不同地区海积软土前期固结压力与结构强度的关系及其成因分析

我国沿海地区的各滨海城市都分布有广泛的海积软土。 海积软土所表现出的特殊的物理力学性质(如高含水量、高空隙比、高压缩性和低强度、有机质含量高等)取决于其形成的特定的地质环境。随着这些地区经济建设的飞速发展，对软土工程地质的研究提出了更新更高的要求，软土的结构性及其有关的岩土工程问题日益受到人们的关注。 鉴于以上情况，本文以天津、上海、杭州及深圳等不同地区的海积软土为研究对像，结合国家自然科学基金项目“中国滨海软土结构性及结构性力学模型研究”（NO.40172092）的实际研究工作，采用宏观力学试验和微观试验相结合的方法，对软土的结构性及其应力历史进行了研究,目的在于探索海积软土前期固结压力与结构强度的关系及其成因。 首先，本文对不同地区的海积软土进行了结构性力学试验研究。对软土的结构性特征有如下新的认识：①海积软土具有较强的结构性。表现在灵敏度试验中为高灵敏度土；单向压缩试验中原状样和重塑样的压缩特性、固结特性有着明显的差异。②软土存在显著的结构强度，按照传统的求取先期固结压力的方法，所得的压力并非结构性土的真正先期固结压力，而是其结构屈服压力，它是先期固结压力与结构强度之和。 其次，论文针对结构性软土的应力历史问题开展了研究。作者分别对不同地区海积软土沉积环境的定性描述方面和软土先期固结压力的定量计算方面 做了研究。结果表明：①用传统的方法求取的先期固结压力大于上覆土层的自重压力，应为超固结土，然而根据现场调查此土层在历史上并未受过比上覆压力更大的天然或人工荷载，因此用传统方法确定的压力应称为结构屈服压力，它与先期固结压力是有区别的。②在求取结构性土先期固结压力及结构强度方面，利用重塑土（可认为是非结构性土）的回弹曲线在一定范围内斜率基本相同的这一特性，建立相应的数学模型，求取了结构性土的真正先期固结压力，经实际检验取得了较好的效果。③通过分析计算，明确了先期固结压力和结构强度的概念；提出了结构稳定系数，较为准确地判断出土的结构强度的影响程度，为工程设计提供参考；④基于单向压缩试验，提出了结构强度随压力变化的损伤方程；区分了一般性软土与有结构强度的土的压密类型。 再次，对微观结构的研究是采用扫描电子显微镜和相关的计算机图像处理技术得到的。通过微观结构照片可以看出海积软土原状样的微结构以团粒状结构、团粒-絮凝状结构和絮凝状结构为主。总体上，其结构基本是由粉粒等大颗粒形成的单粒与由小的片状粘土颗粒形成的集粒这两种基本结构单元体组成骨架，其它小颗粒或包裹于大颗粒外面，或作为胶结物质填充于基本结构单元体之间。在天然原状结构状态下，矿物组份对海积软土力学性质的影响主要表现在由其所形成的微结构类型与特征所起的作用。而在重塑土中，海积软土的力学性质则主要决定于粘土矿物的种类与含量。微结构类型的影响效果不明显。另一方面，微结构定量研究表明，在单向压缩试验中，随着固结压力的增加结构单元体经历由天然的无序和无定向性，到有序和有定向性的变化过程。 最后，论文分析了海积软土具有一定的结构强度是由其物质组成、孔隙结构与土颗粒间的联结方式所引起的，特别是近海地区水中含盐量增大，使细粒土极易形成絮凝团粒结构从而使粘土中的粘粒和粉粒在有机质和盐类的共同作用下形成一定的结构强度。另一方面, 粘土颗粒粒径很小，具有胶体性质，天然沉积土颗粒接触点之间，经过漫长的物理化学作用，形成了一定的胶结强 度，这是土体呈现结构强度的一个主要因素。亚稳态的絮凝结构以及颗粒间一定的胶结作用，使得海积软土具有较高的灵敏度。