濱海互層土工程特性試驗研究與探討

盧力強 趙樂樂 李中爍 李明宇

摘 要：以天津濱海新區黏性土與粉土互層土為研究對象，通過開展液塑限試驗、三軸剪切試驗、滲透試驗、固結試驗、無側限抗壓強度試驗，分析得出研究土層黏粒含量相對較多，屬于高壓縮性土；水平滲透系數與垂直滲透系數相差2個數量級；提出了合理確定濱海互層土工程參數的建議。

關鍵詞：互層土；滲透系數；塑性指數；力學特性

中圖分類號：TU42 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0049-02

Abstract： Based on the liquid-plastic limit test， triaxial shear test， permeability test， consolidation test and unconfined compressive strength test， it is concluded that the clay content of the soil layer of Binhai New Area in Tianjin is relatively high. The horizontal permeability coefficient differs from the vertical permeability coefficient by two orders of magnitude， and the reasonable determination of engineering parameters of coastal interbedded soil is suggested.

Keywords： interbedded soil； permeability coefficient； plasticity index； mechanical properties

前言

互層土為濱海相、河灘相之典型沉積，因為全新世海水進退較頻，波動周期短，沉積速率快，發育層理較為廣泛。天津很多區域存在較厚第四系全新統沖積黏性土、粉土、粉砂互層土，尤其在濱海新區互層土分布范圍廣，總體呈灰至灰褐色，黏性土含少量有機質，呈軟塑至可塑狀，粉土、粉砂呈松散至稍密狀，大多由單層0.1～1.0cm厚的薄層組成，多呈“千層餅”狀。由于互層土各項異性，不均勻性大，土力學性質指標取值差異較大，根據測定的液限、塑限等稠度指標，對照規范進行狀態判斷地基承載力時可能出現規范估算值與實際情況不協調的情況，同時互層土的滲透性各向差異大，在基坑降水、基坑開挖、基礎設計等工程中很容易出現管涌、流沙、滲漏、不均勻沉降等工程問題，甚至已發工程事故。因此開展互層土工程特性研究具有重要的工程應用價值。

1 研究現狀

目前各類規范對互層的定名都有相應的規定。如《巖土工程勘察規范》GB 50021-2001（2009版）3.3.6條規定：對同一土層中相間呈韻律沉積，當薄層與厚層的厚度比大于1/3時，宜定為“互層”土；厚度比為1/10～1/3時，宜定為“夾層”；厚度比小于1/10的土層，且多次出現時，宜定為“薄層”。但是在詳細勘察中并未對互層土取樣及工程參數試驗取值做進一步要求。另外工程師及學者，針對互層土特性已經開展一些研究，并取得了初步成果。曹圣華從理論上和實踐上論證了互層土的稠度指標與現場標準貫入擊數不協調的根本原因，并推薦了對室內液性指數進行折減的方法，求取地基容許承載力，結果與標貫資料基本吻合，并進行了工程實例驗證。莊海洋等開展了南京地區互層土的動參數試驗研究，結果表明互層土的阻尼明顯大于一般性土體，因此具有明顯的濾波作用，同時產生很大的剪應變。范建好對互層土地基承載力特征值的確定進行了探討，提出了按互層土的差平比、厚度比確定其地基承載力特征值的方法。張三定針對武漢地區的互層土開展了力學參數研究，綜合比較了室內土工和扁鏟側脹、旁壓等原位測試對于夾花層在試驗原理上的優缺點，提出了比例系數和主體控制等改進方法確定承載力等力學參數。綜上來看，針對天津濱海互層土工程特性的研究不多，因此非常有必要對天津濱海互層土工程特性進行系統研究，為工程設計提供合理的土性參數。

2 試驗方案

本次研究以天津濱海新區塘沽某場地土為研究對象，通過現場勘查確定取土深度范圍為7至13m。

對所取土樣按取樣深度分為3組，分別為7.0～9.0m、9.1～11.0m、11.1～13.0m，每組土樣不少于15個，分別進行物性試驗、固結試驗、滲透試驗、三軸剪切試驗、無側限抗壓強度試驗等，各實驗樣本不少于6個，保證物性試驗對應于其他力學參數試驗。

3 數據分析

不同取樣深度土樣參數測試結果見表1。

根據表1結果，分別從深度影響、力學性質、滲透性等三個方面進行分析。首先從深度變化上看，天然狀態物性指標和滲透性的平均值和變異系數相差不大，但是界限含水量、三軸抗剪強度指標和壓縮模量的平均值和變異系數隨取樣深度不同，變化量超過15%，說明互層土隨深度變化力學特性差異相對較大，主要原因在于互層土中黏性土和粉土層的厚度比不同，沿深度發生變化造成的；從界限含水量來看，互層土黏粒相對較多，塑限指數基本在粉質黏土范圍內，處于軟塑至流塑狀態，9.1-11.0m變異系數最大；從壓縮模量上來看，平均值都在5MPa以下，基本是高壓縮性土，變異系數都大于0.2，差異較大，主要由于實驗土樣高度2cm，對互層土的代表性不夠；從抗剪強度結果來看，最大值和最小值變化幅度較大，但是變異系數比壓縮模量要小，說明差異性有所減小，主要原因在于三軸試驗和無側限抗壓強度試驗試樣高度為8cm，減小了土樣離散度；從滲透性結果來看，水平滲透系數與垂直滲透系數相差2個數量級，由于存在粉土互層，水平向滲透性很大為弱透水，垂直方向滲透性很小為極微透水；綜合來看，9.1-11.0m土層的變異系數都比較大，這與該層土最不均相一致。

4 結束語

互層土在深度上存在很大的不均勻性，造成了物理力學性質離散性大，不易準確得到工程參數，建議在工程勘察時對互層土加密取樣，詳細記錄互層厚度比。互層土垂直和水平滲透性差異大，不能僅通過室內試驗確定，需要進行現場抽水試驗確定，同時在基坑開挖時，防止管涌、流土等破壞。

參考文獻：

[1]張三定.武漢地區“夾花層”土的力學參數研究[J].地下空間與工程學報，2005（增1）：134-139.

[2]孟令福，王東芳.淤泥質粘土與粉砂互層土抗剪強度試驗研究[J].港工技術，2009，46（4）：51-52.

[3]曹圣華.濱灘相互層土工程特性初步研究[J].地質學刊，2010，34（1）：61-66.