長(zhǎng)江下游地區(qū)淤泥土固結(jié)變形特性試驗(yàn)研究

朱文君

(安徽省長(zhǎng)江河道管理局，安徽 蕪湖 241000)

1 概述

在長(zhǎng)江下游地區(qū)修建水工建筑物時(shí)，地基中常存在淤泥土層。近年來(lái)，工程師們發(fā)現(xiàn)部分工程竣工后不久，地基出現(xiàn)了不同程度的不均勻沉降。究其原因，是因軟土的特殊工程性質(zhì)而引起的。軟土具有天然含水率高、壓縮性大、滲透性差和承載力低等特點(diǎn)。軟土在壓力作用下，因其滲透性差，孔隙水不易從孔隙中排出，所以固結(jié)持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。如果處理不當(dāng)，軟土層可能在上部結(jié)構(gòu)竣工后固結(jié)仍未完成，這是工后地基出現(xiàn)不均勻沉降的主要原因。

本文采用淤泥土重塑樣進(jìn)行單向固結(jié)試驗(yàn)，分析研究前期應(yīng)力水平對(duì)淤泥土固結(jié)變形特性的影響。

2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)儀器

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)土料采用長(zhǎng)江下游地區(qū)某軟基段的淤泥土。目前，軟土重塑樣的制備主要是原狀樣加水重塑或?qū)⒃瓲顦右欢ǔ潭鹊仄茐模紱](méi)有徹底破壞原狀樣的結(jié)構(gòu)性，試樣之間仍有差異。為保證重塑試樣完全相同，本文改進(jìn)軟土重塑樣的制備方法，制備過(guò)程如下：

2.1.1 將淤泥土風(fēng)干，木碾碾散后過(guò)篩，稱(chēng)取風(fēng)干土配制稀泥漿，裝入透水圓筒中，靜置滲漏；

2.1.2 在稠泥漿上表面放置加壓蓋析，逐級(jí)施加豎向壓力，控制最大壓力，制成土坯；

2.1.3 在土坯上放置環(huán)刀，切取重塑試樣后立即放入固結(jié)容器中，并加入適量純凈水。

2.2 試驗(yàn)儀器

單向固結(jié)試驗(yàn)在高壓固結(jié)儀上進(jìn)行。高壓固結(jié)儀主要由以下幾個(gè)部分組成：

2.2.1 固結(jié)容器：由環(huán)刀、護(hù)環(huán)、透水析、水槽、加壓上蓋組成；

2.2.2 加壓設(shè)備：杠桿加荷，試驗(yàn)采用兩種型號(hào)高壓固結(jié)儀，杠桿比分別為1:12 和1:24，荷載最大可加載到1600 和3200kPa；

2.2.3 變形量測(cè)設(shè)備：量程10mm，最小分度值0.01mm 的百分表；

2.2.4 其他工具：包括刮土刀、鋼絲鋸、電子天平、秒表、扳手等。

圖1 試樣固結(jié)變形e-lgt 關(guān)系曲線

表1 各試樣固結(jié)完成時(shí)間表(min)

3 試驗(yàn)方案

按前述重塑樣制備方法，切得4 個(gè)環(huán)刀試樣（編號(hào)1#～4#），試樣高2cm，面積30cm2。各試樣均由25kPa 逐級(jí)加載至不同的預(yù)壓力，固結(jié)穩(wěn)定3d 后，都卸載至12.5kPa，此時(shí)預(yù)壓力即相當(dāng)于前期固結(jié)壓力pc。各試樣按荷載率Δp/p=1 再加載，此時(shí)隨固結(jié)壓力p 的逐級(jí)施加，土樣分別經(jīng)歷超固結(jié)與正常固結(jié)兩個(gè)階段，試樣具體再加載方案如下：

1# 試樣（預(yù)壓力100kPa）：0→25→50→100→50→25→12.5→25→50→100→200→400→800kPa

2# 試樣（預(yù)壓力200kPa）：0→25→50→100→200→100→50→25→12.5→25→50→100→200→400→800→1600kPa

3# 試樣（預(yù)壓力400kPa）：0→25→50→100→200→400→200→100→50→25→12.5→25→50→100→200→400→800→1600kPa

4# 試樣（預(yù)壓力800kPa）：0→25→50→100→200→400→800→400→200→100→50→25→12.5→25→50→100→200→400→800→1600→3200kPa

4 土樣固結(jié)變形

在試樣再加載變形過(guò)程中，利用百分表測(cè)讀不同時(shí)刻的變形量，求出試樣孔隙比，繪制孔隙比e 與時(shí)間對(duì)數(shù)lgt 的關(guān)系曲線，其中2#試樣和3#試樣的e-lgt 關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

4 個(gè)重塑試樣制備過(guò)程完全相同，均按加荷比Δp/p=1 分級(jí)加荷，僅預(yù)壓力不同，即各土樣的前期固結(jié)壓力pc不同。從e-lgt關(guān)系曲線來(lái)看，各試樣的變形曲線類(lèi)似，隨荷載逐級(jí)增大，土樣變形量也逐漸增大；各試樣逐級(jí)加載過(guò)程中變形量陡增時(shí)的分界點(diǎn)不同，分界點(diǎn)在荷載達(dá)到前期固結(jié)壓力pc時(shí)；土樣在超固結(jié)狀態(tài)下的變形量明顯小于正常固結(jié)狀態(tài)，說(shuō)明預(yù)壓可以顯著減小淤泥土再加荷過(guò)程中的變形量。

根據(jù)以上各試樣的固結(jié)完成時(shí)間，可以看出試樣在超固結(jié)階段的固結(jié)完成時(shí)間明顯小于正常固結(jié)階段，其原因在于超固結(jié)土再加載過(guò)程，孔隙變化小于正常固結(jié)土，孔隙水排出量小，排水固結(jié)耗時(shí)短，孔壓消散得更快，固結(jié)完成更早（表1）。

5 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)分析，淤泥土處于超固結(jié)狀態(tài)時(shí)，固結(jié)變形量較正常固結(jié)狀態(tài)大為減小，固結(jié)完成時(shí)間也明顯短于正常固結(jié)階段，這些說(shuō)明淤泥土超載預(yù)壓后可以顯著減小沉降變形、縮短固結(jié)時(shí)間，也驗(yàn)證了堆載預(yù)壓是有效的軟基處理方法。