不同地區泥炭質土物理力學特性研究分析★

蔣 玉，何兵祥，丁 勇，趙興澤，李俊輝

(保山學院工程技術學院，云南 保山 678000)

1 概述

泥炭質土是一種特殊的土體，分布于各個地區，是植物遺體經泥炭化作用，形成的有機質聚積物，土質均勻，呈黑色、深灰色，且有腥臭味，是由水、礦物質和有機質三部分組成。其有機質的質量分數在10%～60%之間，具有含水率高、孔隙比大、壓縮性高、強度低等特性的不良土體。大部分學者對其物理力學特性研究較多，如固結特性、相關本構關系等[1-2],熊恩來等對泥炭質土孔隙壓力與應變進行相關關系研究[3-4]，謝莉萍等對闡述有機質土的比重與有機質含量進行了線性關系的研究[5]。因此本次試驗以保山龍陵與香格里拉地區土體為主要研究對象，取土深度范圍在3 m～10 m，分析對比兩地區土體的物理性質(飽和度、孔隙比、含水率、土粒比重、天然密度)，界限含水率(液限WL、塑限WP、塑限指數IP、液限指數IL)，固結孔隙比，壓縮特性，直剪快剪的數據，找出兩地區土體的差異性，進而掌握泥炭質土的物理力學特性。

2 基本物理特性

2.1 土樣描述

根據規范，對滇西(保山龍陵)與滇北(香格里拉)兩地區進行取土，各取五個代表土樣，每個取樣點自上而下，編號為L1，L2，L3，L4，L5，X1，X2,X3，X4，X5，取土深度范圍均在3 m～10 m之間，且兩地區的土質均勻，呈黑色、灰色，土質輕，干縮現象明顯，取土深度越深腥臭味越重，深度越深，植物降解程度越大。

2.2 三大基本物理指標

依據土工試驗方法標準得出含水率、土粒比重、密度試驗數據結果如表1所示可知：

1)兩地區的含水率都比較高。龍陵地區(保山龍陵)該種土水的質量分數為195%～286%，香格里拉地區(香格里拉)該種土水的質量分數范圍為138%～286%，兩地區可取其值作為該種土的含水率范圍值。但龍陵地區的含水率較香格里拉地區相對高一些，且香格里拉地區含水率隨深度增加而減小。

2)兩地區的土體土粒比重較常規土比重小。龍陵地區五個代表土樣的土粒比重平均值為1.678，香格里拉地區五個代表土樣的土粒比重平均值為2.252,相比較，香格里拉地區的土粒比重更大。

3)兩地區的土體天然密度低于常規土的密度。龍陵地區天然密度在1.06 g/cm3～1.16 g/cm3之間，平均值為1.116 g/cm3，香格里拉地區在0.93 g/cm3～1.70 g/cm3之間，平均值為1.352 g/cm3。香格里拉地區的天然密度較龍陵地區相對高一些。

總體來看，龍陵地區土體基本物理特性相對香格里拉地區也呈現出一種較為穩定狀態。

表1 兩地土體基本物理特性

2.3 其他物理指標

本次其他物理指標涉及飽和度、孔隙比、有機質含量。土體的飽和度Sr是反映土中含水程度的指標之一，其物理意義是水在空隙中充滿的程度，常見值在0～1之間。兩地區土體的孔隙比較大，飽和度幾乎在90%以上，趨于飽和，如表1所示。由于泥炭質土孔隙比較大，含水率較高，強度低，土質松軟，因此在泥炭質土地區的建筑物，其地基基礎要求相對較高，不僅要滿足地基承載力要求，也要控制沉降量。阮永芬等指出了泥炭質土對建筑地基的影響，孔隙比隨有機質的含量增大而增大，其對昆明泥炭質土研究泥炭質土的成因以及分布，并針對發生工程事故的原因，提出處理泥炭土地基的防治措施，避免今后在泥炭土地基上的工程建設中，建筑物嚴重下沉、開裂、傾斜、重建等各種潛伏隱患[6]。

由表1可知，兩地區的飽和度比較高，孔隙比較大，有機質含量也比較高，同時兩地泥炭質土的孔隙比相對隨有機質含量的增大而增大，飽和度隨平均深度增加而增加。從兩地相比較，龍陵地區的飽和度、孔隙比、有機質含量特性相對香格里拉地區土體特性較為穩定，變化程度不大。

2.4 液塑限指標

該指標是來確定土體特性與命名，由于兩地區的含水率比較高，在65 ℃下烘干不同的時間可以得到不同含水量的土樣，且水的質量分數達120%以上，因此本次試驗采用液塑限聯合測定法來測定兩地區的液塑限指標，相關數據如表2所示。

