測(cè)定土的次固結(jié)系數(shù)及方法

田淑娟，王新中，張米軍

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

天津?qū)儆谘睾５貐^(qū)，淺層土體大部分屬于軟弱體，次固結(jié)已占總沉降量的相當(dāng)比重，在工程設(shè)計(jì)中不能不考慮次固結(jié)所產(chǎn)生的沉降量。但是，目前還沒(méi)有確定計(jì)算次固結(jié)沉降的統(tǒng)一方法，也沒(méi)有確定次固結(jié)系數(shù)的試驗(yàn)操作規(guī)程。因此，本文以天津地區(qū)京津唐高速公路拓寬改建工程室內(nèi)土工試驗(yàn)為例，對(duì)次固結(jié)試驗(yàn)操作程序、次固結(jié)系數(shù)計(jì)算方法、各類土次固結(jié)系數(shù)的大小及其物性、垂直壓力之間的關(guān)系進(jìn)行了探討。

1 次固結(jié)系數(shù)測(cè)定方法

1.1 試驗(yàn)操作方法

（1）次固結(jié)試驗(yàn)所采用的儀器為有側(cè)限的常規(guī)固結(jié)儀，數(shù)據(jù)采集和處理采用南京土壤儀器廠提供的 “土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)”軟件。

（2）在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，試樣全部處于飽和狀態(tài)。試驗(yàn)采用不卸荷方式，施加荷載分別為50，100，200，300，400kPa。 試驗(yàn)過(guò)程中每級(jí)荷載施壓后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按下列時(shí)間順序自動(dòng)記量（采集）沉降數(shù)據(jù)：0.10，0.25，1.00，2.25，4.00，6.25，9.00，12.25，16.00，20.25，25.00，30.25，36.00，42.25，49.00，64.00，10.00，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600，650，700，750，800，850，900，950，1000，1050，1100，1150，1200，1300min及23h、24h。24h后改為人工計(jì)量（采集）沉降數(shù)據(jù)，順序計(jì)量時(shí)間分別為1533，1560，1740，1800，1990，2160，2220，2239，2400，2599，2700，2820，2880，2940，3180，3300，3480，3660，4260min。24h后計(jì)量（采集）沉降數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔可以加長(zhǎng)，每級(jí)荷載下最終數(shù)據(jù)采集時(shí)間可依據(jù)土類不同而定，一般淤泥、淤泥質(zhì)土的最終采集時(shí)間延長(zhǎng)24～72h。

1.2 次固結(jié)系數(shù)的確定

（1）試驗(yàn)過(guò)程中沉降速率隨計(jì)量時(shí)間增大而趨于穩(wěn)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一般土類在200min以后，曲線近乎一條直線，如圖1。因此，次固結(jié)曲線的直線段斜率多選取在200～4260min之間。

（2）次固結(jié)系數(shù)為所選取直線段數(shù)據(jù)的回歸值，由于用EXCEL半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系擬合的直線方程式中，自變量值為ln（x），公式計(jì)算中為lg（x），因此，直線方程式中的斜率乘以2.3即為Ca。本工程室內(nèi)試驗(yàn)采用公式：

圖1 e～ln（t）關(guān)系曲線

式中 t為時(shí)間（min），e為孔隙比。

2 次固結(jié)系數(shù)與其他指標(biāo)的關(guān)系

2.1 基本物理力學(xué)指標(biāo)

本工程區(qū)內(nèi)所揭露的地層主要為軟弱土層，土類分別為粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土及粉土，土層的天然工程地質(zhì)條件較差，其基本物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

由表1可知：粉土為密實(shí)—中密狀態(tài)，具有低—中壓縮性，個(gè)別具有高壓縮性；粉質(zhì)粘土呈硬塑—流塑狀態(tài)，多呈可塑狀態(tài)，具有中—高壓縮性；粘土呈可塑—軟塑狀態(tài)，具有中—高壓縮性；淤泥質(zhì)土呈流塑狀態(tài)，具有高壓縮性。

2.2 次固結(jié)系數(shù)與物性指標(biāo)關(guān)系

依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果，按不同土類、不同壓力將次固結(jié)系數(shù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2，圖2。

由表2，圖2統(tǒng)計(jì)成果可知：土的次固結(jié)系數(shù)不僅與土類、密實(shí)程度有關(guān)，而且與其所受垂直壓力有關(guān)。同一類土在壓力相同的情況下，土的次固結(jié)系數(shù)隨著密度的增大而減小；在壓力相同的情況下，土的次固結(jié)系數(shù)隨著塑性指數(shù)的增加基本呈增加趨勢(shì)。淤泥質(zhì)土由于塑性指數(shù)區(qū)間較大 （Ip=13.1～20.8），次固結(jié)系數(shù)變化范圍較大。

不同壓力下土的次固結(jié)系數(shù)與塑性指數(shù)關(guān)系式由圖2

表1 土的基本物理力學(xué)指標(biāo)表

2.3 次固結(jié)系數(shù)與壓力關(guān)系

表2 土的次固結(jié)系數(shù)指標(biāo)表 單位：kPa

圖2 不同壓力下土的塑性指數(shù)與次固結(jié)系數(shù)關(guān)系圖

（1）從試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，不同土類的次固結(jié)系數(shù)隨壓力的變化而發(fā)生變化，詳見(jiàn)圖3。

（2）在50～400kPa壓力范圍內(nèi)，不同類土次固結(jié)系數(shù)達(dá)到峰值的壓力不同；由圖3可知：粉土在100kPa壓力下次固結(jié)系數(shù)達(dá)到最大值（1.61×10-3）；粘土在200kPa壓力下次固結(jié)系數(shù)達(dá)到最大值（5.13×10-3）；粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土在300kPa壓力下次固結(jié)系數(shù)達(dá)到最大值（3.45×10-3、7.72×10-3）。

（3）不同類土隨著粘性的增強(qiáng)，土的次固結(jié)系數(shù)受壓力影響增大。從表1可知粉土、粉質(zhì)粘土、粘土、淤泥質(zhì)土的塑性指數(shù)依次增大，土的次固結(jié)系數(shù)最大值與最小值之差依次為0.00049，0.00099，0.00164，0.00177。因此，這與同一類土的次固結(jié)系數(shù)與壓力無(wú)關(guān)的結(jié)論不一致。究其原因，除了土樣受擾動(dòng)程度、先期固結(jié)壓力、試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境控制等影響因素外，主要是忽視了次固結(jié)系數(shù)本身并不大的客觀事實(shí)。

圖3 次固結(jié)系數(shù)與壓力關(guān)系曲線

3 結(jié)語(yǔ)

（1）影響次固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果的因素是多方面的，如取樣擾動(dòng)、先期固結(jié)壓力、操作人員的技能差異、試驗(yàn)過(guò)程中的溫度變化、外界機(jī)械振動(dòng)等。

（2）土的次固結(jié)系數(shù)不僅與土類、密實(shí)度有關(guān)，而且與采集時(shí)間、垂直壓力有關(guān)。本文簡(jiǎn)述了測(cè)定次固結(jié)系數(shù)的操作程序，試驗(yàn)可采用不卸荷和卸荷兩種方式，本工程室內(nèi)試驗(yàn)采用不卸荷方式，每級(jí)荷載下最終數(shù)據(jù)采集時(shí)間可依據(jù)土類不同而定，一般淤泥、淤泥質(zhì)土的最終采集時(shí)間延長(zhǎng)24～72h。

［1］常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)（第三版）［K］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1982.

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