1、珠江三角洲地区软土流变的影响摘 要：珠江三角洲地区在河流冲积和海潮进退的作用下，广泛沉积着厚层的软土，由于该地区特殊的地理环境、气候环境，使的该地区的软土具有特殊的物质组成和结构特征，其工程地质特性决定了在地基研究与处理过程中研究重点和施工方法的选择。在研究软土地基固结过程中，需运用流变模型研究竣工后软土地基的长期强度和变形。 关键词： 软土；流变；地基处理 中图分类号：TU471.8 文献标识码：A 一、概述 一般情况下，软土是指在静水或缓慢流水环境中具有以下工程地质特性的土：天然含水量 wwL；天然孔隙比 e1.0；压缩系数0.5MPa-1；标准贯入试验锤击数3 击；静力触探比贯入阻力Ps
2、750kPa；十字板抗剪强度 Cu35 kPa；具有以上多数特征，呈软塑流塑状，具有压缩性高，强度低、透水性差、灵敏度高等特点的黏性土可以判定为软土。珠江三角洲地区在河流冲积和海潮的进退作用下，广泛沉积了厚层的软土，一般为淤泥、淤泥质土。 二、软土的研究意义及研究现状 珠江三角洲地区地处南亚热带，为典型的平原地貌，其间偶有个别残丘点缀。由于河流冲积和海潮进退作用，在该区广泛沉积了厚层的软土。特点为面积大，土层厚，土质差，各项指标低，处理难度大，故处理时较为昂贵，因此研究珠江三角洲地区软土的工程地质特性具有极其重要的意义。 三、珠江三角洲地区软土的物理力学特征 为了对珠江三角洲地区软土的力学性质
3、进行讨论，我们选取广州、中山、佛山三地的软土进行分析研究，经室内土工试验得出软土的物理力学性质指标，汇总见下表。 珠江三角洲地区软土的物理指标表统计表表一 天然状态指标 稠度指标 含水率 w（%） 天然密度 （g/cm3） 土粒比重 GS 孔隙比 e 饱和度 Sr 液限 wL (%) 塑限 wp (%) 塑性指数 IP 液性指数 IL 统计个数 271 271 271 271 271 271 271 271 271 最大值 83.4 1.84 2.68 2.269 100 55.4 46.9 22.9 3.11 最小值 36.1 1.45 2.58 1.015 89 24.6 16.4 7.6
4、 1.14 平均值 52.889 1.6661 2.6372 1.4305 96.986 38.745 26.456 14.646 2.0272 珠江三角洲地区软土的力学指标表统计表 表二 固结指标 剪切指标 无侧限抗压强度 渗透系数 K(10-6/s) 压缩系数 a0.1-0.2 （Mpa-1） 压缩模量 Es0.1-0.2（Mpa） 固结系数 0.2MPa 10-3cm2/s 直接快剪 原状 扰动 灵敏度 Cv CH 黏聚力 c(kPa) 内摩擦角 () qu q,u kpa kpa St 个数 271 271 113 16 263 263 114 114 114 86 最大 2.35 5
5、.08 2.79 3.28 11.2 16.6 12.6 4.2 3.6 65.8 最小 0.4 1.27 0.44 0.68 2.2 0.8 8.7 2.4 2.6 0.718 均值 1.123 2.38 1.196 1.89 6.654 3.94 12.9 4.3 3.8 15.2 我们可以总结出珠江三角洲地区软土的一些特性： 1.压缩性高。 软土的天然孔隙比大决定了其压缩性必然高。据室内试验，该地区软土压缩系数在 0.42.35MPa-1 之间，平均值 1.123MPa-1;压缩模量平均值为 2.38MPa，属于高压缩性土。软土的高压缩性在工程性质上表现为沉降量大。 2.固结系数小。 统
6、计显示该地区软土垂向固结系数（Cv）平均值为 1.19610-32/s，水平固结系数（Cv）平均值为 1.89310-32/s，表明软土完成固结沉降的时间较长，这对施工工期影响较大。 3.抗剪强度低 主要表现为黏聚力小，内摩擦角小。该地区软土直接快剪黏聚力平均值仅为 6.654KPa，内摩擦角平均值为 3.9。黏聚力较小的原因是因为软土单元体之间的连结类型主要以结合水连结为主，胶结连结较少，而在饱水的状态下，结合水以弱结合水为主，土颗粒之间的连结力较弱；内摩檫角较小的原因是因为单元体颗粒较小，摩擦力较小。珠江三角洲地区软土的低抗剪强度表明土体抵抗剪切变形能力很差。 4.结构性强，灵敏度大，具有
7、触动流变性 珠江三角洲地区软土孔隙比大，一般呈蜂窝状或絮凝状结构，受到扰动后其强度大大降低。通过该地区软土原状样或重塑样的无侧限抗压强度试验得出软土的灵敏度在 2.63.6 之间，平均值为 3.8，属于中灵敏度土。灵敏度高反映出该地区的软土结构性强，一但天然结构受到扰动，其抗剪强度显著降低，在地震或动载的作用下易产生液化。 5.抗压强度低，承载力小 由于其无侧限抗压强度平均值为 4.312.9KPa，其承载力也较低，一般在 80100 KPa 之间。由此说明此类土的地基强度低，需要进行地基处理。 该地区软土特有的组成成分和结构特征使其具有了孔隙比大、含水率高、饱和度大、透水性弱等物理性质和压缩
