下蜀黃土層的原位壓縮特性分析

李 全 軍

(江蘇省巖土工程勘察設計研究院，江蘇 鎮江 212021)

1 概述

下蜀黃土是我國區域性分布的一種特殊風塵沉積性土壤，因最早在江蘇省鎮江市句容縣下蜀鎮附近研究而得名。其形成于第四紀晚更新世，普遍發育于長江中、下游地區，尤其是在寧鎮地區地帶廣泛分布[1]。下蜀黃土的厚度各地變化較大，鎮江地區大約10 m～25 m居多，局部最厚可達30 m～40 m。如此厚的土層對工程建設的影響往往不容忽視，故深入研究鎮江地區下蜀黃土的物理力學特性具有重要的實際意義。

喬春元等[2]對下蜀黃土顆粒分形計算表明顆粒分維值隨粘粒含量的增大而增大，并探討了粒度分維值所代表的工程地質意義。陳璞皎等[3]針對鎮江下蜀黃土剖面進行粒度特征分析進一步表明其是風塵沉積的產物。夏佳和劉子彤[4]分析了下蜀黃土的非均質性及非飽和特性隨地貌的變化情況。夏磊等[5]發現比貫入阻力與土體物理力學指標間存在著良好的線性關系，給出利用靜力觸探參數預測下蜀黃土工程性質的方法。苗永紅和張立新[6]探討了粘粒含量、塑性指數、標貫擊數、比貫入阻力對下蜀黃土承載力的影響。此外，胡云[7]為下蜀黃土作為垃圾填埋場襯墊層的可行性提供了滲透與變形特性的依據。但以上針對鎮江下蜀黃土的研究中缺少對其壓縮特性方面的報道，而結構設計的變形控制理念正逐步引起重視，因此深入探討鎮江區域下蜀黃土的變形特性具有重要的理論和實際意義。

本文針對鎮江某工程下蜀黃土的室內壓縮試驗成果，分析其原位壓縮特性，為今后鎮江地區下蜀黃土層的工程設計提供依據，為下屬黃土力學特性的認識提供理論參考。

2 下蜀黃土的基本物理性質指標

受業主委托，對鎮江市官塘橋路西側某地塊進行巖土工程的詳細勘察工作。該地塊平均下伏20 m以上的下蜀黃土，其平均埋深為5 m左右，因此該土層為上部結構的主要受力層之一，其變形特性直接決定上部結構變形計算的精準度。為相對準確地計算上部結構的變形值，對下蜀黃土層的變形特性展開詳盡分析就顯得尤為重要。該土層的基本物理性質指標如表1所示。

表1 土層的基本物理性質指標(平均值)

根據GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范規定，該土層可定義為粉質黏土。

3 下蜀黃土的原位壓縮特性分析

反映土體原位壓縮特性的指標主要包括土層的初始孔隙比、初始有效應力、壓縮(回彈)指數及前期固結壓力，進而可開展該土層的原位壓縮變形計算。因此，原位壓縮指標的確定對變形計算尤為重要，下面將主要圍繞以上指標對下蜀黃土原位壓縮特性展開分析。

3.1 下蜀黃土層初始孔隙比與初始有效應力分析

下蜀黃土屬于風塵沉積土，其初始有效應力的確定應充分考慮土體的沉積作用。謝康和等[8]給出土層考慮沉積作用時土體初始有效應力的計算方法，該方法能夠反映土體的初始有效應力與初始孔隙比之間的e—logp非線性關系。根據鉆孔資料及土工壓縮試驗成果，確定土體的壓縮曲線，在此基礎上計算下蜀黃土層不同深度處的初始有效應力及初始孔隙比。

(1)

獲得初始有效應力的基礎上，可利用式(2)計算土層的初始孔隙比e0沿深度的分布。

(2)

將通過理論公式計算得到的鉆孔1及鉆孔2初始孔隙比與鉆孔取樣測試得到的初始孔隙比沿深度分布作比較，對比如圖1，圖2所示。

從圖1，圖2可發現，應用式(1)和式(2)計算得到的下蜀黃土層初始孔隙比與實測初始孔隙比相比較吻合，說明利用式(1)和式(2)計算初始有效應力和初始孔隙比的方法是有效的。

3.2 前期固結壓力分析

分析土層原位壓縮特性時前期固結壓力是影響較大的參數。為進一步認識鎮江地區下蜀黃土的前期固結壓力，對不同深度處多個土樣開展室內壓縮試驗以確定其前期固結壓力。不同土樣的壓縮曲線如圖3所示，利用土樣室內壓縮曲線可確定不同深度處的前期固結壓力。

利用式(1)可計算不同深度處的初始有效應力。計算條件如下：以鉆孔2為例，深度3 m處初始有效應力58.5 kPa，對應的孔隙比為0.78，其壓縮曲線壓縮指數為Cc=0.2。不同深度處下蜀黃土層的初始自重應力和前期固結壓力具體見表2。

從表2可發現，去除初始自重應力的計算誤差及取樣回彈的擾動誤差，可認為鎮江地區下蜀黃土屬正常固結土范疇，且壓縮系數在0.15～0.2間變化。

表2 不同深度處初始有效應力及前期固結壓力

至此，可確定鎮江地區下蜀黃土的原位壓縮曲線，初始孔隙比和初始有效應力沿深度是變化的，同時不同深度處的前期固結壓力也是變化的，壓縮指數在0.15～0.2之間變化，同時鎮江地區下蜀黃土層大多處于正常固結狀態，進而可確定鎮江地區下蜀黃土的原位壓縮曲線。

4 鎮江地區下蜀黃土層的原位壓縮曲線

5 結語

下蜀黃土在寧鎮地區分布廣泛，其對工程建設影響較大。本文結合鎮江某工程的鉆孔取樣的室內試驗成果，認識鎮江地區下蜀黃土的原位壓縮特性，主要得到如下結論：

1)鎮江地區下蜀黃土層大多處于正常固結狀態，如果剔除取樣擾動及試驗誤差的影響，其前期固結壓力與土層初始有效應力相等。

2)下蜀黃土屬于典型的沉積土，通過對不同深度處土樣的室內試驗，發現考慮沉積作用的土層初始有效應力的計算方法對鎮江地區下蜀黃土層是適用的。

3)鎮江地區下屬黃土的壓縮指數一般在0.15～0.2間變化，根據土層初始有效應力和初始孔隙比及壓縮指數，給出了鎮江地區下蜀黃土層的原位壓縮曲線。