淺析軟土原位測(cè)試與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)的差異

崔海華

【摘要】我國(guó)軟土分布廣泛，軟土強(qiáng)度的測(cè)試手段也較豐富，主要包括原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，兩種手段得到的參數(shù)相互有一定的關(guān)聯(lián)，可以相互印證對(duì)比。本文以筆者經(jīng)歷的某勘察項(xiàng)目為依托，通過(guò)對(duì)原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)得到的場(chǎng)地內(nèi)深厚軟土（淤泥）強(qiáng)度參數(shù)的對(duì)比分析，簡(jiǎn)要闡述了各參數(shù)的選用原則及其應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】軟土 十字板、靜力觸探、直剪快剪、固結(jié)快剪、三軸試驗(yàn)

1、引言

軟土是第四紀(jì)后期地表流水所形成的沉積物質(zhì)，多數(shù)分布于海濱、湖濱、河流沿岸等地勢(shì)比較低洼地帶，地表終年潮濕或積水。軟土的主要特性是高含水量、低強(qiáng)度、高壓縮性、流變性及含有一定的有機(jī)物質(zhì)。

根據(jù)筆者經(jīng)歷的某勘察項(xiàng)目，場(chǎng)地內(nèi)含有深厚的軟土，為了能夠準(zhǔn)確的提供各軟土層的物理、力學(xué)參數(shù)，本項(xiàng)目應(yīng)用了多種手段，包括原位測(cè)試（十字板、靜力觸探測(cè)試）和室內(nèi)土工試驗(yàn)（直剪快剪、固結(jié)快剪、三軸實(shí)驗(yàn)、無(wú)側(cè)限），得到了該軟土層大量的原始數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析和對(duì)比，初步分析了各參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系及參數(shù)的應(yīng)用。

2、本項(xiàng)目各軟土地層基本分布情況

本勘察項(xiàng)目鉆探揭露的軟土層共分為6層，分述如下：

②-1層 淤泥：灰黃、灰色，飽和，流塑狀，靜力觸探錐尖阻力平均值為0.47MPa。

②-2層 淤泥：灰色，流塑狀，靜力觸探錐尖阻力平均值為0.51MPa。

③-夾層 淤泥混貝殼：灰黑色，流塑狀，含大量、密集的白色和淺黃色貝殼碎屑。

③層 淤泥：灰、灰黑色，流塑狀，靜力觸探錐尖阻力平均值為0.66MPa。

⑤-1層 淤泥：灰、灰黑色，流塑，靜力觸探錐尖阻力平均值為0.79MPa。

⑤-2層 淤泥質(zhì)粘土：灰、灰黑色，流塑，靜力觸探錐尖阻力平均值為1.30MPa。

3、本項(xiàng)目地基土物理力學(xué)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值統(tǒng)計(jì)表

4、軟土強(qiáng)度參數(shù)的關(guān)系和對(duì)比分析

參考相關(guān)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合分析本項(xiàng)目得到的各種強(qiáng)度參數(shù)，各強(qiáng)度參數(shù)（取標(biāo)準(zhǔn)值）之間存在如下的關(guān)系：

4.1 直剪試驗(yàn)參數(shù)間關(guān)系

各土層快剪試驗(yàn)的內(nèi)摩擦角均小于固結(jié)快剪試驗(yàn)得到的粘聚力，即快剪（C）<固快（C），與本試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符。

4.2 三軸、無(wú)側(cè)限試驗(yàn)參數(shù)間關(guān)系

（1） 粘聚力

根據(jù)各土層三軸試驗(yàn)得到的粘聚力數(shù)據(jù)，UU試驗(yàn)的粘聚力明顯大于CU、CD，CU和CD之間的粘聚力存在微小差別，一般CU略大于CD。粘聚力的整體趨勢(shì)為： UU> CU >CD，與本試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合。

經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范表明：CU和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（qu）之間存在2倍的關(guān)系，即CU =qu/2，但本試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅②-2層基本滿足2倍關(guān)系，其它土層沒(méi)有得到很好的印證。

（2） 內(nèi)摩擦角

三軸試驗(yàn)中，UU的內(nèi)摩擦角很小，近似為零，但CU、CD的摩擦角明顯增大，一般CD試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角約為CU試驗(yàn)的兩倍，即UU≌0 < CU = CD/2，與本試驗(yàn)數(shù)據(jù)很符合。

4.3 三軸、快剪參數(shù)間關(guān)系

（1） 粘聚力

經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表明：固結(jié)快剪的粘聚力一般約等于三軸CU的粘聚力，均大于三軸UU的粘聚力，即：固快 ≌ CU > UU，本試驗(yàn)數(shù)據(jù)雖然三軸UU最小，但固結(jié)快剪的粘聚力和三軸之間沒(méi)有近似相等的規(guī)律。

（2） 內(nèi)摩擦角

經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表明：三軸UU的內(nèi)摩擦角小于固快的摩擦角，而固快的內(nèi)摩擦角小于三軸CU的摩擦角，即UU < 固快 < CU，與本試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合。

4.4 UU、十字板參數(shù)間關(guān)系

根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)表明，三軸UU的粘聚力約為原位十字板剪切試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度的0.7倍，即UU=0.7*τ，與本試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符。

根據(jù)以上分析，利用各種手段得到的強(qiáng)度參數(shù)之間具有一定的關(guān)系，本試驗(yàn)數(shù)據(jù)也得到了較好的驗(yàn)證，但由于樣本組數(shù)的限制，有些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系未滿足要求，如無(wú)側(cè)限和UU、固結(jié)快剪和UU的粘聚力之間的關(guān)系。

