松花江河漫灘相軟土的巖土工程性質(zhì)試驗(yàn)研究

蘇 濤，董平洋，胡照廣

(1.福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州 350001；2.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院，天津 325000；3.東北林業(yè)大學(xué) 寒區(qū)科學(xué)與工程研究院，哈爾濱 150040)

軟土一般具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性強(qiáng)、抗剪強(qiáng)度和承載力低等不良工程地質(zhì)特性，主要包括淤泥和淤泥質(zhì)土，以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土等，通常位于濱海、湖泊、谷地、河灘地區(qū)，由海相、湖相、溝谷相沉積和河灘沉積形成[1-4]。因地質(zhì)成因、賦存規(guī)律、組成成分和應(yīng)力歷史等的差異，工程性狀往往表現(xiàn)出顯著的時空變異性和區(qū)域性[5-10]。

松花江流域地層分布主要有白堊系和第四系，基底為古老的松遼地塊，缺失第三系地層。淺層廣泛分布漫灘相第四系全新系統(tǒng)天然沉積土，如哈爾濱市沿江區(qū)域的河漫灘區(qū)軟土，由松花江曲流作用垂向沉積形成，屬河漫灘相軟土，其厚度分布不均勻，主要成分為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土和粉砂土，工程地質(zhì)條件較差。本文結(jié)合哈爾濱市松北區(qū)文化中心環(huán)路道路建設(shè)項(xiàng)目，通過地質(zhì)勘查和物理力學(xué)試驗(yàn)，研究該類型軟土的巖土工程性質(zhì)。

1 現(xiàn)場工程地質(zhì)概況

研究區(qū)位于哈爾濱市松北區(qū)文化中心環(huán)路K1+020～K1+220路段，屬于松花江河漫灘區(qū)，原始地貌為濕地，如圖1所示，后采取大面積吹填砂建設(shè)的“大島嶼”。為了進(jìn)一步了解該研究路段的地質(zhì)情況，對研究區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)鉆探勘查及野外地質(zhì)調(diào)查。根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，勘察深度內(nèi)地層由人工堆積的雜填土及第四紀(jì)沖、堆積的粉質(zhì)粘土、粉砂和粗砂組成，自上而下共分4層，地質(zhì)剖面示意圖如圖2所示。

圖1 研究區(qū)現(xiàn)場照片

圖2 研究區(qū)代表性地質(zhì)剖面圖

(1)淤泥質(zhì)土，夾雜一些粘性土、砂類土及少量的腐植土組成，含水率較大，結(jié)構(gòu)松散，欠固結(jié)。部分鉆孔的上部為凍結(jié)的江面。層厚為0.60～3.20 m，平均厚度為1.46 m；該層在場區(qū)內(nèi)分布不連續(xù)，在大部分鉆孔中可見。

(2)粉砂：黃—灰色，飽和，松散—稍密，長英質(zhì)，含細(xì)砂，局部夾粘性土薄層。層厚為4.00～6.90 m，平均厚度為5.65 m；該層在場區(qū)內(nèi)分布連續(xù)。

(3)粉質(zhì)粘土：灰黃色，軟—流塑，局部含少量有機(jī)質(zhì)，無搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度、韌性中等。層厚為0.40～1.80 m，平均厚度為0.98 m；該層在場區(qū)內(nèi)分布不連續(xù)。

(4)粗砂：灰色，較濕，稍密，長英質(zhì)。

2 研究區(qū)地基土物理力學(xué)試驗(yàn)

本文以試驗(yàn)路段的地基土為研究對象，為達(dá)到最佳的試驗(yàn)效果，試驗(yàn)中采用的土樣均為勘察鉆探所取的原狀土樣。首先對各個深度的土樣進(jìn)行了最基本的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，其中包括天然含水率、天然密度、重度、液塑限以及顆粒級配分析等；然后在對各個深度土樣分別進(jìn)行室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)，以了解試驗(yàn)路段地基土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。表1為研究區(qū)土層物理性質(zhì)指標(biāo)。

試樣中的粗砂，由于部分顆粒粒徑大于0.075 mm，采用篩分法來進(jìn)行其顆粒分析。如圖3所示為試驗(yàn)土樣顆粒分析曲線，由試驗(yàn)結(jié)果可知：淤泥質(zhì)土土顆粒中，粒徑在0.075 mm以下的比例為76.6%；粉砂土顆粒中，粒徑在0.075 mm以下的比例為75.0%；粉質(zhì)粘土顆粒中，粒徑在0.075 mm以下的比例為76.6%；粗砂土顆粒中，粒徑在0.075 mm以下的比例為12.7%。

圖3 土樣顆粒分析曲線

研究中，為了掌握地基土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，對試驗(yàn)土樣做了室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)，以了解地基土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、Ф值，圖4為制備的室內(nèi)剪切試驗(yàn)土樣，圖5所示為剪切破壞后的土樣。

圖4 制備的直接剪切試驗(yàn)土樣(粉質(zhì)粘土)

圖5 直剪試驗(yàn)破壞后的土樣(粉質(zhì)粘土)

通過室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)得出各土層剪應(yīng)力隨正向應(yīng)力、剪切位移變化規(guī)律，圖6、圖7和圖8分別表示淤泥質(zhì)土、粉砂土和粉質(zhì)粘土的剪應(yīng)力和剪切位移曲線，由圖可知：研究區(qū)各土層剪切位移均隨剪應(yīng)力增大而增大，淤泥質(zhì)土在剪應(yīng)力增大的情況下剪切位移變化幅度最大；粉砂土次之，剪應(yīng)力達(dá)到峰值以后曲線趨于平緩；而粉質(zhì)粘土在剪應(yīng)力增大的情況下剪切位移變化幅度最小，曲線達(dá)到峰值以后，剪應(yīng)力變小，剪切位移仍不斷增大。

圖6 淤泥質(zhì)土剪應(yīng)力與剪切位移的變化曲線

圖7 粉砂土剪應(yīng)力與剪切位移的變化曲線

圖8 粉質(zhì)粘土剪應(yīng)力與剪切位移的變化曲線

表2 抗剪強(qiáng)度參數(shù)匯總

表2為試驗(yàn)所得的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，由試驗(yàn)結(jié)果可知，研究區(qū)淤泥質(zhì)土、粉砂和粉質(zhì)粘土為細(xì)粒土，含水率較大，直接剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明試驗(yàn)土樣抗剪強(qiáng)度較低，粉質(zhì)粘土稍稍較好，淤泥質(zhì)土最差。

3 結(jié)束語

(1)試驗(yàn)所得的多項(xiàng)軟土物理力學(xué)指標(biāo)展示了松花江河漫灘相軟土的巖土工程性質(zhì)，揭示了一些物理指標(biāo)之間、物理指標(biāo)與力學(xué)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系。

(2)松花江河漫灘相軟土主要成分為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土和粉砂土，均為細(xì)粒土，含水率較大，滲透系數(shù)較??；直接剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明試驗(yàn)土樣抗剪強(qiáng)度較低，其中粉質(zhì)粘土較好，粉砂土次之，淤泥質(zhì)土最差。相關(guān)參數(shù)可為松花江流域河漫灘相軟土地基工程加固的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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