浅析软土原位测试与室内实验测试指标的差异

崔海华

【摘要】我国软土分布广泛，软土强度的测试手段也较丰富，主要包括原位测试和室内土工试验，两种手段得到的参数相互有一定的关联，可以相互印证对比。本文以笔者经历的某勘察项目为依托，通过对原位测试和室内土工试验得到的场地内深厚软土（淤泥）强度参数的对比分析，简要阐述了各参数的选用原则及其应用。

【关键词】软土 十字板、静力触探、直剪快剪、固结快剪、三轴试验

1、引言

软土是第四纪后期地表流水所形成的沉积物质，多数分布于海滨、湖滨、河流沿岸等地势比较低洼地带，地表终年潮湿或积水。软土的主要特性是高含水量、低强度、高压缩性、流变性及含有一定的有机物质。

根据笔者经历的某勘察项目，场地内含有深厚的软土，为了能够准确的提供各软土层的物理、力学参数，本项目应用了多种手段，包括原位测试（十字板、静力触探测试）和室内土工試验（直剪快剪、固结快剪、三轴实验、无侧限），得到了该软土层大量的原始数据。通过对这些数据的分析和对比，初步分析了各参数间的内在关系及参数的应用。

2、本项目各软土地层基本分布情况

本勘察项目钻探揭露的软土层共分为6层，分述如下：

②-1层 淤泥：灰黄、灰色，饱和，流塑状，静力触探锥尖阻力平均值为0.47MPa。

②-2层 淤泥：灰色，流塑状，静力触探锥尖阻力平均值为0.51MPa。

③-夹层 淤泥混贝壳：灰黑色，流塑状，含大量、密集的白色和浅黄色贝壳碎屑。

③层 淤泥：灰、灰黑色，流塑状，静力触探锥尖阻力平均值为0.66MPa。

⑤-1层 淤泥：灰、灰黑色，流塑，静力触探锥尖阻力平均值为0.79MPa。

⑤-2层 淤泥质粘土：灰、灰黑色，流塑，静力触探锥尖阻力平均值为1.30MPa。

3、本项目地基土物理力学参数标准值统计表

4、软土强度参数的关系和对比分析

参考相关规范及经验，结合分析本项目得到的各种强度参数，各强度参数（取标准值）之间存在如下的关系：

4.1 直剪试验参数间关系

各土层快剪试验的内摩擦角均小于固结快剪试验得到的粘聚力，即快剪（C）<固快（C），与本试验数据相符。

4.2 三轴、无侧限试验参数间关系

（1） 粘聚力

根据各土层三轴试验得到的粘聚力数据，UU试验的粘聚力明显大于CU、CD，CU和CD之间的粘聚力存在微小差别，一般CU略大于CD。粘聚力的整体趋势为： UU> CU >CD，与本试验数据相符合。

经验及规范表明：CU和无侧限抗压强度（qu）之间存在2倍的关系，即CU =qu/2，但本试验数据仅②-2层基本满足2倍关系，其它土层没有得到很好的印证。

（2） 内摩擦角

三轴试验中，UU的内摩擦角很小，近似为零，但CU、CD的摩擦角明显增大，一般CD试验得到的内摩擦角约为CU试验的两倍，即UU≌0 < CU = CD/2，与本试验数据很符合。

4.3 三轴、快剪参数间关系

（1） 粘聚力

经验关系表明：固结快剪的粘聚力一般约等于三轴CU的粘聚力，均大于三轴UU的粘聚力，即：固快 ≌ CU > UU，本试验数据虽然三轴UU最小，但固结快剪的粘聚力和三轴之间没有近似相等的规律。

（2） 内摩擦角

经验关系表明：三轴UU的内摩擦角小于固快的摩擦角，而固快的内摩擦角小于三轴CU的摩擦角，即UU < 固快 < CU，与本试验数据相符合。

4.4 UU、十字板参数间关系

根据规范及经验表明，三轴UU的粘聚力约为原位十字板剪切试验抗剪强度的0.7倍，即UU=0.7*τ，与本试验数据相符。

根据以上分析，利用各种手段得到的强度参数之间具有一定的关系，本试验数据也得到了较好的验证，但由于样本组数的限制，有些经验关系未满足要求，如无侧限和UU、固结快剪和UU的粘聚力之间的关系。

