超固结粉质黏土静止土压力系数原位试验分析

超固结粉质黏土静止土压力系数原位试验分析

杨韵靖

广东省地质实验测试中心，广东省，广州市，510000

摘要：本文对粉质粘土的物理力学性质进行了分析，研究了粉质粘土的超固结比、土样含水量和击实功对静止土压力系数的影响。旨在探究超固结粉质黏土静止土压力具体数值，在原位实验的过程中提高粘土质量。

关键词：粉质粘土；超固结比；静止侧压力系数；击实功

引言：超固结粉质黏土是一种在地下工程中常见的特殊土壤类型，其具有较高的内摩擦角和抗剪强度，以及较低的固结度。通过原位试验分析超固结粉质黏土的静止土压力系数，可以进一步了解土体的力学性质，并为地下工程的设计和施工提供依据。

1. 研究背景

在地下工程设计和施工中，了解超固结粉质黏土的力学性质至关重要。其中一个重要参数是静止土压力系数（K0），它反映了土体在没有变形时的内聚力状态。土压力系数是岩土工程领域的重要基础参数，也是地基处理中计算土压力的关键参数之一。在传统的静力触探试验中，静力触探试验得到的静止土压力系数通常在0.95—1.00之间，并不能真实地反映土体的变形特性。同时，传统静力触探试验中所得到的土样静止土压力系数是在工程环境下测得的，而对于施工现场无法获得或难以获得的土体静止土压力系数，如场地工程地质条件复杂、基坑开挖过程中坑底隆起、开挖面下存在软弱土层、施工荷载较大等，此时需要采用一些特殊试验方法来获取土体静止土压力系数[1]。近年来，国内外学者对静力触探试验所测得的土体静止土压力系数进行了大量研究工作。国内学者基于静力触探试验所得的不同土样静止土压力系数，通过室内试验分析了土体的物理力学性质对静止土压力系数的影响；国外学者则基于静力触探试验所测得的土体静止土压力系数，通过室内试验分析了土体超固结比、含水率和击实功对静止土压力系数的影响。

2.超固结粉质黏土静止土压力系数原位试验分析

2.1实验概况

本文会对超固结粉质黏土的形成机制进行简要的介绍，包括其颗粒结构、土体粘聚力和孔隙水压力等因素对土体力学性质的影响。其次，将介绍原位试验中常用的测量方法和仪器设备，如应变计、压力计、孔隙水压力计等。说明如何选择适当的试验方案和布置仪器，以保证试验结果的准确性和可靠性。接下来，将介绍原位试验的实施步骤，包括场地勘察、钻孔取样、试验仪器安装和数据采集等。强调在试验过程中应注意的事项，并提供操作指南和安全注意事项。

2.2土样性质分析

对土样进行基本物理指标测试，测试项目主要包括含水量、液塑限、塑性指数、相对密度、击实特性和液性指数等。在此基础上，考虑到试验过程中土样含水率的变化，还对土样的其他物理指标进行了测试。土样基本物理指标测试结果中粉质粘土的含水率随着深度的增加而增大，在不同深度处基本稳定在8%~11%之间；液限随深度的增加而增大，在不同深度处基本稳定在22%~25%之间；塑限随浅层土层深度的增加而增大，但随深层土层深度的增加而减小；液性指数随浅层土层深度的增加而增大，但随深层土层深度的增加而减小；液性指数随浅层土层深度的增加而增大，但随深层土层厚度的增加而减小[2]。粉质粘土中击实功与含水量、液限、塑性指数呈现出较好的线性关系，击实功与含水量呈指数关系，当含水量大于8%时，击实功随含水量变化较小；当含水率小于8%时，击实功随含水率变化较大。综合考虑土体击实功和含水率这两个影响因素，可知粉质粘土的静止土压力系数主要与含水率相关。

2.3土体的静止土压力系数

根据国内外现有的土压力理论，将土体划分为非饱和土和饱和土。当土体处于非饱和状态时，其孔隙比（e）小于或等于1,在计算土压力时应将非饱和土中的孔隙比e换算为饱和土中土的孔隙比e。根据相关规范，通常将其分为：无粘性土类、有粘性土类和砂类土。当土体处于液化状态时，由于孔隙比的增大，会导致土体产生不均匀沉降，即液化，在计算其静止土压力时应考虑液化引起的附加应力。当土体处于固结状态时，其静止土压力系数等于初始孔隙比和固结压力之积，即：K0=cP0。式中：静止土压力系数K0是指不考虑液化的静止土压力系数；c为初始孔隙比；P0为固结压力。当土体处于液化状态时，其静止土压力系数应与土体的超固结比OCR值进行对比，由此可以确定土压力系数K0，如图为静止土压力系数变化情况。

图 2 静止土压力系数

2.4试验结果及分析

采用静力触探方法测定土体静止土压力系数需要根据土样的物理力学性质指标，参考相关规范，在设计上按5种不同的超固结比计算得到各粉质粘土的静止土压力系数。

σ0为土体的静止土压力；K0为静止土压力系数；γ为土体重度；z为所计算的点距填土面的深度；θ为土样表面与水平面间夹角。可以根据以上参数计算出各土样静止土压力系数与击实功、含水率和含水率与击实功比值的关系。

需指出，地基中的孔隙水压力称为中和应力，中和应力有正有负。若地基受到附加荷重，会在粘土层内引起逐渐消散的超静孔隙水压力，这时的中和应力是正的；若地面挖土卸荷，粘土层中会出现负的中和应力。当中和应力存在时，静止土压力系数应以有效应力表示。

2.5结论

（1）粉质粘土的超固结比随着击实功的增大而增大，但增幅逐渐减小，随含水率的增大而增大。（2）粉质粘土的土体粘聚力随击实功的增大而增加，内摩擦角则相反。（3）粉质粘土的静止土压力系数随击实功的增大而减小，随含水率的增加而减小，随含水率与击实功比值的变化不明显。（5）粉质粘土中超固结比和击实功是影响静止土压力系数最主要的两个因素。在本次试验分析中，击实功是影响静止土压力系数最主要的因素，当击实功大于40kN/m时，击实功越大，土样具有越高的超固结比。（6）粉质粘土中含水率大于8%时，土样具有明显的排水效应，土压力系数随含水率和击实功比值变化不明显；粉质粘土中含水量小于8%时，土压力系数随含水率和击实功比值变化不明显。

结语：结果表明：粉质粘土的超固结比随着击实功的增大而增大，但增幅逐渐减小，随含水率的增大而增大；土体粘聚力随击实功的增大而增加，内摩擦角则相反；粉质粘土的静止土压力系数随着击实功的增大而减小，随含水率的增加而减小，随含水率与击实功比值的变化不明显。

参考文献：

[1]陈树峰,孔令伟,李焕焕.超固结粉质黏土静止土压力系数原位试验研究[J].水资源与水工程学报,2022,33(06):182-188.

[2]陈树峰,孔令伟,罗滔.超固结粉质黏土水平应力释放特征与静止侧压力系数计算方法[J].岩土力学,2022,43(01):160-168.