5、軟土強(qiáng)度參數(shù)的選取

以上的軟土強(qiáng)度參數(shù)，如果不清楚工況隨便選用參數(shù)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此在參數(shù)選用之前，有必要對(duì)這種參數(shù)的選取進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，再綜合考慮利用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的工況來(lái)說(shuō)，一般分為3種：不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水、固結(jié)排水條件。相應(yīng)的參數(shù)選取原則為：

（1） 當(dāng)建筑物施工速度較快，而地基土的透水性和排水條件不良時(shí)，可選擇UU試驗(yàn)、直剪快剪試驗(yàn)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)原位十字板剪切試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值的0.7倍。

（2） 當(dāng)?shù)鼗鶠轲ば酝翆樱穸炔淮笄移渖舷峦翆油杆院没虿捎昧伺潘胧r(shí)，可采用CU試驗(yàn)或固結(jié)快剪試驗(yàn)結(jié)果。

（3） 當(dāng)?shù)鼗奢d增長(zhǎng)速率較慢，地基土的透水性較大、排水條件良好時(shí)，可采用有效應(yīng)力法的CD試驗(yàn)結(jié)果。

6、本項(xiàng)目軟土強(qiáng)度參數(shù)的選取分析及建議

本項(xiàng)目包括填筑工程和堤防工程，根據(jù)設(shè)計(jì)資料，填筑工程的局部臨時(shí)圍堰需要進(jìn)行地基處理，擬采用的處理方案為真空聯(lián)合堆載預(yù)壓。堤防工程主要為場(chǎng)區(qū)內(nèi)的天沐河沿岸堤岸的地基處理。根據(jù)現(xiàn)狀場(chǎng)地內(nèi)水系發(fā)達(dá)，因此工程施工時(shí)的工況分為兩種，①真空聯(lián)合堆載預(yù)壓前的不固結(jié)不排水工況；②真空聯(lián)合堆載預(yù)壓后的固結(jié)不排水工況。

（1） 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓前的不固結(jié)不排水工況

此類(lèi)工況下可選擇的參數(shù)為直剪快剪、UU、十字板剪切試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)的成果。根據(jù)本項(xiàng)目得到的四類(lèi)數(shù)據(jù)分析，一般十字板剪切試驗(yàn)較為準(zhǔn)確，取其標(biāo)準(zhǔn)值的0.7倍作為建議值，同時(shí)可以考慮室內(nèi)直剪快剪和三軸UU試驗(yàn)成果，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，對(duì)于飽和軟粘土來(lái)說(shuō)，直剪快剪的內(nèi)摩擦角一般約小于3°，而UU的內(nèi)摩擦約為0.6左右，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度參數(shù)只作為參考。本項(xiàng)目建議淤泥層在不固結(jié)不排水工況下的C=0.6～3°；Ф=5.5～8.0。

（2） 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓后的固結(jié)不排水工況

此類(lèi)工況下可選擇的參數(shù)為CU試驗(yàn)或固結(jié)快剪試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)表明在土樣固結(jié)后，CU試驗(yàn)得到的摩擦角明顯增加。項(xiàng)目建議的淤泥層在固結(jié)不排水工況下的固結(jié)快剪C=8.0；Ф=9.0、CU參數(shù)為C=6.0；Ф=11.0。

因此抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選取，應(yīng)與計(jì)算目的、工況和安全系數(shù)配套，當(dāng)計(jì)算土壓力，或與土壓力有關(guān)抗傾覆計(jì)算應(yīng)選擇固結(jié)快剪、或三軸CU標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)計(jì)算抗隆起、抗滑移和整體穩(wěn)定性，軟黏土起控制作用時(shí)，應(yīng)選擇直剪快剪、UU指標(biāo)或十字板剪切強(qiáng)度。要綜合考慮后推薦設(shè)計(jì)采用。

7、結(jié)論

（1） 軟土強(qiáng)度的測(cè)試手段主要包括原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，兩種手段得到的參數(shù)相互有一定的關(guān)聯(lián)，可以相互印證對(duì)比。

（2） 快剪試驗(yàn)的內(nèi)摩擦角小于固快；UU試驗(yàn)的粘聚力明顯大于CU、CD，CU和CD之間的粘聚力存在微小差別，一般CU略大于CD，整體趨勢(shì)為： UU> CU >CD；UU的內(nèi)摩擦角很小，幾乎可以近似為零，但CU、CD的摩擦角明顯增大，一般CD試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角約為CU試驗(yàn)的兩倍，即UU≌0 < CU = CD/2；三軸UU的內(nèi)摩擦角小于固快的摩擦角，而固快的內(nèi)摩擦角小于三軸CU的摩擦角，即UU < 固快 < CU；三軸UU的粘聚力約為原位十字板剪切試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度的0.7倍，即UU=0.7*τ。

（3） 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的工況來(lái)說(shuō)，一般分為3種：不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水、固結(jié)排水條件。相應(yīng)的參數(shù)選取需考慮具體工況。

（4） 根據(jù)本項(xiàng)目的工況，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓前的不固結(jié)不排水工況宜選用直剪快剪、UU、十字板剪切試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)的成果；真空聯(lián)合堆載預(yù)壓后的固結(jié)不排水工況宜選用CU試驗(yàn)或固結(jié)快剪試驗(yàn)結(jié)果。

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