浅谈软土勘察及其应力历史分析

[摘要]本文论述了软土勘察的主要内容以及软土的固结沉降，并且对软土的应力历史进行了分析。

[关键词]软土勘察；应力历史；分析

【分类号】：U412.2

1.引言

软土勘察是为了查明所研究地段范围内软土的分布范围、厚度和特征。了解软土的物理力学特性，如强度特性、固结状态、富水性，以及震陷特征；以及软土层的化学特性，如有机质含量；认真分析勘察成果，为设计提供岩土参数和依据。通过相关的试验测定软土的先期固结压力，判定其固结状态，了解软土的应力历史。

2.软土勘察

软土的土质特点是由环境所决定的，因为软土通常形成于静水盆地，由粘粒、粉粒等组成，粘粒多为水云母或是蒙德石，有机质含量丰富，通常能够达到5%以上，最高可以达到25%左右。这些颗粒表面存在负电荷，能够与水分子产生强烈作用形成结合水膜，并在沉积过程中形成絮状或是蜂窝状结构，因此软土结合水含量大，且结构性特征明显。这种特征导致软土难以压密，孔隙比很高，土质松软，一旦受到扰动便可能造成结构破坏，强度大幅度降低，甚至呈现出流动状态。

从岩土工程的技术要求出发，对软土的勘察应特别注意查明下列问题，（1）除土层的一般成因类型、成层条件、分布规律外，尤应查明对软土的排水固结条件，沉降速率、强度增长等起关键作用的薄层理与夹砂层特征；土层均匀性，具体指厚度、土性等水平向垂直向的变化；可作为浅基础、深基础的持力层硬土层的埋藏条件；在基础影响范围内基岩的埋藏条件、分布与起伏，基岩上部风化程度等。（2）对软土的力学性质的评定，查明软土的固结历史，确定是欠固结、正常固结或超固结土，是十分重要的。先期固结压力前后变形特性有很大不同，不同固结历史的软土的应力应变关系有不同特征。要很好确定先期固结压力，必须保证取样的质量。另外，应注意灵敏性粘土受扰动后，结构破坏对强度变形的影响。（3）软土地区微地貌特征形态与不同性质的软土层分布有内在联系，查明微地貌、旧堤、堆土场、暗埋的塘、浜、沟、穴等，有助于查明软土层的分布。

3.软土的固结沉降

软土固结沉降的主要机理是作用于土体上的垂直总压力由土体骨架（固体颗粒）承受的有效应力和孔隙水压力共同承受，在竖向压力作用下，饱和软粘土中的孔隙水不断排出从而使孔隙水压力不断消散，而竖向总压力不变，故原来由水所承受的压力部分转嫁到土体骨架上，使土体承受的有效应力增加，其增量等于孔隙水压力的减少值。有效应力增加，颗粒接触面积增大，孔隙度减少，土体表现为压缩，地面相应下沉。因此，软土固结沉降实际上就是饱和软粘土中孔隙水排出过程，因软土渗透性很小，软土固结沉降是一个漫长的过程。

欠固结软土的排水固结沉降由两部分组成，一部分为自重压力固结沉降，另一部分为附加压力固结沉降，在尚未进行工程活动地段，主要为自重压力引起的固结沉降即软土自重固结沉降，它是欠固结软土的一种普遍特性，有一定区域性，是一种已经发生、尚未完成的灾害，OCR值越小，自重压力固结沉降量越大；渗透性越小，历时越长，对后期建设工程的影响越大。附加压力引起的固结沉降在自重压力固结沉降的基础上进一步叠加，附加荷载越大，最终沉降量越大。

软土固结沉降量不同深度并不是均等的，其值主要跟该深度的初始孔隙比、先期固结压力和压缩指数有关；沉降速度亦不是均等的，而是开始时下沉相对较快，随着土体的逐渐固结，承载力和抗剪强度逐渐提高，并且土体压缩后透水性更小，因此，沉降量逐渐变小。

4.软土应力历史分析

土的力学性质不但与当前的应力状态有关，而且还依赖土的应力历史，不同固结状态的土，其沉降计算和稳定分析的方法是不相同的。根据姚海林对一重力式平台地基沉降的计算，因对同一土层的固结状态划分不同（根据其应力历史），其计算所得的沉降量相差可达10倍以上。这说明土对应力历史是具有很强的记忆功能的，其历史上受过的加卸载过程对它现有的土力学行为有很大的影响。

通常土的应力历史能通过对其沉积环境的分析来定性描述，而定量的表达一般是用土的先期固结压力及超固结比来表示的。先期固结压力是指天然土层在历史上所经受的包括自重压力和其他荷载作用形成的最大竖向有效固结压力，用 表示，它是反映土层原始应力状态和应力历史的一个重要指标。超固结比为先期固结压力 与现有上覆土层压力 之比，用来描述土体的压密状态，李作勤认为，原状土压缩曲线的拐点所对应的压力不是其先期固结压力，而是其结构屈服压力 。沈珠江院士也曾指出，如果从重塑土的超固结概念出发，天然结构性软粘土压缩曲线的拐点所对应的压力 与土层上覆压力 的比值称为超固结比，可是当天然结构性软粘土为欠固结土时，通过试验求得的 的比值有可能大于1，这正是因为天然结构性软粘土结构强度的存在造成的"所以沈珠江认为， 的比值应称为结构应力比，而不应继续称为超固结比，所以用传统求取先期固结压力的方法将很难测出具有较强结构性的土的真正先期固结压力，难以确定土的应力历史。

5.结束语

对于软土地区的勘察，其中对建设工程影响最大的岩土工程问题为软土固结沉降，其影响范围大，历时时间长，并且其不仅本身是一种灾害，而且还会引发地基不均匀沉降、对桩基产生负摩阻力等其它一系列的工程问题，促使我们对软土固结沉降问题必须引起高度重视。历史应力大会使土体压缩，前期压缩大，后期应力平衡后就不会继续产生压缩，通过对软土的先期固结压力分析，确定软土的应力历史，了解土层的固结状态。

参考文献

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[2]张明，赵月平，王威，赵有明，马东辉，苏经宇.考虑有效应力的软土固结系数变化规律[J].北京工业大学学报. 2010（02）