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摘要：对软土进行高压固结试验，揭示软土结构对土体力学特性和土体变形的影响，试验结果表明在固结压力相同的情况下，重塑土的竖立变形量大于原状土的竖向变形量，原状土的先期固结压力大于重塑土的先期固结压力，原状土的压缩模量大于重塑土的压缩模量，原状土的压缩系数小于重塑土的压缩系数，压缩模量、压缩系数和固结压力满足乘幂关系。测得了该软土的灵敏度，软土的结构分类等级灵敏。
关键词：软土结构性；土体结构；力学特性
1前言
土体的结构性指的是土的物质组成在空间中的排列和土颗粒间的联接特征；土的物理力学性质是微细结构状态的总体反映，是多种结构因素共同作用的综合表现。天然沉积的软土具有结构性和结构强度，高孔隙度组构受到不大于结构屈服应力的作用时能够保持原状结构不变；受到大于结构屈服应力的作用时，高孔隙度的组构遭受到破坏，孔隙的分布发生了明显的变化，土体的宏观力学性质也随之变化。所以，土体的结构性对土的工程特性有明显影响。
土体的力学特征指的是土体受到外力影响下呈现出来的物理力学特征，它是由许多力学指标来进行衡量，一般经常用到的力学特征指标有：先期固结压力、竖立变形量、压缩模量、压缩系数、灵敏度等。下面分别进行说明。
（1）先期固结压力指的是土体承受到的最大的固结压力，又称为前期固结压力，一般通过卡萨格兰德作图法可以获得。
（2）压缩模量指的是在完全侧限情况下，如果土体的应力变化较小，则应力增量和应变增量正相关，两者的比值就是压缩模量，又称为侧限压缩模量，压缩模量可以判断土体的压缩性，也是计算地基压缩变形量的指标。
（3）压缩系数反映土体压缩性的大小，如果土体压力增大之后，孔隙比会减小，压力变化区间不大时，用割线的斜率来表示土体受到压力时的压缩性，这个斜率便是压缩系数。一般压缩系数越大，土体的压缩性越强。
（4）灵敏度指的原状土和重塑土的无侧限抗压强度的比值，一般用来衡量粘性土的结构对于土壤强度的影响。一般软土都具有一定的结构，当结构遭受破坏时，土颗粒之间的物质以及各种物质之间的平衡性遭受到了破坏，于是强度减弱，但压缩性增高了。灵敏度分为低灵敏度（在1-2之间）和中灵敏度（在2-4之间），一般土体的灵敏度越高，结构越坚固，受到外力作用下土的强度受到的影响越不明显。
（5）无侧限抗压强度：土样在无侧向压力的作用下，对于轴向压力的承受极限强度。
选取珠三角软土地区有代表性土样进行高压固结试验，研究了软土结构性对土体力学特性和土体变形的影响。
2试验
2.1软土的基本性质
试验采用的是近海的软粘土层，呈深灰色，含有丰富的有机物质，测得了土样的基本性质，包括天然含水率、液限、塑限、液性指数、塑性指数、颗粒密度、孔隙比、饱和度等指标，其中强度指标是通过三轴固结不排水剪切试验得到的。
2.2试验方式
试验采用的是杠杆式高压固结仪，试样面积30cm2，高度2cm，在双面排水条件下逐级加荷。在进行高压固结试验时加入卸载再加载，每级荷载加持一天之后，得到高压固结试验的荷重。
3试验结果与分析
通过进行试验画出原状软土和重塑软土在常规高压固结试验中的压缩曲线、原状软土和重塑软土的压缩—回弹曲线。
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观察曲线可以看出，在高压压缩阶段原状土的孔隙比大于重塑土，孔隙比和固结压力有相关性，呈现出二阶多项式的关系。
