ps指標對四川紅層物理力學性質的影響分析

張在保

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 武漢 430063）

四川地區的紅層軟土，由于其具有含水量高、粘土礦物含量多等物理力學性質，因此表現出具有高壓縮性，沉降量大，排水固結穩定性差，而且易風化、易崩解、遇水易軟化等特點［1］，在這類地基上修建高等級公路，若不經過處理或處理不當，就會引起道路質量的降低甚至破壞［2］。本文應用SPSS數據統計軟件，通過現場靜力觸探ps值分析其對四川紅層各物理力學指標的影響，對四川紅層地區工程施工具有重大指導意義。

1 四川紅層軟巖力學性質的影響因素

1.1 礦物成分對四川紅層軟基力學性質的影響

紅層中的粘土礦物是指如蒙脫石、石膏和高嶺石等在浸水后發生膨脹和軟化，使這類巖石強度降低很大。同時發生膨脹和軟化后的軟基中的碳酸鹽類由于遇水后易溶解，從而使其孔隙增大，結構松散，強度降低。

1.2 結構構造對四川紅層軟基力學性質的影響

紅層結構對軟基力學性質的影響主要是結構差異的影響。一般等粒結構比非等粒結構強度高。在等粒結構中，細粒結構比粗粒結構強，同時，晶粒之間結合緊密，強度較高。而可溶性結晶聯接的，強度盡管也較高，但抗水性差，加上軟基中有一部分是重結晶聯結，其強度比其他堅硬巖石差得多。

1.3 水對四川紅層軟基力學性質的影響

水是泥質軟基力學性質發生變化的最主要因素之一，水巖相互作用使水穩定性不同的泥巖強度和變形特征不同，水穩定性差的巖石，變形大，而且很快達到極限荷載；水穩定性好的巖石，變形較小，強度降低，低于水穩定性差的巖石。

存在于軟基中的孔隙水，當其受到載荷而來不及排出時，將產生孔隙水壓力，這種壓力減小了孔隙周圍巖石顆粒之間的壓應力，從而降低了巖石的抗剪強度，甚至可使裂隙端部處于受拉狀態，使裂隙擴展，破壞巖石的結構。

2 SPSS統計及結果分析

在相同地層條件下，不同Ps值反映的各物理力學因素也不同，四川紅層中各物理力學指標統計值見表1。本文以中生界侏羅系及白堊系為例，利用SPSS數據統計軟件［3－4］，分析不同ps值影響四川紅層軟土的各物理力學因素的變化規律，不同地層的統計規律分別見圖1～4。

表1 四川紅層中物理力學指標統計值

圖1 中生界白堊系下統灌口組

圖2 中生界侏羅系中統沙溪廟組

圖3 中生界侏羅系上統遂寧組

由圖1～4可見，在四川紅層的物理力學指標變化規律為：隨著ps值的增大，天然含水量、液限、塑限逐漸減小，直剪凝聚力、直剪內摩擦角逐漸增加，天然密度、相對密度、固剪凝聚力、固剪內摩擦角變化不大。

圖4 中生界白堊系下統劍門關組

3 四川紅層軟基處理方案研究

針對不良土的特性對路基結構進行合理設計，防止不良土路基出現問題的方法有：

（1）包邊處理。對于土體水穩定性差的情況，一般將水穩定性差的土體如膨脹土和粉土填筑在路基中部，在其上部和下部以及側面采用粘土包裹，隔絕大氣降水、地下水對不良土體的影響，使其得以穩定的工作（見圖5）。

圖5 紅層軟土包邊處理

（2）加筋包裹。難以壓實的土體一般容易在外界擾動下松散，因此常采用土工織物、土工網（格柵）等材料將路基頂面、邊坡包裹，使其維持整體性，云南安楚高速公路就是采用加筋土對紅層填料路基進行加固［5］。

4 結語

（1）對紅層的工程特性進行了分析，討論了礦物成分、結構構造以及水等對四川紅層軟基力學性質的影響，認識了四川紅層軟土力學性質的差異性和可變性，對于將四川紅層力學理論用于解決工程實際問題起到了很大幫助。

（2）選取有代表性的四川紅層軟土樣進行試驗研究，并應用SPSS數據統計軟件進行歸類分析，求出了不同地層、不同ps值反映的各個物理力學因素的發展趨勢，將研究成果用于今后的施工中，將節省大量的建設資金，縮短工期，提高建設質量，取得預期的經濟和社會效益。

（3）根據四川紅層的工程性質，借鑒既有工程對紅層軟基的加固方法，詳細分析了四川紅層地基的處理方案。

［1］程 強，寇小兵，黃紹檳，等.中國紅層的分布及地質環境特征［J］.工程地質學報，2004，12（1）：34－40.

［2］ROBINSON R.G.T.S.Tan experimental study of the behavior of a fill of soft clay international Journal of geomechanics［J］.ASCE／June 2005／125.

［3］阮 炯.差分方程和常微分方程［M］.上海：復旦大學出版社，2002.

［4］曹理路，曹德欣.計算方法［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1998.

［5］孫喬寶，劉涌江，李華昆，等.安楚高速公路紅層軟巖公路路堤病害處治方法公路［J］.交通科技，2005，22（6）：50－53.