软土次固结特性试验研究

摘要:土体流变性极大地影响了我国的经济建设与土木工程安全，因此，加强对软土次固结特性的研究十分重要。本文通过试验方法，研究了不同深度的四种土样在分级荷载下的次固结特性，并得出了结论，希望能为软土次固结特性的深度研究提供一点参考。

关键词:软土；次固结特性；试验研究

Abstract: Soil rheology greatly affect China's economic construction and civil engineering safety, therefore, research is very important to strengthen the soft soil secondary consolidation characteristics. Secondary consolidation characteristics of this article by the test methods to study the different depths of four soil samples grading loads, and come to a conclusion, I hope to be able to provide a point of reference for the soft-depth study of the behavior of secondary consolidation.Key words: soft soil; behavior of secondary consolidation; experimental study

中图分类号：TV149文献标识码：A 文章编号：

一．软土与次固结

我国东部和东南部沿海地区以及河流谷底分布着大量淤泥质软土，这些软土大多是第四世纪以来形成的饱和软粘土，其形成主要受沉积作用影响。这种软粘土具有含水量高、孔隙比大、密度低、强度低、压缩性强、透水性低等特点，随着近年来我国土木工程建设力度的不断加大，很多建筑物在软土地基上进行建设的可能性不断提高，随之而来的是各种工程问题，诸如工期延长、事故频发、工后沉降难以控制等，严重影响了经济建设。这些问题的发生大多与土体的流变性特征有关，因此，加强对软土的次固结特性研究，对于推进经济建设，保证土木工程建设安全具有重要意义。软土问题的研究，主要是其变形问题，其次是稳定问题，稳定问题的试验研究必然涉及变形问题，因此，对软土变形问题的研究是根本。次固结是饱和粘性土在侧限条件下受压,主固结完成后土体积仍随时间增长而减小的过程。软土受外力影响产生的变形可分为固结变形和次固结变形。从软土结构特性来讲，次固结量在总压缩量中占的比重较大，并且会随着时间持续发生变化，一般来说，土木建筑工程的使用周期都在几十年甚至上百年左右，加强对软土次固结特性的研究，对服务土木工程建设，提升安全质量具有重要意义。

二．试验研究

1.材料选取

试验所选取的土样为吴江某地淤泥质粉质粘土层软土，采取分级加载的一维固结试验，仪器采用常规型压缩仪，所选取土样为不同深度的四种深度软土，其采样深度分别为3米、5米、10米、15米，面积30平方厘米，高度2厘米。考虑到温度变化对试验的影响，试验将全程在恒温空调室中进行，从小压力开始加载，压力范围100—1000Kpa，加荷梯度pi/pi=1，分步加载直到到达所需数值，每级加载4天时间为固结变形稳定期限，然后进行下一级荷载。所选取土样的物理性质数据参考表1。不同固结压力下软土次固结系数见表2。

表1 淤泥质软土基本物理性质数据

表2 不同固结压力下软土次固结系数

2.结果分析

2.1时间与应变曲线

理论上理想的蠕变曲线可分为三个阶段，在初时蠕变阶段时，蠕变速率呈现减小趋势；稳定阶段的蠕变速率固定在某个常数；加速蠕变阶段相对来说复杂一些，它不仅包括裂隙扩展，还有最终所导致的破坏阶段。根据下述四个图的统计数据可以分析出，在压缩过程中，土样被不断挤压密实，其呈现出的是衰减蠕变的特征。同时，由于重塑土受扰动导致结构被破坏，空隙变小，压缩性变小，变形上呈现缓慢特性，由此可见，在加荷相同的情况下，重塑土样的应变小于原状土样应变。不同深度应变与时间之间的关系，见图1、2、3、4，采取7天的数据。

