唐山濕地軟土結構特征研究★

李曉芝　賈智萍　劉明泉

(唐山學院土木工程學院,河北 唐山　063000)

1　概述

唐山南湖國家城市濕地公園位于唐山市南部采沉區，距市中心僅1 km，是國家第二批批準的城市濕地公園之一。2005年被批準為城市濕地公園時，占地面積近700 hm2，其中水域面積約占17%之多。近年來，在對原有濕地生態公園保護的基礎上，進一步加大投入，對該區域周邊生態環境進行了治理和開發建設，公園面積擴大到1 100 hm2，水域面積增至近332 hm2。為有效改善城市生態環境，實現可持續發展戰略，把南湖生態優勢延伸拓展，打造新產業、新模式、新業態集群發展的重要平臺，實現與全城區優勢互補、錯位發展，近幾年將南湖生態區的建設開發提到了新的高度。然而由于該區域大部分地處濕地軟土，地質環境復雜，因此對該區域濕地軟土結構特征進行研究顯得尤為重要。

2　濕地軟土的結構特性

2.1　土的結構性

土的結構性是指組成土的土粒大小形狀、表面特征、土粒間的連結關系和土粒的排列情況。它是直接影響著土的工程指標，在太沙基提出之前，一直未能引起人們的重視。一般來講，人們對于軟土的認識有以下幾點共識：強度低、變形模量大、含水率高、孔隙比大。但是由于土的結構性并非單指某一方面，所以宏觀的力學指標并不能準確的反映出土的結構性[1]。在荷載水平低的情況下，土體的強度和穩定性相對較好；在荷載水平較高的情況下，土體強度便顯得不足，穩定性較差；一旦出現破壞，土體的結構便會遭到破壞，而且在很長時間內都難以恢復[2]。因此對于軟土的工程評價特別是濕地軟土，需要結合土的結構性來綜合考慮，特別是對于即將建設于濕地軟土區域的地基來說，土的結構性更是必須考慮的因素之一[3]。

2.2　三軸壓縮結構屈服應力

試驗所用土樣通過鉆孔在唐山南湖濕地軟土區域地下10 m深度處鉆取得到。對該濕地軟土原狀樣在試驗室進行不同排水條件下的三軸壓縮試驗，得到三軸壓縮結構屈服應力，如圖1～圖3所示圖中圓圈即為三軸壓縮結構屈服應力。

圖1～圖3表明，唐山南湖濕地軟土在不同排水條件下都存在三軸壓縮結構屈服應力。試驗表明，由于土體壓密作用的結果，使得三軸壓縮結構屈服應力在不同排水條件下隨著圍壓的增大而增加。

2.3　三軸剪切結構屈服應力

本次試驗在唐山南湖濕地軟土區域取土原狀樣，進行了不同排水條件下的三軸剪切試驗，試驗結果如圖4～圖6所示，三軸剪切結構屈服應力點的位置為包絡線上的圓圈處。

由圖4～圖6中可以看出，UU剪切試驗結果表明，唐山南湖濕地軟土的摩爾包絡線大體上體現為直線，因此認為結構性的影響不大，可以不考慮；而CU試驗結果曲線與CD試驗結果曲線中土的摩爾包絡線均為折線，表明唐山南湖濕地軟土在這兩種試驗條件下存在一定的結構性，剪切結構屈服應力在折線交點處。剪切試驗結果表明，當土樣屈服破壞時，CD試驗測定的結果大于CU試驗測定的結果。產生這種結果的原因是由于在CD試驗中，土樣的排水條件發生了改變，導致有效應力增大，使土樣中的顆粒產生移動，彼此之間的結合力增強，宏觀上表現為土體強度的增長。

3　SEM掃描照片

對南湖濕地軟土經過流變破壞后的微觀結構進行電鏡掃描，試樣采用統一的放大倍數(2000×)進行SEM圖像拍攝，微觀結構照片見圖7,圖8。

圖7,圖8表明，濕地軟土經過流變試驗后，其微觀結構發生了變化，由之前的無序狀、片狀逐漸過渡到團狀，結構排列變得均勻，由以邊—面接觸為主轉為以面—面接觸為主，土體試樣的密度有所增加，團粒間的結合力增大。而此時小孔隙的數量增多，大孔隙面積和數量減小，同時，在排水條件下流變破壞后的土樣顆粒呈現出有一定方向性的排列。

4　結語

土體的結構性是普遍存在的，這種結構性表現為土顆粒的形狀、顆粒的間隙、顆粒的接觸形式、顆粒間孔隙以及顆粒間的結合作用。土體的宏觀性質和表現受土體結構性的影響巨大，而結構性由土體所處地質環境和土體成因所決定。本文通過對唐山地區濕地軟土的室內三軸試驗、對其微觀結構SEM掃描圖像的研究，可以得到以下結論：

1)唐山南湖濕地軟土的結構性非常顯著，屬于正常的固結軟土。在外部荷載超過這類軟土的屈服應力以后，土體的微觀結構遭到破壞，結構性發生改變，宏觀上引起該濕地軟土工程特性的變化。

2)唐山南湖濕地軟土在不同排水條件下的剪切試驗研究結果表明，土體的結構性與土體的排水條件關系緊密，土體結構性又對土體的抗剪強度有較大的影響，因此在工程設計中要重視土體排水條件對結構性和強度的影響。

參考文獻:

[1]馬杰.軟土結構性對土體力學特性的影響[J].土工基礎，2015,29(1):62-65.

[2]關超.軟土結構性流變力學模型的研究[J].遼寧省交通高等專科學校學報，2010，12(5)：7-9.

[3]沈珠江.軟土工程特性和軟土地基設計[J].巖土工程學報，1998,20(1)：100-112.