表2 兩地土體液塑限指標

由表2可知：龍陵地區(保山龍陵)液限在93%～104%之間，平均值為99.2%，塑限在33%～65%,平均值為51.4%，液限指數平均值為3.646；香格里拉地區(香格里拉)液限在40%～86%，平均值為53.2%，塑限在25%～46%，平均值為33.2%，液限指數平均值為4.0，兩地液限指數幾乎均大于1,呈流塑狀態，僅香格里拉地區(香格里拉)取土深度在7.3 m深度處土樣屬于軟塑狀態。

同時，兩地區的液限指數IL隨取土深度的增大而逐漸增大，龍陵地區均大于3，香格里拉地區在0.87～7.50之間。對比兩地區試樣，香格里拉地區的液限、塑限、塑限指數幾乎都大于香格里拉地區，龍陵地區液限指數比較穩定，起伏不大，但香格里拉地區液限指數大小波動較大，離散性較大。

3 力學特性

3.1 壓縮指標

本次試驗采用氣壓式固結儀測定兩地區試樣的壓縮試驗，兩地區土樣均為飽和泥炭質土，將環刀高度20 mm,直徑61.8 mm，填滿試樣，去除大石子，避免試驗中引起應力集中。本次試驗加壓等級為50 kPa，100 kPa,200 kPa,300 kPa,400 kPa，每級荷載加壓時間為24 h。試驗數據結果如表3所示。

表3 兩地土體壓縮指標與抗剪指標

由表3可知，兩地泥炭質土沉降量大，土體的壓縮系數av都比較大，根據國家標準GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范規定，兩地土樣av>0.5 MPa-1，壓縮模量Es均小于4 MPa，均屬于高壓縮性土，隨著土體深度增加，土體壓縮系數av也逐漸增加，可知壓縮系數av是一個變量，而非定值，單從壓縮系數相比較，龍陵地區土體的壓縮性大于香格里拉地區土體壓縮性。

3.2 抗剪強度指標

本次試驗采用應變控制式直剪儀，結合快剪和固結快剪來測定兩地區土體的剪切情況，準備兩地區每個試樣取4個環刀為一組試驗，直剪儀垂直壓力分別為100 kPa，200 kPa，300 kPa，400 kPa。數據處理見表3。

取兩地區相同含水率試樣L5，X5為代表試樣(見表1)，含水率接近情況下，L5試樣和X5試樣的黏聚力c均為26.4 kPa，內摩擦角φ=4.0°，同時隨著剪切位移L增大，剪應力τ也逐漸增大，且垂直壓力P與抗剪強度S呈線性關系。對比粉質黏土，兩地區泥炭質土黏聚力c和內摩擦角φ相對較小，且抗剪強度比較低。同時通過試樣試驗表明，隨著含水率的增大，黏聚力c和內摩擦角φ逐漸減小，土體的抗剪強度逐漸降低，由于龍陵地區(保山龍陵)試樣的含水率高于香格里拉地區(香格里拉)試樣，因此香格里拉地區泥炭質土的抗剪強度相對大一些。

通過深度對比可知，龍陵地區抗剪強度指標黏聚力與內摩擦角，相對均勻，但無明顯規律，而對于香格里拉地區土體抗剪強度指標來看，基本呈現出隨深度增加而抗剪指標提高的特性，并且差值倍數較大。

4 結語

1)兩地區的飽和度比較高，孔隙比比較大，有機質含量也比較高，同時兩地泥炭質土的孔隙比隨有機質含量的增大而增大。相比而言，龍陵地區的飽和度、孔隙比、有機質含量相對較大，較均勻，龍陵地區的含水率更高一些，土粒比重、密度比常規土小。

2)兩地區的液限指數IL隨取土深度的增大而逐漸增大，都屬于流塑狀態。但對比兩地區試樣，香格里拉地區的液限、塑限、塑限指數幾乎都大于香格里拉地區，龍陵地區液限指數比較穩定，起伏不大，但香格里拉地區液限指數大小波動較大。

3)兩地區泥炭質土沉降量大，土體的壓縮系數av都比較大，都屬于高壓縮的土體。但相比較，龍陵地區的壓縮系數av大于香格里拉地區。

4)兩地區泥炭質土黏聚力c和內摩擦角φ相對較小，且抗剪強度比較低。同時通過試樣試驗表明，隨著含水率的增大，黏聚力c和內摩擦角φ逐漸減小，土體的抗剪強度逐漸降低，由于龍陵地區試樣的含水率高于香格里拉地區試樣，則香格里拉地區泥炭質土的抗剪強度相對大一些。

5)兩地泥炭質土的物理力學指標在淺層深度范圍內(3 m～10 m)隨深度的變化無明顯的相關性，其物理力學指標離散性較大，但龍陵地區土體物理力學特性較香格里拉地區土體特性相對穩定，故對于淺層泥炭土的工程特性來看，建議將其看作統一整體來研究，室內試驗數據可做參考。