四川紅層軟巖地區(qū)軟基流變固結(jié)特性研究

趙偉亮

（成都理工大學(xué) 四川 成都 610059）

0 引言

四川紅層軟巖地區(qū)的軟土地基，有較高的壓縮性，較大的沉降量，排水固結(jié)穩(wěn)定性差，而且易風(fēng)化、易崩解、遇水易軟化等特點(diǎn)[1]，在軟土地基上修建鐵路或高等級(jí)公路，若不經(jīng)過(guò)處理或施工不當(dāng)，就會(huì)降低甚至破壞道路的質(zhì)量。而且路面低凹處或橋頭高差引起跳車而產(chǎn)生的沖擊力，會(huì)進(jìn)一步加劇路面的不平整，形成惡性循環(huán)。遂資高速軟基段為侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）和上統(tǒng)遂寧組（J3S），通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)土體取樣及對(duì)試樣的三軸流變?cè)囼?yàn)，模擬路堤施工填筑中紅層軟弱路基土的固結(jié)環(huán)境，研究高速公路紅層軟弱地基土的流變固結(jié)特性。

1 紅層軟巖概況

紅層我國(guó)最早由李四光提出，紅層主要形成于侏羅系、白堊系及小部分三疊系以及早第三系，指那些己成巖的，主色調(diào)為紅色的砂巖、粉砂巖、泥巖等巖性的一套陸相及淺水湖相沉積物[2]。在我國(guó)華南、中南、西南廣大地區(qū)，紅層軟巖分布普遍，主要為三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)以及第三紀(jì)沉積的外觀上為紫紅色和雜色的陸相碎屑巖沉積地層，巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖等。四川地區(qū)分布的紅層軟巖主要形成于侏羅系和白堊系，有少量的第三系地層。其中的侏羅系幾乎全為紅層，上統(tǒng)主要是紅色泥巖，砂巖，粗砂巖，中統(tǒng)是紅色、紫紅色、灰色等雜色砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)夾泥灰?guī)r，下統(tǒng)是紫紅色砂泥巖組成。盆地的白堊系地層下統(tǒng)、中統(tǒng)、上統(tǒng)均很發(fā)育，多為磚紅、紫灰、紫紅或夾紫色的砂巖、礫巖、粉砂巖及泥質(zhì)巖，常夾蒸發(fā)巖，主要分布在盆地及盆地的周邊地區(qū)。

2 研究區(qū)工程地質(zhì)概況

工程區(qū)大地構(gòu)造部位處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西部的川中褶皺帶，屬四川盆地弱活動(dòng)斷裂構(gòu)造區(qū)，北西側(cè)以松潘—龍門山構(gòu)造帶為界、南東側(cè)以滎經(jīng)—馬邊—鹽津斷裂帶為界、北東側(cè)以巫山—金佛山基底斷裂為界。該褶皺帶位于龍泉以東廣大丘陵地貌區(qū)，由威遠(yuǎn)輻射狀構(gòu)造、綿陽(yáng)環(huán)狀構(gòu)造、天仙寺渦輪構(gòu)造、區(qū)域東西向構(gòu)造和南北向構(gòu)造組成。

侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）和上統(tǒng)遂寧組（J3S）：巖性主要為：紫紅色-紫色鈣質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖與紫紅色塊狀細(xì)粒鈣質(zhì)長(zhǎng)石砂巖或長(zhǎng)石石英砂巖組成不等厚互層，泥巖顏色鮮艷，局部含石膏較多，層理清晰，具蟲孔、波痕等沉積構(gòu)造，風(fēng)化帶內(nèi)可見石膏溶蝕孔洞，砂巖側(cè)向延伸一般不穩(wěn)定，橫向多相變?yōu)榉凵皫r或泥巖，含灰質(zhì)成分較重，多具波狀交錯(cuò)層理或斜層理，并夾灰綠色團(tuán)塊及條帶，見底沖刷構(gòu)造。

