软粘土物理力学特点分析

软粘土物理力学特点分析

１前言

当前，开发和利用沿海滩涂资源实行的围垦工程成为解决我国沿海地

区用地紧张、推动区域进展的重要战略之一。近年来，沿海地区围垦

工程表现逐步向深水、低涂、超软地基进展的特点［１］。沿海地区

多有深厚的淤泥、淤泥质软土层，这类软土一般具有高含水量、高压

缩性、低渗透性、低抗剪强度、显著的结构性与流变性等特点，这些

基本特性对工程会产生潜在的不利影响，其中以土体的结构性最甚。

沈珠江院士早已指出粘性土结构性问题研究的重要性［２］。吕海波

与汪稔等［３－４］对琼州海峡南北港防波堤区软土的结构性实行了

初步的机理分析。研究结构性土的物理、力学性质指标及其相关性对

于土体特性的判定、工程特性的分析及其为工程提供可靠的设计参数

具有重要的有用价值。通过指标间的相关性分析，利用常规的土性参

数预测变形与强度参数也有一定的工程价值［６］。不过当前对结构

性粘土物理力学性质指标的变化规律及其相关性的研究并不多见［７］。所以，有必要对结构性存有条件下软粘土的物理、力学性质

指标及其相关性展开统计分析。

浙江漩门三期围垦工程是至今该省最大的围垦工程，总围垦面积４５．３ｋｍ２。实体工程位于玉环县楚门半岛与玉环岛之间的漩门港湾，海堤总长５３１４ｍ。本试验重点研究最长的中段珠港海堤范围

内的深厚淤泥质软土的物理力学特性，珠港海堤地基主要由Ⅰ层淤泥

夹粉土、Ⅱ层淤泥、Ⅲ层淤泥质粉质粘土、Ⅳ层粘土夹粉细砂等组成。本研究钻探取样位置选择在海堤建筑影响范围外（编号ＢＺＫ），取

土最大深度为５９．８ｍ，所取土样主要为Ⅱ、Ⅲ层，兼有部分Ⅰ层。３土层的物理力学特性指标

根据研究内容，我们设计了相关的室内试验方案，实行基本物理性质

试验，同时还实行了一维固结试验与无侧限抗压强度试验。以上试验

的操作方法均按照《土工试验规程》［８］严格实行。土层的物理力

学性质指标统计分析见表１，其随土层深度的变化见图１。从表中能

够看出，漩门湾海相软粘土的天然含水率高，孔隙比大。液性指数范

围１．１５～１．９４，土体全部处于流塑状态。各物理力学特性指

标的变异系数较小，表明该地区各土层的性质空间分布的差异较小，

在设计中可将每一土层的设计参数取作常量。从图中能够看出，只有

灵敏度与土层的深度呈近似线性关系，其他各指标与土层深度并非线

性关系，而在Ⅱ层中出现突变，表明该层土与上下土层物理力学性质

存有较大的差异，原状土与重塑土的无侧限抗压强度试验的结果表明，该层土的结构性强、灵敏度大，表明该土层物理力学指标的变化与结

构性相关。该地区软土的灵敏度在２～４之间，与已有文献调查台州

地区的软土灵敏度的数据吻合［９］，按照该指标评价此次试验软土

为中等结构性土。

４结构性粘土的物理力学性质指标相关性分析

土体的工程特性与其物理力学特性指标紧密相关，所以，对漩门海相

软粘土各项物理力学指标实行相关性分析，对于该地区土性的理解与

工程实践经验的积存具有重要的参考意义。本文采纳最小二乘法对各

项指标间的相关性实行回归分析，为了便于工程应用，这里仅采纳一

元线性关系对其实行分析。其物理力学指标相关性见图２和图３，获

得对应的回归方程式见表２。从图表中能够看出，土体的密度ρ、塑

限ｗＰ与含水率ｗ之间线性相关性较差；而孔隙比ｅ与含水量具有良

好的线性相关性，同时液限ｗＬ与ｗ、ｅ具有较好的相关性，这些表

明土体的微观结构与粘粒含量对土体含水量与液限均产生较大的影响。塑性指数ＩＰ与含水量的相关性较好，而与孔隙比ｅ的相关性稍差，

表明天然含水量对ＩＰ影响更大。压缩系数ａ１－２与ｗ相关性较好，而与ｅ相关性稍差，因为该层土体结构性较强，使得该层的压缩系数

与孔隙比的相关性较差。压缩系数随着ｅ的增加而增大，在Ⅱ层增大

的速率上升，表明该层土的压缩系数较大，强度较低，在建筑堤坝的

过程中易破坏，故不宜作为持力层。另外，因为含水量与ａ１－２的

相关性较好，故可根据基本物性试验，通过经验公式推得ａ１－２，

具有一定的工程意义。从图中能够看出，土体灵敏度与孔隙比的相关

性较差，表明灵敏度与土体的孔隙比没有明显的线性关系，也可能因

为样本较少造成分析存有误差，需要进一步的研究才能做出合理的推断。

通过现场原位取样与室内土工试验对漩门湾海相软粘土实行了物理力

学特性指标的统计分析，得到以下基本结论：（１）该地区各土层的

物理力学特性指标的变异性较小，空间分布差异性不明显，可忽略空

间变异性的影响，取常量作为设计参数。（２）土层的物理力学指标

与土层深度呈非线性关系，各指标沿深度的变化与土体结构性的强弱

紧密相关。（３）软粘土的ρ、ｗＰ与含水率ｗ之间线性相关性较差；而ｅ、ｗＬ、ＩＰ、ａ１－２与ｗ具有良好的线性相关性。液限ｗＬ、ＩＰ、ａ１－２与ｅ具有较好的相关性，而Ｓｔ与ｅ的相关性较差。

根据含水率ｗ的变化，结合经验公式能够获得土体的变形参数ａ１－２，可为该地区工程评价提供一定的经验依据。

软粘土物理力学特点分析