原状软土和重塑软土的压缩曲线的压缩初始阶段，曲线较平缓，变形呈现弹性变形，土体结构基本完好，土体的结构强度可以发挥作用，土的孔隙变化不明显，固结压力小于先期固结压力。固结压力增大之后压缩曲线有了明显的拐点，土体的先期固结压力不能承受荷重之后，土体结构遭受了破坏，曲线陡降，土体的压缩性增强，颗粒之间开始滑移，并伴有土体的结构塌落。荷重越大变形量越大，颗粒间的滑移造成了变形，原状土和重塑土的变化曲线变成了一条直线。土样在卸载并加荷时，原状土有了明显的滞回圈，重塑土样已经不再受到土体的结构性影响。
3.2软土结构性对土体变形的影响
试验时让原状土和重塑土具有相同的孔隙比，承受相同的固结压力，对两种样土进行高压固结试验，得到了土体的竖向变形量随着固结压力的变化曲线。从曲线中可以看出：不论是原状土和重塑土，它们的竖向变形量会随着固结压力的增加而增大，呈现双曲线的关系，在相同的固结压力下，重塑土的竖向变形量大于原状土的竖向变形量。对每级加载时间都持续24小时，如果假设土体在变形量为1.5mm时结构遭受破坏，重塑土的固结压力大约为100kPa，原状土的固结压力约为400kPa，结构破坏时原状土的固结压力大于重塑土的固结压力，软土的结构性影响了地基的强度和沉降量。
3.3软土结构对力学性能的影响
用计算公式计算土体在某一固结压力范围内的压缩系数、压缩模量，用卡萨格兰德法求取先期固结压力和回弹系数，求得软土的固结压力与压缩模量曲线、软土的固结压力与压缩系数曲线以及软土的力学指标，具体的力学指标有：压缩系数、压缩模量、先期固结压力、回弹系数和无侧限抗压强度（原状土和重塑土都测得了以上指标）。
根据曲线和试验结果可以看出，原状土和重塑土的压缩模量和固结压力呈现正相关关系。原状土和重塑土的先期固结压力都大于各自的固结压力时，土体的压缩模量的增长幅度不大，原状土和重塑土的压缩模量相差也不大。固结压力逐渐增大之后，当原状土和重塑土的固结压力大于各自的先期固结压力时，土体结构遭受破坏，土体结构当中除了发生颗粒之间的滑移之外，还发生了土体结构的塌落，重塑土的压缩模量对固结压力的影响反应不灵敏。根据此试验结果拟合压缩模量和固结压力、压缩系数和固结压力的关系，得出拟合结果，结果显示压缩模量、压缩系数和固结压力满足乘幂关系，具有明显的相关性。分析软土的力学指标可以看出，原状土的回弹系数小于重塑土地的回弹系数。测定原状土和重塑土的无侧限抗压强度之后，得到了原状土的无侧限抗压强度和重塑土的无侧限抗压强度的比值（又称为灵敏度），土的结构性分类等级为灵敏。
4结论
通过对临海的软粘土层进行高压固结试验，研究原状土和重塑土的结构性对土体力学特性、压缩曲线和土地体变形的影响，得到了试验结果，现总结如下：
4.1软土的高压固结曲线分为几个曲线阶段，分别是平缓段、陡降段和直线段，原状软土具有非常明显的回弹滞回圈，重塑土的孔隙比小于原状土的孔隙比，它的回弹滞回圈不太明显。根据原状软土和重塑软土的压缩—回弹曲线可以看出，孔隙比和固结压力具有很好的相关性，拟合关系具有二阶多项式。
4.2如果软土承受的固结压力相同，重塑土的竖向变形量大于原状土的竖向变形量，土体的结构遭受破坏时原状土的固结压力大于重塑土的固结压力。软土结构对地基的沉降变形量和强度有明显的影响作用，所以在进行地基部分的施工设计时，要根据工程的具体地质地点进行。
4.3通过试验得到了原状土和重塑土的先期固结压力，原状土的压缩模量大于重塑土的压缩模量，压缩模量、压缩系数和固结压力具有乘幂关系。原状土的回弹系数小于重塑土的回弹系数，软土的灵敏度等级为灵敏。
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论文作者:李伟州
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/9
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