海口市东海岸软土抗剪强度随固结度变化规律研究

戚玉红，田 伟，杨鸿钧，李建军

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.中石油工程技术研究院，天津 300451）



海口市东海岸软土抗剪强度随固结度变化规律研究

戚玉红1，田 伟2，杨鸿钧1，李建军1

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.中石油工程技术研究院，天津 300451）

通过对海口市东海岸某建设工程的软土进行三轴固结不排水剪试验，本文探讨了在不同固结度下软土抗剪强度的变化规律。结果表明：随着固结度的增大，软土的内聚力呈现出先减小后增大再减小的趋势，对抗剪强度增长作用不大；随着固结度的增大，软土的内摩擦角呈现出持续增大的趋势，当固结度＞75 %时增加幅度明显降低；随着固结度的增大，软土的抗剪强度呈现出持续增长的趋势，当固结度＞75 %时增幅明显降低。

软土；抗剪强度；固结度；三轴固结不排水试验

引 言

随着国内水运工程的发展，修建在软土地基上的防波堤、围堰和堆场等工程越来越多。软土在上部荷载的作用下进行排水固结，其抗剪强度随着软土的固结而增长，这种增长对低承载力的软土来说是十分重要的。掌握软土抗剪强度随固结度的增长规律对准确计算软土地基的稳定性，合理制定软基处理方案，降低工程的造价具有重要作用。

1 工程地质条件

本文所依托的海口市东海岸某人工岛工程距海口市中心约12 km，东西长约8 km，南北宽0.5～1.6 km，本工程填海面积约716 hm2，护岸长度约23.97 km。

研究区内第四系地层分布广泛，主要为海相及滨海相沉积的软土层、粘性土层与砂性土层。土层分布比较有规律，自上而下可划分为四个大层和多个主要亚层。第一大层包括：①1中砂、①2-1粉细砂、①2-2粉细砂、①3中砂；第二大层包括：②1淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、淤泥、淤泥混砂、②2细砂；第三大层包括：③1粉质粘土、③3中粗砂、③4砾砂、③5圆砾、③6粘土；第四大层包括：④1粘土、④2中粗砂、细砂夹层、④3粉质粘土、④4粘土及粘性土混砂夹层等。

本次研究对象是淤泥质土。其中②1淤泥质粉质粘土呈灰褐色、灰色，流塑～软塑状，中塑性，土质不均匀，夹粉细砂薄层及砂团，混砂粒，局部含碎贝壳及有机质。该层层厚0.6～6.0 m不等，层底高程在-20.51～-13.26 m之间；淤泥质粘土呈灰褐色，流塑～软塑状，高塑性，土质不均匀，含碎贝壳，混砂粒，夹粉细砂薄层及粉细砂团。该层层厚0.8～4.3 m不等，层底高程在-19.10～-14.16 m之间。

2 试验方案设计

2.1 土样的采取

土样采用薄壁取土器静压取得，减少对土层天然结构的破坏，保证原状土样的取土质量。

2.2 三轴固结不排水剪试验

试验采用全自动三轴仪（见图 1）进行。每个土样的固结不排水剪试验采用三个试样，试样高度为80 mm，直径39.1 mm（试样见图2），先分别在100 kPa、200 kPa及300 kPa的压力下进行固结，在试样固结完成后，对土样在相应的围压下施加剪应力进行固结不排水剪切试验，剪切速率对于0 %固结度的土样采用0.8 %/min，其余固结度的土样采用0.1 %/min，试样的破坏标准采用15 %的应变或者出现应力峰值为准。0 %、25 %、50 %、75 %及100 %固结度的试验分别进行。固结度由仪器自动控制，其原理为：监测固结过程中试样的孔隙水压力，试样的固结度U=（u0-ut）/u0。