3 三軸流變實(shí)驗(yàn)方法

采用三軸流變?cè)囼?yàn)分級(jí)加載來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)路堤填筑的情況。從原始地面算起，每填筑一米就對(duì)土樣施加相應(yīng)的軸壓和圍壓。軸壓等于土樣所在深度所受的自重應(yīng)力乘以試樣的截面積；考慮到圍壓的形成需要一定的時(shí)間過(guò)程，新填筑一層土后圍壓不會(huì)立刻改變，所以試驗(yàn)中模擬每新填筑一層土土樣所受的圍壓對(duì)應(yīng)于上一層填土所產(chǎn)生的圍壓，即上一層填土的軸壓乘以側(cè)壓力系數(shù)。

試驗(yàn)儀器采用成都理工大學(xué)與長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所聯(lián)合開發(fā)研制的土體三軸流變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)——CSS-2910TS型土體三軸流變?cè)囼?yàn)機(jī)，該儀器主要由壓力室、加壓裝置及測(cè)量?jī)x器組成。可以在恒定圍壓和軸向荷載條件下，測(cè)試土體的長(zhǎng)期抗剪強(qiáng)度等流變特性參數(shù)。

試樣規(guī)格：圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣，直徑39mm，高80mm，底面積約為11.95cm2。

試驗(yàn)過(guò)程：首先施加一級(jí)圍壓以及軸壓，以一小時(shí)為時(shí)間間隔讀取試樣的軸向變形、孔隙水壓力及孔隙水排出量。待前后一小時(shí)的變形量小于0.01mm時(shí)，施加第二級(jí)圍壓及軸壓。施加三級(jí)或四級(jí)軸壓及圍壓原理同上。

試驗(yàn)停止：按分級(jí)加載應(yīng)力水平達(dá)到模擬的填筑路堤的設(shè)計(jì)標(biāo)高后，流變?cè)囼?yàn)停止。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

對(duì)多組試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得，侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3S）紅層軟基流變固結(jié)具有相似的特性，現(xiàn)選取一組代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說(shuō)明：

以軟基監(jiān)測(cè)段MK0+159段所取樣品進(jìn)行試驗(yàn)，得出相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)所繪時(shí)間-應(yīng)變曲線如下 （圖1）：

圖1 MK0+159段時(shí)間-應(yīng)變曲線

5 結(jié)論

（1）土體加載瞬間產(chǎn)生瞬時(shí)變形，且隨時(shí)間增加，變形也增加；加載級(jí)數(shù)越高，瞬時(shí)變形越小，土體越趨于穩(wěn)定；

（2）在加載三級(jí)以后的各級(jí)加載中會(huì)出現(xiàn)軸向變形間歇性的突變（躍升），即軸向變形不是逐漸增加的，而是在幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)突變，兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)間的時(shí)段不變；

（3）隨著加載級(jí)數(shù)的增加，最后除了加載時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)變形外，幾乎不發(fā)生變形，表明土體已達(dá)到固結(jié)狀態(tài)。

（4）紅層軟土具有明顯的流變特性,且流變是非線性的，非線性流變程度與加載時(shí)間、應(yīng)力水平成正比，加載時(shí)間越長(zhǎng)，非線性流變現(xiàn)象越明顯，應(yīng)力水平越高，非線性流變程度也越強(qiáng)。

（5）在偏應(yīng)力水平較低時(shí)蠕變曲線只出現(xiàn)蠕變的第1階段，即衰減蠕變階段；當(dāng)偏應(yīng)力較高時(shí)，蠕變曲線才出現(xiàn)等速蠕變階段和加速蠕變階段。

［1］馮啟言，韓寶平，隋旺華.魯西南地區(qū)紅層軟巖水巖作用特征與工程應(yīng)用[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，1999，7(3):266-267.

［2］張忠胤.俄羅斯地臺(tái)東部上二疊紀(jì)紅層的成因及該地層粘土質(zhì)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)[M].北京:地質(zhì)出版社，1958，8.

［3］白冰，肖宏彬.軟土工程若干理論與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2002：6-8.

［4］江宇，陳曦，李娟娟.淺談四川軟弱地基分區(qū)[J].中國(guó)西部科技，2010，7(9):10-12.

［5］Kleven A,Lacasse S,Andersen K H.Soil Parameters for offshore foundation design [R].ReportNo.400013-34,OSLO:Norwegian Geotechnical Institute,1986.

［6］周名魁，劉儼然.西昌-滇中地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征及地史演化[M].重慶:重慶出版社，1988：144-190.

［7］孫更生，鄭大同.軟土地基與地下工程[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1989：1-26.