具臭味， 间夹有 1～5 cm 厚的中细砂或贝壳砂薄层，呈流塑 状态；取于青岛市市区内某工地深约 5～6 m，属于 第四系全新世滨海相软土，呈灰色，富含有机质。 土样基本物理性质指标见表 1，其中强度指标通过 三轴固结不排水剪切试验获得。可见，两种试样都 具有软土工程特征，表现为高含水率、大孔隙比、 强度指标低、高压缩性和高饱和度。
软土在荷载作用下产生较大的变形，可分为主 固结和次固结变形两部分。主固结是指在外荷作用 下，超静孔隙水压力逐渐消散，土骨架有效应力随 之增加的土体固结过程。次固结是在超静孔隙水压 力消散后， 在恒定有效应力作用下土体变形的过程。 对于有机质含量较高、高塑性的软土地基，由于次 压缩引起的工后沉降不容忽视。 为了深入了解结构性土的次固结特性，必须研
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性大大增加；随着 P 进一步增大，变形不断增加， 颗粒间滑移成为变形主要原因，表现为原状样压缩 曲线与重塑样压缩曲线趋于一致。而重塑样压缩曲 线基本上为一直线，这是由于重塑样已失去了土的 结构性的影响。
4 结构性软土的次固结系数
本文采用下式来计算次固结系数 Ca ： es Ca lg(t tc ) （1）
3 软土结构性对压缩曲线影响
图 1 为两种软土原状样与重塑样的压缩曲线， 可见原状土压缩曲线较重塑样压缩曲线存在明显的 拐点，说明试验采用的软土具有结构性。采用 Casagrande 法确定 k ，当压力 P 超出 k ，压缩性 变得更高，结构性的破坏会使压缩量急剧增大。 从图 1 中可见， 原状土压缩曲线大致可分 3 段[12]， 即平缓段、陡降段和趋于重塑土压缩曲线段。压缩 ，曲线平缓，结构基本保持完 初始阶段（ P k ） 好状态下变形，但不能排除少量的破损，认为变形 基本上为弹性变形；当 P k 时，结构开始破坏， 曲线出现陡降趋势，在较大的压力作用下，除了颗 粒之间的滑移外，还伴随着结构的塌陷，土的压缩
Ca according to Ca / Cc may have some error. The normally consolidated soft clay may show false over-consolidation because of
soil's structural characteristic, therefore, it is improper to illustrate structural soft clays' Ca by using normally consolidated soft clay; it can be well illustrated according to the damage of soft clay structure under different pressures. Key words: soft clay structure; secondary consolidation coefficient; structural yield pressure
Abstract: The natural sedimentary soft clay behaves the structural characteristic, the influence of which can not be reflected in the process of computing secondary consolidation of soft clay by conventional method. Secondary consolidation test on undisturbed and remolded soil samples from Zhangzhou and Qingdao are performed for researching the influence of soft soil structural characteristic on the secondary consolidation coefficient Ca . It is shown that soft soils' Ca increases with the increasing pressure P, and it gets to maximum while P gets close to yield pressure k , and then it decreases and influenced little by P. Finally, it tends to be consistent with remolded soil clays' Ca . The remoulded soft clays' Ca which is influenced little by P is regarded as a constant. Determing
Effect of soft clay structure on secondary consolidation coefficient
ZHANG Xian-wei1, 2, WANG Chang-ming1
(1. College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130000, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China)
收稿日期：2010-06-27 基金项目：国家自然科学基金项目（No. 40572153） 。 第一作者简介：张先伟，男，1982 年生，博士，助理研究员，主要从事岩土工程科研方面的研究工作。E-mail:zhangxianwei414@163.com 通讯作者：王常明，男，1966 年生，教授，博士生导师，主要从事土力学与岩土工程方面的教学与研究工作。E-mail:wang_chm@163.com
1 引
言
究软土次固结的产生与发展变化。很多学者对软土 次固结特性展开了研究，高彦斌[1]对上海饱和软黏 土的重塑土样进行室内长期一维压缩试验，研究了 应力历史、 加载比以及加载时间对次压缩系数 Ca 值 的影响；殷宗泽[2]重点研究了荷载对次固结特性的 影响；廖红建[3]考察不同最大排水距离和加载时间 间隔对次固结过程的影响；李国维[4]对软土重塑试 样进行了超载卸荷后再压缩过程的一维压缩试验， 讨论了荷载稳定后的工后次压缩沉降问题。但关于 次固结特性的一些结论并不相同，例如次固结系数