荷载对软土次固结影响的试验研究.docVIP

PAGE PAGE 1 荷载对软土次固结影响的试验研究 　　摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视荷载对软土次固结影响，荷载对软土次固结影响的试验研究对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍荷载对软土次固结影响的试验研究的有关内容。 　　关键词荷载；软土；试验；算例；沉降；固结；计算；影响； 　　中图分类号：C33文献标识码：A文章编号： 　　引言 　　软土的次固结是指孔隙水压力完全消散后，仍然不断发展的变形，它是由于土粒表面结合水膜的蠕变、土粒结构的重新排列等因素所引起。近年来，随着工程建设的迅猛发展，对地基变形的控制要求越来越高。次固结变形研究也越来越受到重视，从而对其变形特性认识相对较多，相关试验研究和计算分析方法研究较多。 　　一、次固结的概述 　　沿海软土存在着显著的次固结(也叫次压缩)特性,就是说,在孔压消散,主固结完成后,仍然会有随时间发展的长期压缩,其量值不可忽略。人们早已注意到它,并已提出了许多计算方法其中Crawford的不同历时压缩试验图,Bjerrum等时e-lgp曲线,殷建华等的一维流变模型等都是值得肯定的。然而,还有不少问题没有得到很好回答。软基加固中,有一种方法叫超载预压法,就是将预压荷载加到设计荷载以上,待发生相当大的沉降后再卸荷到设计荷载。这种超载预压法,目前在高速公路建筑中,被广泛采用。超载当然有利于减少工后主固结沉降,但能否也减少工后次固结沉降呢?还有,反复荷载作用后,次固结沉降是否也减少呢?这些还可归结到一个似乎很简单的问题,次固结与荷载有关吗? 　　二、试验内容及方法 　　软土的室内次固结试验方法有分级加载和分别加载两种。本文试验土样为取自某高速公路路基的原状软土，进行了不同加荷历时的分级加载和分别加载两种试验方法的室内单向固结试验。试验仪器用有侧限的常规固结仪，固结压力在400kPa及其以下的用轻便式的固结仪，固结压力大于400kPa的用高压固结仪。为了减小温度对试验结果的影响，试验全部在常年恒温的地下室进行，并对每种土样同时进行平行试验，分级加载试验的荷载比为1，固结压力从25kPa到3200kPa，试验方法按照公路土工试验规程（JTJ051－93）进行。试验土样的物理性质指标的平均值如表1所示。 　　三、试验成果及分析 　　通过软土单向室内固结试验，得到了一系列的试验结果，其中该高速公路路基软土桩号为BK0+250的原状土分别加载得到的时间对数与孔隙比关系曲线如图1所示。 　　图1中各曲线后半部分为直线，其斜率为次固结系数。图中可见，当荷载较小或较大时，该斜率均较小。而荷载在100kPa时，斜率最大。将不同压力下的次固结系数点绘于图2（a），由图可见，次固结系数随着荷载的增加起初是上升的，以后下降。笔者还做了汕汾高速公路多个软土的流变试验，其次固结系数与荷载的关系曲线如图2（b）所示。也都存在相同的现象。可见这是一种普遍的现象。 　　这种次压缩量随荷载变化，且次压缩量峰值在前期固结压力处的现象并不是仅仅存在于该地区软土。国外试验资料也是如此，图3为1964年Crawford的试验曲线，其中，曲线a为主固结完成时的压缩曲线即正常压缩曲线，曲线c为次压缩历时7d的压缩曲线。同一荷载下，a和c两线纵坐标之差就是相同历时下的次压缩变形，它反映了次压缩系数的大小。图3中可见，荷载从0.1MPa到0.3MPa，两线纵坐标之差是增大的，超过0.3MPa后逐渐减小。可见该试验结果也存在次压缩系数由小到大再减小的现象。峰值在0.3MPa，这也恰恰是由正常压缩曲线a推得的前期固结压力。 　　本文所做软土的试验结果也是这样，次固结系数的峰值所对应的压力都在前期固结压力附近。如BK0+250试样，其取土深度为4.2～4.5m，在原地基中的现有固结压力约为60kPa，根据试验资料，整理高速公路软土不同历时的压缩曲线如图4所示，从图4中可见，荷载在50kPa到100kPa时，相同历时所对应的孔隙比变化即次压缩量为最大，随着荷载的增大，相同历时的次压缩量减小。而由主固结完成时（约100min）的压缩曲线可得其前期固结压力为60kPa，可见在前期固结压力处次压缩量达最大。其他几种土也都如此。该试验结果与Crawford的试验结果的规律一致。 　　为什么存在这样的峰值？当荷载小于前期固结压力时为超固结状态，次压缩量小是不言而喻的，在文献[4]中作了详细分析。随着荷载增加，愈来愈接近正常固结土，因此次压缩系数增加。当荷载超过前期固结压力时为正常固结土，随着荷载的增大，正常固结土逐渐密实，能够压缩的孔隙体积是逐渐减小的，不仅主固结压缩量会减小，次固结压缩量也会减小，相应地次压缩系数也减小。根据Bjerrum理论，不同历时下的e–lgp线是平行线，如图5所示。这就意味着在很高压力下，尽管土体已经很密实了，