8、性高、固结系数小、抗剪强度低、结构性强、抗压强度低等力学性质。 四、软土的流变现象 土是由固体颗粒、液态水和气体所组成的多孔介质。在外力作用下，孔隙中的水和气部分被挤出，上颗粒重新排列使土骨架变形。一方面，上颗粒与孔隙流体之间的摩擦力，使孔隙流体的排出受到阻碍，使土体变形延滞；另一方面，土颗粒之间的接触是结合水膜之间的接触，结合水的粘滞性也将使土体变形要有一个过程。因此，土的变形不仅与应力有关，还与时间有关。 1.土的流变现象 土体的变形(应力)和强度除与应力(变形)有关外，还与时间有关的现象称为土的流变现象。工程实践中，土的流变现象主要为： （1）蠕变，即恒定应力作用下变形随时间增长的现象。
9、 对于含水量大的软粘土，非稳定蠕变增长的时间很短，主要是稳定流动阶段。在实际工程不允许土体破坏条件下，稳定阶段的蠕变变形为总蠕变变形的主要部分，即研究稳定蠕变速率是很重要的，它随应力大小变化而改变的特征即是土的流动特性研究的对象。 （2）松弛，即变形恒定情况下应力随时间衰减的现象。 如果使土体产生一定的应变后使其保持为常量，则应力将随时间增长而逐渐减小，这种现象称为松弛。松弛时土体应力的降低，是由于总应变不变时塑性蠕动变形增加使弹性变形减小引起的。 2.影响土流变性质的因素 土的流变性质受许多因素的影响，在不同的条件下，显示出不同的性状。为了尽量准确地预测各种因素对现场土的流变性质的影响，在试
10、验测定土的有关流变性质指标时应尽量符合现场实际条件，避免因条件变化带来不应有的误差。 （1）矿物成分的影响 粘粒含量及其矿物成份对土的流变性质有很显著的影响。粘粒含量愈多塑性指数愈大，流变性质也愈显著。粘粒含量相同时，含蒙脱土土样的流变性最显著，伊利土次之，高岭土的流变性相对不显著。 （2）含水量及孔隙水性质的影响 同压缩性等一样，含水量大小对土的流变性也有影响。含水量愈大，流变性质也愈显著。孔隙水的性质对土的流变性质影响是显而易见的，孔隙水粘性愈大，结合水的粘性也愈大，土的流变性质也愈明显。 （3）应力历史和应力路径的影响 流变土体的变形相强度与时间有关，故现有固结应力作用持续的时间及历史上
11、应力变化过程，对以后土的变形和强度也产生影响。试验研究还表明，同样大小偏应力作用下，平面应变试验相轴对称三轴试验测得的塌变曲线及破坏时间是不同的，因此土的流变性质受应力路径的影响。 （4）应力大小的影响 下图为一组蠕变曲线。这些曲线随作用应力的不同，显示出各不相同的蠕变过程。当剪应力小于某一值时例如 8，蠕变现象逐渐减弱，应变速率也随之而逐渐减小，最后趋向于零，而永远达不到破坏。这种曲线称为阻尼蠕变。若应力大于某一值时，例如 8，则产生非阻尼蠕变。 （5）温度的影响 在常规试验中，一股不考虑温度对土的性质的影响。实际上温度变化时，孔隙水的粘滞性和压力都将发生变化，从而影响土的流变性质。一般说来
12、温度越高，蠕变速率越大，松弛应力越小。温度改变很大时，甚至可能使土的蜗变曲线从阻尼型变为非阻尼型。 3.土的流变性质对工程的影响 软土的流变性质可能会对土工建筑物的安全产生重要影响。前苏联某电站岸坡有厚达 60m 的滑动土体，底面斜坡倾角为 830，而常规试验测定的短期最小内摩擦角达 14，蠕动位移速度每年不超过 2cm，但长期的蜗动变形导致电站建筑而临危险。还有一码头，由于剪应力长期作用，每年以约 1cm 的速度缓慢移动，在 70100 年时间内最大位移高达5080cm，对码头结构产生严重的影响。 五、软土地基处理方法 基于前文所述珠江三角洲地区软土物理力学性质和工程地质性质，在软土层进行建
13、筑物的修建必须进行地基处理以满足变形和承载力要求。明确地基处理的目的，再在满足处理目的的前提下，选择最经济又实用的方法是十分重要的。 根据资料表明三角洲地区的软土埋藏深度在 0.9021.35m 之间，当软土在地面附近或埋藏浅且厚度很薄时，运用强夯法是最简单和经济的；当软土埋藏浅且厚时，运用砂质土回填法是比较好的选择；当软土埋藏深且厚时，可以采用粉喷水泥搅拌法和预压塑料板排水法，预压塑料板排水法是比较方便和经济的。 六、结论 软土的固结只能反映土的短期变形效果，试验测得的强度也只是短期强度，仅能用来测定工程施工期的稳定性。仅保证施工期的稳定性是不够的，还要保证竣工后使用期的长期稳定，所以需要运
14、用流变理论建立流变模型把土的复杂性直观的表达出来。该地区软土的蜂窝状、絮凝状等结构使得土的流变性质更加显著。 软土地基的处理方法多种多样，不同的情况选择最佳处理方法是非常重要的，这样既经济，效果又好。考虑珠江三角洲地区软土的埋藏情况及土体物理及力学性质，真空预压排水板法是最佳选择之一。 参考文献: 1张诚厚.两种结构性粘土的土工特性.水利水运科学研究1983(4):6571. 2魏汝龙.软土地基中孔隙压力的现场观测及其规律.水利水运科学研究,1980(4):6173. 3张诚厚等.塑料排水板深层处理段研究成果述评.见:高速公路软基处理.北京:中国建筑工业出版社,1997.96106. 4沈珠江,易进栋.海滩软土路基的固结变形分析.岩土工程学报,1987,9(6):3945.