图1　全自动三轴压缩仪

图2　固结不排水剪切试验试样

3 试验结果分析

3.1 不同固结度下土样抗剪强度指标的变化规律

本次研究共取得 31个土样进行试验。根据各土样的物理指标和固结不排水剪试验数据分析，得出内聚力、内摩擦角与固结度的关系曲线，见图3、图4。

图3　平均内聚力与固结度的关系曲线

图4　平均内摩擦角与固结度的关系曲线

由图3可以看出，内聚力随着固结度的增大总体上呈现出先减小后增大随之又减小的变化规律。固结度在从0 %到25 %时内聚力呈现出下降的趋势，其原因可能是由于在固结的初期，土颗粒在固结压力的作用下重新排列，出现相对位移，土的原始微观结构扰动，致使内聚力比不固结的情况下减小，这与文献［1］中得出的结论是相一致的；在25 %～75 %固结度的状态下内聚力呈现出线性增长的规律，且内聚力的最大值出现在固结度U=75 %的情况下。虽然内聚力随固结度的变化呈现出先减小后增大的规律，但是内聚力的最大值比未固结时的情况仅仅增大了1.05 %，因此可见土的固结对内聚力的提高作用不大。

如图4所示，内摩擦角随固结度的增大而不断增大，内摩擦角的最大值出现在固结度=100 %的情况下。这是因为在土样固结过程中，水分被不断排出，土颗粒不断被压密，致使土颗粒之间的摩阻力变大，因而内摩擦角随固结度的增大不断增大。在固结度＜25 %的情况下，内摩擦角的增幅最大；当25 %＜固结度＜75 %时，内摩擦角随固结的的增大呈现出线性增大的变化规律，且增幅比固结度＜25 %的情况要小；当固结度＞75 %时，虽然内摩擦角也是随固结度的增大而增大，但是增幅进一步变小。

3.2 不同固结度下土的抗剪强度变化规律

土的抗剪强度可由下式计算：

不同固结度下土的抗剪强度见表1。抗剪强度随固结度变化曲线见图5。

表1　不同固结度下土的抗剪强度

由图5所示，在相同固结度增量下，土样剪切时的围压越大，其抗剪强度增幅越大。在固结度从0 %增加到25 %时，虽然内聚力减小了27 %，但是内摩擦角增大了560 %，因此，土体的抗剪强度仍然是增加的。当固结度＞75 %时，抗剪强度的增长明显放缓，且剪切时围压越小，其增长幅度越小。

图5　抗剪强度与固结度关系曲线

4 结 论

1）随着固结度的增大，软土的内聚力呈现出先减小后增大再减小的趋势，对抗剪强度增长作用不大；

2）随着固结度的增大，软土的内摩擦角呈现出持续增大的趋势，当固结度＞75 %时增大的幅度明显降低；

3）随着固结度的增大，软土的抗剪强度呈现出持续增长的趋势，当固结度＞75 %时增长的幅度明显降低。

Soft Soil Shear Strength at East Coast of Haikou City Changes with Degree of Consolidation

Qi Yuhong1， Tian Wei2， Yang Hongjun1， Li Jianjun1
（1.CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China； 2.CNPC Research Institute of Engineering Technology， Tianjin 300451， China）

Based on the consolidated-undrained triaxial shear test of the soft soil sampled from one construction site at the east coast of Haikou city， the change rule of soft soil shear strength is discussed under the condition of different consolidation degrees. The results show that the cohesive force of soft soil firstly decreases， then increases， and decreases finally with the increasing of consolidation degree. But the cohesive force makes a little contribution to the shear strength. The internal friction angle φ increases continuously with the increasing of consolidation degree. But the increment of φ values becomes insignificantly when the consolidation degree exceeds 75%. The shear strength of soft soil increases insistently with the increasing of consolidation degree， but the increment decreases significantly when the degree of consolidation exceeds 75 %.

soft soil； shear strength； degree of consolidation； triaxial undrained test under consolidated condition

TU411.7

A

1004-9592（2016）03-0098-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160325

2015-10-14

戚玉红（1963-），男，高级工程师，主要从事港口工程勘察工作。

［1]张银屏， 宫全美， 董月英. 软土抗剪强度随固结度变化的试验研究［J］. 岩土工程界， 2（8）: 37-40.