5、软土强度参数的选取

以上的软土强度参数，如果不清楚工况随便选用参数会产生严重的后果。因此在参数选用之前，有必要对这种参数的选取进行简单的分析，再综合考虑利用。根据现场施工的工况来说，一般分为3种：不固结不排水、固结不排水、固结排水条件。相应的参数选取原则为：

（1） 当建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排水条件不良时，可选择UU试验、直剪快剪试验结果、现场原位十字板剪切试验标准值的0.7倍。

（2） 当地基为黏性土层，但厚度不大且其上下土层透水性好或采用了排水措施时，可采用CU试验或固结快剪试验结果。

（3） 当地基荷载增长速率较慢，地基土的透水性较大、排水条件良好时，可采用有效应力法的CD试验结果。

6、本项目软土强度参数的选取分析及建议

本项目包括填筑工程和堤防工程，根据设计资料，填筑工程的局部临时围堰需要进行地基处理，拟采用的处理方案为真空联合堆载预压。堤防工程主要为场区内的天沐河沿岸堤岸的地基处理。根据现状场地内水系发达，因此工程施工时的工况分为两种，①真空联合堆载预压前的不固结不排水工况；②真空联合堆载预压后的固结不排水工况。

（1） 真空联合堆载预压前的不固结不排水工况

此类工况下可选择的参数为直剪快剪、UU、十字板剪切试验、无侧限抗压试验的成果。根据本项目得到的四类数据分析，一般十字板剪切试验较为准确，取其标准值的0.7倍作为建议值，同时可以考虑室内直剪快剪和三轴UU试验成果，根据试验数据表明，对于饱和软粘土来说，直剪快剪的内摩擦角一般约小于3°，而UU的内摩擦约为0.6左右，无侧限抗压强度参数只作为参考。本项目建议淤泥层在不固结不排水工况下的C=0.6～3°；Ф=5.5～8.0。

（2） 真空联合堆载预压后的固结不排水工况

此类工况下可选择的参数为CU试验或固结快剪试验结果。根据经验及数据表明在土样固结后，CU试验得到的摩擦角明显增加。项目建议的淤泥层在固结不排水工况下的固结快剪C=8.0；Ф=9.0、CU参数为C=6.0；Ф=11.0。

因此抗剪强度参数的选取，应与计算目的、工况和安全系数配套，当计算土压力，或与土压力有关抗倾覆计算应选择固结快剪、或三轴CU标准值；当计算抗隆起、抗滑移和整体稳定性，软黏土起控制作用时，应选择直剪快剪、UU指标或十字板剪切强度。要综合考虑后推荐设计采用。

7、结论

（1） 软土强度的测试手段主要包括原位测试和室内土工试验，两种手段得到的参数相互有一定的关联，可以相互印证对比。

（2） 快剪试验的内摩擦角小于固快；UU试验的粘聚力明显大于CU、CD，CU和CD之间的粘聚力存在微小差别，一般CU略大于CD，整体趋势为： UU> CU >CD；UU的内摩擦角很小，几乎可以近似为零，但CU、CD的摩擦角明显增大，一般CD试验得到的内摩擦角约为CU试验的两倍，即UU≌0 < CU = CD/2；三轴UU的内摩擦角小于固快的摩擦角，而固快的内摩擦角小于三轴CU的摩擦角，即UU < 固快 < CU；三轴UU的粘聚力约为原位十字板剪切试验抗剪强度的0.7倍，即UU=0.7*τ。

（3） 根据现场施工的工况来说，一般分为3种：不固结不排水、固结不排水、固结排水条件。相应的参数选取需考虑具体工况。

（4） 根据本项目的工况，真空联合堆载预压前的不固结不排水工况宜选用直剪快剪、UU、十字板剪切试验、无侧限抗压试验的成果；真空联合堆载预压后的固结不排水工况宜选用CU试验或固结快剪试验结果。

参考文献：

[1] 王福.不同抗剪强度试验方法的结果相关性分析 ，科学之友，2010（15）

[2]《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）

[3]《软土地区岩土工程勘察规程》（JGJ83-2011）