滨海低山区天然沉积粘土结构性评价与工程应用

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1、第一章绪论1．1研究背景及意义沿海地区是我国经济相对发达地区，改革开放以来，经济建设较为活跃，许多大型工程(如机场跑道、高速公路等)相继建在这些地区的(软)粘土地基上，以往对地基土的认识和在工程设计时大多是基于重塑土(饱和扰动-七和砂土)的室内试验结果，且对于重塑土的研究已经可以在一定程度上满足工程的需要。但是在实际工程建设中所面对的都是天然沉积土地基，是地质过程中天然形成的具有结构性的材料(沈珠江，2003)u1，其力学性质与重塑士有较大差异，其原因只能从结构性不同中去寻找。因此，这必然要求土力学工作者和工程设计者对天然沉积土的工程力学性状有一个全面和深入的认识，尤其是天然沉积土性状的

2、准确模拟和工程应用性方面。土体结构性实质是一种土物理状态的显示，是土生成条件、环境等自然历史产物，它受到土颗粒的成分、大小、形状、分布、粗糙度与团聚程度的影响，受到土骨架排列的定向性、均匀性和稳定性的影响，受到土中孔隙的大小、分布、密集度、连通率与充水率的影响，受到微裂隙的分布、走向、密度与连通率的影响，也受到土中化学物质的成分及其存在状态的影响。归结起来说，土的结构性是表征天然土具有结构强度的特性，是指那些致使原状土力学特性不同于其相应重塑土的所有性质。由于结构性的存在，不应当再把土体看作是具有同定变形模量和强度指标的材料，只能说，土体的力学行为是随其结构的变化从原状土到扰动土逐渐转化

3、的过程(沈珠江，1996)嵋1。土体力学性质的差异或变化取决于内因和外因两个方面，表现为土的微观物质基础与宏观力学效应二者的辩证关系。土本身的颗粒性状、孔隙性状、含水量及矿物成分等因素的不同组合，使土具有不同的初始结构性，从而具有不同的力学性质。例如，由于土中孔隙不同使其具有不同的排水通道，因此反映土固结速率的固结系数和渗透系数受微结构的影响也较大；由于颗粒的特殊排列方式和联结特性，使有的土具有各向异性特征。外因即荷载，广义上说，也包括水、温度、风化作用等，外因可以改变土本身的结构，形成次生结构，使同一种土在不同应力路径和应力水平下具有不同的力学性质，如土的应力一应变关系、孔隙水压力一应

4、变曲线和囡结曲线等表现出与土结构性的明显相关性。工程实践与试验均表明天然沉积土均具有一定的结构性，表现出与重塑土截然不同的力学性质。目前工程建设中，已经十分重视天然沉积土的强度、压缩性、渗透性等基本特性研究，但是对天然沉积土的另一特性——结构性，在工程应用领域尚缺乏认识和深层次的实践，主要原因一方面在于，结构性总是通过自身的强弱变化隐性地影响土的诸多力学特性，如压缩性、剪切强度、渗透性等，这就增加了问题的不确定性和复杂性，使得人们在研究及工程实践中很难准确把握结构性的变化：另一方面，土体因地质成因、赋存规律、组成成分和应力历史等的差异，其结构性强弱表现出显著的时空变异性和区域性。国内外岩

5、土工程师们发现许多地区的饱和粘土的工程性质都有其不同的特性，诸如London粘土、Boston蓝粘土、挪威Dramman粘土、加拿大Leda和Champlain粘土、日本Ariake粘土、上海粘土、温州粘土和湛江粘土等。这些粘土虽有共性，但其个性对当地的工程建设影响更为重要，如石名磊等(2005a、2005b、2005e、2005d)哺刮对长江口海陆交互相天然沉积物结构性研究表明，该类土虽然具有低液限，含粉细砂粒较多的组成特征，但是同样具有较高的结构性，尤其是取样扰动严重，直接影响室内土工试验成果。因此，分别开展针对各种区域性土结构性的深入系统研究，建立相应的结构性理论，是土力学理论研究

6、的需要，也是岩土工程实践发展的方向。目前随着基础建设工程实践的增多，在实际工程中出现许多难以由现有的土力学解释的岩土工程现象。例如，高等级公路建设中，大量实测沉降资料显示，实测结果与传统土力学理论对路基荷载作用下的总沉降和固结沉降稳定分析结果存在较大偏差。其中，常澄高速公路常州段实测沉降数据分析得到的路基荷载下地基总沉降一般在25cm以内，最大值未超过50cm，明显低于设计沉降值，显然与结构土的屈服性状有关；竖向加I古1体复合地基是高速公路软土地基处理最成功，也是最常见的方法之一，但是竖向加固体复合地基沉降计算与周结沉降稳定控制，目前存在一定的盲目性。复合地基加固区下卧层的沉降计算误差可

7、能是导致这一现象根本原因之一，而土的结构性对其有直接的影响；淤泥土经砂井或塑料排水板堆载预·l-东南大学硕士学位论文压后沉降量很大，沉降稳定的时间也很长，无论是固结沉降量还是沉降过程预测，理论计算值与实际沉降值都有较大的差异，往往造成预压期延长，后续工程被迫延期等严重后果，如深圳湾某软基处理工程沉降理论计算值为2．3m，设计预压时间为210天，而实际沉降值为3．2m，预压时间延长至380天，因此迫切需要提高固结沉降计算的精度，而要准