图1 3米深度下的应变曲线

图2 5米深度下的应变曲线

图310米深度下的应变曲线

图4 15米深度下的应变曲线

2.2荷载作用下的主次固结分析

在对四种土样进行试验的过程中，针对各级荷载作用下不同土样的主次固结进行统计分析可以发现，在低的应力水平下，100kpa时四种土样的主固结与次固结区分明显，在数值达到800kpa—1000kpa时，基本上成直线上升趋势，没有明显的主固结与次固结接线，此种情况，无法分清主次固结阶段。出现这种情况，主要有两个原因，一是因为土体受压，结构变得紧密，降低了渗透性，孔隙水的消散随着荷载的增大变得越来越减难，造成了主次固结界限的模糊。另一个原因是因为次固结影响主固结的关系，在主固结中，同时存在着次固结。在压力荷载量较小的情况下，其固结变形量相对来说也较小一些。次固结变形速率受加荷比影响不大，但在总变形中占有较大比重，因而模糊了主次固结的接线，使得试验数据出现了上述变化情况。

2.3 次固结系数

1936年布莱曼通过对变形资料的长期分析发现，次固结阶段的变形与时间对数间呈现孟宪的线性关系，尤其引出了次固结系数，这种经验关系被广泛采纳。但也有一些学者认为这种线性关系存在限制，不可能无限制延伸，在某个时间点必定会稳定，在这次试验过程中，通过各类试验数据的对比就发现了这个情况。例如在3米的深度，次固结系数随着应力增加在变大，在5米深度，次固结系数在低应力水平下相对来说大一些，但是随着应力地逐渐增大，其数值的变化开始缓慢，二者的趋势上是是相似的，在10米深度时，次固结系数变化很小，到15米深度1000kpa时又突然增大了许多。

2.4 关于主次固结的划分

主次固结结构划分对于土木工程建设意义重大。关于其划分，存在着多种理论与实践。根据本次试验采集数据，现在推导一下如何实现对主次固结变形的科学划分。在软土变形试验中，主次固结现象是同时存在的，在前期主固结阶段，主固结占优势，呈现主导作用，但是后期随着荷载增大，孔隙水压力不断消散，主固结完成，软土变形过程开始以次固结作用为主。在这里的划分，以主固结结束、次固结居于主导地位来进行区分。应力变化对于次固结的影响导致了软土孔隙比改变，土体变形，软土在加荷试验过程中表现出了很多特殊的力学性质，其骨架变形特性在蠕变度上很有特点，可以通过有关蠕变度的函数公式来进行计算，分析探究其骨架变形的特性。

2.5 结论

本试验针对软土次固结特性进行研究，通过固结蠕变实验，采集了一系列观察数据，通过对这些数据的分析可得知次固结的存在会影响软土孔隙比，从而影响土体变形，且这种影响在荷载变化、应力变化的情况下呈现不同的趋势走向，同时软土次固结特性的机理构成以及影响因素相对复杂，还需继续探究。

小结

软土的次固结特性对于土木工程建设影响甚大，为服务我国经济建设和土木工程建设，一定要加强对软土次固结特性的深度研究，保障土木工程安全。

【参考文献】

[1]夏才初，孙钧.蠕变试验中流变模型辨识及参数确定[J]．同济大学学报,1996,24(5):498—503.

[2]王祥秋，陈秋南，王文星．两种地基土作线性流变特性与模型理论研究[J]．湘潭大学自然科学学报，2001，23(2)：106—112.

[3]谢宁，孙钧．土体非线性流变的有限元解析及其工程应用[J].岩土工程学报，1995，17(4)：95-99.

[4]邓荣贵，周德培，张悼元，付小敏.一种新的岩石流变模型[J].岩石力学与工程学报，2001，20(6)：780—784.

[5]金丰年，浦奎英.关于粘弹性模型的讨论[J].岩石力学与工程学报1995，14(4)：355—361.

[6]郑榕明，陆浩亮，孙钧．软土工程中的非线性流变分析[J].岩土工程学报，1996，18(5)：1—13.