淮河干流香浮段疏浚泥固结度室内试验研究

牟聪，丁建文，王恒，万星，洪振舜

(东南大学 交通学院，南京 210096)

笔者利用能测量试样底部超静孔压的改进型固结仪，对淮河干流香浮段吹填堆场的细颗粒区疏浚泥进行一维固结试验，测试试样底部超静孔压和土体变形随固结时间的变化，研究孔压固结度与变形固结度的差异程度，为淮河干流疏浚泥吹填堆场的排水固结处理技术提供参考。

1 试样与试验方案

试验土样取自安徽省蚌埠市五河县的淮河干流蚌埠—浮山段行洪区调整工程香庙—浮山段疏浚施工现场，在距堆场退水口不同距离的两个地点进行取样，分别称为吹填土A和B，土样的基本物理性质如表1所示，其中，液限用碟式液限仪测得，塑限用搓条法测得，颗粒级配用密度计法测得。图1为试验土样塑性图，吹填土A和B都位于A线之上，均为黏土。

表1 试验土的基本物理性质Table 1 Basic physical properties of clay

图1 塑性图

河道疏浚泥自重沉积完成后的含水率通常高于液限，处于流动状态。为了模拟疏浚泥固结初始状态，两种吹填土试样的初始含水率配制为1.4倍液限左右，分别为58.5%和79.8%。由于试样处于流动状态，需要控制固结试验中的第1级荷载，否则将产生挤土，导致试验失真[12]。采用Hong等[13]研发的低应力起始固结仪，第1级压力从0.5 kPa开始，其后各级压力依次是1、2、4、8、12.5、25、50、100、200、400、800、1 600 kPa。试验中所用环刀直径为61.8 mm，高度为40 mm，采用顶部单面排水，试样底部通过三通阀与水头管和孔压传感器相连，测量试验过程中土样的底部超静孔压。

2 固结度与主固结完成时间变化规律

图2为典型的底部超静孔压随固结时间的变化曲线。由图2可见，在荷载施加的起始阶段，底部超静孔压随固结时间增加而增大，达到峰值后逐渐消散，峰值小于外加荷载。已有研究将这种现象归结于孔压测量系统刚度不足导致的“延迟效应”[14-16]。当超静孔压达到峰值后，这种“延迟效应”的影响可以忽略不计[14-15]。此外，随着竖向荷载的逐渐增大，超静孔压随固结时间变化曲线的形状变得越来越“陡峭”，说明随着竖向应力的增大，尽管土样的孔隙比和渗透系数逐渐减小，但超静孔压的消散速度逐渐增大。

图2 典型的底部超静孔压随固结时间变化曲线Fig.2 Typical variations curves of ub against

基于Casagrande法得到的试样平均固结度Usc和基于超静孔压得到的试样底部固结度Uub定义为

Usc=dt/Δstpc×100%

(1)

Uub=(Δσv-ubt)Δσv×100%

(2)

式中：dt和ubt分别为对应时间t的沉降和底部超静孔压；Δstpc为用Casagrande法得到的主固结沉降量；Δσv为荷载增量。

图3 Usc-Uub试验曲线Fig.3 Experimental curves of Usc against

图4 主固结完成时间tpc和tpu随荷载的变化规律Fig.4 Experimental variations curves of tpc and tpu against vertical effective

为了研究两种方法得出的淮干香浮段疏浚泥固结度的差异程度，分别对Casagrande法判断主固结完成时的残余孔压固结度Dutpc和用两种方法确定的主固结沉降差异程度Mscu进行分析。

Casagrande法判断主固结完成时，残余孔压固结度Dutpc为

Dutpc=ubtpc/Δσv×100%

(3)

式中：ubtpc为用Casagrande法判断主固结完成时对应的底部残余超静孔压。

图5为吹填土样Dutpc随荷载的变化规律。由图5可见，随着荷载的变化，两种吹填土的Dutpc并未呈现出明显的递增或递减趋势，基本在10%～20%范围内变化。

图5 Casagrande法判断主固结完成时的残余孔压固结度Fig.5 Degrees of remaining pore pressure at the end of primary consolidation determined by the

两种方法确定的主固结沉降差异程度Mscu定义为

Mscu=(Δstpu-Δstpc)/Δstpc×100%

(4)

式中：Δstpc、Δstpu分别为基于Casagrande法和超静孔压消散法得到的主固结沉降量。

图6为吹填土样Mscu随荷载的变化规律。随着荷载的增大，Mscu呈增大趋势，说明采用Casagrande法得到的主固结沉降量与基于超静孔压消散法得到的主固结沉降量的差异程度随荷载的增加而增大。

图6 主固结沉降差异程度Fig.6 Discrepancy of primary consolidation settlements determined by the Casagrande method and excess

3 工程应用探讨

图6的试验结果显示，两种疏浚泥的主固结沉降差异程度Mscu与外加荷载的关系线基本一致，Mscu随竖向荷载σv的变化可以用经验关系式(5)表示。

Mscu=4.2lnσv-12.5

(5)

式中：Mscu的单位为%；σv单位为kPa。

若采用打设竖向排水板施加真空荷载处理加固退水口疏浚泥，真空预压荷载大小通常为90 kPa左右，假定静止土压力系数为0.5，且不考虑固结过程剪应力的影响，竖向荷载等效为135 kPa，由式(5)可知，采用Casagrande法和超静孔压消散法确定的主固结沉降差异程度约为8.1%，随着荷载的增大(如真空联合堆载)，差异程度必将进一步扩大。

4 结论

2)按Casagrande法判断主固结完成时，淮干香浮段疏浚泥的残余孔压固结度分布在10%～20%范围内。

3)明确了两种方法确定的淮干香浮段疏浚泥主固结沉降差异程度随荷载增加的半对数线性变化规律，分析了采用真空预压方法处理淮干香浮段疏浚泥时两种方法确定的主固结沉降差异程度约为8.1%。