ps指標(biāo)對(duì)四川紅層物理力學(xué)性質(zhì)的影響分析

張?jiān)诒?/p>

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063）

四川地區(qū)的紅層軟土，由于其具有含水量高、粘土礦物含量多等物理力學(xué)性質(zhì)，因此表現(xiàn)出具有高壓縮性，沉降量大，排水固結(jié)穩(wěn)定性差，而且易風(fēng)化、易崩解、遇水易軟化等特點(diǎn)［1］，在這類地基上修建高等級(jí)公路，若不經(jīng)過處理或處理不當(dāng)，就會(huì)引起道路質(zhì)量的降低甚至破壞［2］。本文應(yīng)用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件，通過現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探ps值分析其對(duì)四川紅層各物理力學(xué)指標(biāo)的影響，對(duì)四川紅層地區(qū)工程施工具有重大指導(dǎo)意義。

1 四川紅層軟巖力學(xué)性質(zhì)的影響因素

1.1 礦物成分對(duì)四川紅層軟基力學(xué)性質(zhì)的影響

紅層中的粘土礦物是指如蒙脫石、石膏和高嶺石等在浸水后發(fā)生膨脹和軟化，使這類巖石強(qiáng)度降低很大。同時(shí)發(fā)生膨脹和軟化后的軟基中的碳酸鹽類由于遇水后易溶解，從而使其孔隙增大，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度降低。

1.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)四川紅層軟基力學(xué)性質(zhì)的影響

紅層結(jié)構(gòu)對(duì)軟基力學(xué)性質(zhì)的影響主要是結(jié)構(gòu)差異的影響。一般等粒結(jié)構(gòu)比非等粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。在等粒結(jié)構(gòu)中，細(xì)粒結(jié)構(gòu)比粗粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)，同時(shí)，晶粒之間結(jié)合緊密，強(qiáng)度較高。而可溶性結(jié)晶聯(lián)接的，強(qiáng)度盡管也較高，但抗水性差，加上軟基中有一部分是重結(jié)晶聯(lián)結(jié)，其強(qiáng)度比其他堅(jiān)硬巖石差得多。

1.3 水對(duì)四川紅層軟基力學(xué)性質(zhì)的影響

水是泥質(zhì)軟基力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的最主要因素之一，水巖相互作用使水穩(wěn)定性不同的泥巖強(qiáng)度和變形特征不同，水穩(wěn)定性差的巖石，變形大，而且很快達(dá)到極限荷載；水穩(wěn)定性好的巖石，變形較小，強(qiáng)度降低，低于水穩(wěn)定性差的巖石。

存在于軟基中的孔隙水，當(dāng)其受到載荷而來不及排出時(shí)，將產(chǎn)生孔隙水壓力，這種壓力減小了孔隙周圍巖石顆粒之間的壓應(yīng)力，從而降低了巖石的抗剪強(qiáng)度，甚至可使裂隙端部處于受拉狀態(tài)，使裂隙擴(kuò)展，破壞巖石的結(jié)構(gòu)。

2 SPSS統(tǒng)計(jì)及結(jié)果分析

在相同地層條件下，不同Ps值反映的各物理力學(xué)因素也不同，四川紅層中各物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值見表1。本文以中生界侏羅系及白堊系為例，利用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件［3－4］，分析不同ps值影響四川紅層軟土的各物理力學(xué)因素的變化規(guī)律，不同地層的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分別見圖1～4。

表1 四川紅層中物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值

圖1 中生界白堊系下統(tǒng)灌口組

圖2 中生界侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組

圖3 中生界侏羅系上統(tǒng)遂寧組

由圖1～4可見，在四川紅層的物理力學(xué)指標(biāo)變化規(guī)律為：隨著ps值的增大，天然含水量、液限、塑限逐漸減小，直剪凝聚力、直剪內(nèi)摩擦角逐漸增加，天然密度、相對(duì)密度、固剪凝聚力、固剪內(nèi)摩擦角變化不大。

圖4 中生界白堊系下統(tǒng)劍門關(guān)組

3 四川紅層軟基處理方案研究

針對(duì)不良土的特性對(duì)路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，防止不良土路基出現(xiàn)問題的方法有：

（1）包邊處理。對(duì)于土體水穩(wěn)定性差的情況，一般將水穩(wěn)定性差的土體如膨脹土和粉土填筑在路基中部，在其上部和下部以及側(cè)面采用粘土包裹，隔絕大氣降水、地下水對(duì)不良土體的影響，使其得以穩(wěn)定的工作（見圖5）。

圖5 紅層軟土包邊處理

（2）加筋包裹。難以壓實(shí)的土體一般容易在外界擾動(dòng)下松散，因此常采用土工織物、土工網(wǎng)（格柵）等材料將路基頂面、邊坡包裹，使其維持整體性，云南安楚高速公路就是采用加筋土對(duì)紅層填料路基進(jìn)行加固［5］。

4 結(jié)語

（1）對(duì)紅層的工程特性進(jìn)行了分析，討論了礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及水等對(duì)四川紅層軟基力學(xué)性質(zhì)的影響，認(rèn)識(shí)了四川紅層軟土力學(xué)性質(zhì)的差異性和可變性，對(duì)于將四川紅層力學(xué)理論用于解決工程實(shí)際問題起到了很大幫助。

（2）選取有代表性的四川紅層軟土樣進(jìn)行試驗(yàn)研究，并應(yīng)用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行歸類分析，求出了不同地層、不同ps值反映的各個(gè)物理力學(xué)因素的發(fā)展趨勢(shì)，將研究成果用于今后的施工中，將節(jié)省大量的建設(shè)資金，縮短工期，提高建設(shè)質(zhì)量，取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（3）根據(jù)四川紅層的工程性質(zhì)，借鑒既有工程對(duì)紅層軟基的加固方法，詳細(xì)分析了四川紅層地基的處理方案。

［1］程 強(qiáng)，寇小兵，黃紹檳，等.中國(guó)紅層的分布及地質(zhì)環(huán)境特征［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2004，12（1）：34－40.

［2］ROBINSON R.G.T.S.Tan experimental study of the behavior of a fill of soft clay international Journal of geomechanics［J］.ASCE／June 2005／125.

［3］阮 炯.差分方程和常微分方程［M］.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2002.

［4］曹理路，曹德欣.計(jì)算方法［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

［5］孫喬寶，劉涌江，李華昆，等.安楚高速公路紅層軟巖公路路堤病害處治方法公路［J］.交通科技，2005，22（6）：50－53.