连云港软粘土次固结变形研究.pdf

水 利 学 报 2005 年1 月 SHUILI XUEBAO 第1 期 文章编号: 0559-9350(2005)01-0116-04 连云港软黏土次固结变形研究 张军辉，缪林昌，黄晓明 (东南大学 交通学院，江苏 南京 210096) 摘要：本文分析了次固结产生的机理以及应力水平和应力历史对次固结系数的影响，得出在正常压力水平下，连云 港软黏土的次固结系数与固结压力无关，预压不但能减小次固结系数，还能延长次固结发生的时间，从而减小软 基在一定时间内的固结变形；研究了次固结系数与压缩指数和加荷比的关系，认为连云港软黏土次固结系数与压 缩指数的比值为一个常数，并且受加荷比影响不大。随后，在主固结完成后次固结才产生的假定下，提出了一种 次固结变形的简化计算公式，并在分析试验结果的基础上得出各种参数，验证了该方法的适用性。 关键词：软黏土；次固结系数；应力历史；压缩指数 中图分类号：TU442 文献标识码：A 20世纪20年代，Terzaghi提出了著名的固结理论，但是后来的室内试验和现场观测均表明，Terzaghi 理论并不完全符合实际情况。其主要原因在于Terzaghi理论所计算的沉降是由于土体在附加应力作用下， 孔隙水排出，超静孔隙水压力消散，附加应力转化为有效应力而使土体产生的压缩。实际上，对于软黏土 来说，当土中超静孔隙水压力消散接近于零时，土体的沉降还远未停止，这种变形称为次固结。次固结的 定义经历了三个阶段[1]：(1)定义次固结是孔隙水中没有显著压力时所产生的固结。这种定义引起了不少的 争论，Wilson指出，对定义次固结而言，零孔隙水压力既不是必要的，也不是充分的条件。(2)ASTM标准 中将次固结定义为由于对土体施加了持续时间很长的常荷重，大部分荷重从土中水转移到土骨架后，有效 应力基本不变时土体内部结构调整而产生的体积减小。(3)次固结定义并不限于在常有效应力下。固结过 程中，有效应力始终在变化，而总固结中仍包含一定的次固结成分。 近年来，大量扫描电子显微镜的观察结果证实次固结产生的机理为土骨架蠕动变形。次固结变形通常 用次固结系数描述，其定义为单位时间对数周期软黏土孔隙比的变化量，它是影响软基工后沉降的重要参 数。人们对于软黏土次固结变形已有许多研究[2～４]，对次固结变形特性有了一定的了解。本文以连云港软 黏土为例对次固结变形等问题进行研究。 1 次固结变形特性 本文次固结试验利用有侧限的常规固结仪，分为卸荷和不卸荷两种情况。试验结果分述如下。 1.1 应力水平对次固结系数的影响 分别施加100kPa、200kPa和400kPa3种固结压力进行不卸荷次固 结试验。不卸荷条件下，变形与时间对数的关系曲线如图1所示。图1表明，在其它条件完全相同时，不同 的固结压力对应的次固结系数是相近的。两者的差值在0.0000～0.0012之间，平均差值仅为0.0006。该结 果与文献[5]的研究结果一致。因此，可以认为，正常压力水平下，连云港软黏土的次固结系数与固结压 力无关。 收稿日期：2003-10-20 作者简介：张军辉(1978-)，男，河南驻马店人，博士生，主要研究方向为道路与岩土工程。 1 水 利 学 报 2005 年1 月 SHUILI XUEBAO 第1 期 1.2 应力历史对次固结系数的影响 虽然黏土的次固结变形是由于土骨架的黏滞蠕变作用而产生的， 但已有研究成果表明，通过超载预压可以减小次固结系数[5，6] 。图2为卸荷条件下变形与时间对数的关系曲 线。试验加荷方法为：先加荷100kPa、200kPa，稳定一个月，卸荷到100kPa，再加载到100kPa、200kPa。 分析试验结果表明，连云港软黏土次固结系数在预压后有很大的变化，在相同固结压力下预压后软黏土的 次固结系数比没有预压的软黏土次固结系数