朱 墩

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司勘察設(shè)計(jì)院，上海市 200092)

0 引言

軟土包括淤泥及淤泥質(zhì)土,是指在相對(duì)緩慢的流水環(huán)境中沉積形成的黏性土,其含水量高，且大于液限,空隙比大于1.0,壓縮系數(shù)大于0.5,強(qiáng)度低。軟土作為特殊性土,有其固有的特征,主要表現(xiàn)為:（1）含水量高,均處于飽和狀態(tài),一般在40%～70%;（2）處于流塑～流動(dòng)狀態(tài);（3）空隙比大,一般大于1.0,甚者至2.0;（4）壓縮性大;（5）滲透性差,固結(jié)時(shí)間長(zhǎng);（6）強(qiáng)度低;（7）靈敏度高,易擾動(dòng)且結(jié)構(gòu)破壞后強(qiáng)度極低;（8）有機(jī)質(zhì)含量一般較高。

對(duì)巖土設(shè)計(jì)人員而言，理解勘察試驗(yàn)方法和相應(yīng)的強(qiáng)度參數(shù)適用場(chǎng)合與條件，對(duì)不同指標(biāo)計(jì)算所得出的安全度評(píng)價(jià)，對(duì)巖土工程概念設(shè)計(jì)意義重大[1-3]。不同試驗(yàn)方法得出不同強(qiáng)度指標(biāo)的原因不同，室內(nèi)試驗(yàn)與原位試驗(yàn)的關(guān)系、試驗(yàn)條件與實(shí)際工程情況的關(guān)系、不同排水和固結(jié)條件與現(xiàn)場(chǎng)條件結(jié)合都很重要，認(rèn)清這些關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)人員尤為重要。

1 不同強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)條件

以軟土地區(qū)基坑工程為例，在其穩(wěn)定性驗(yàn)算中，主要涉及到強(qiáng)度指標(biāo)的選取。測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn)方法主要有直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.1 直接剪切試驗(yàn)

為測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的最簡(jiǎn)單方法，通過(guò)固定剪切面和采用不同加荷速率的試驗(yàn)方法來(lái)近似模擬土體在受剪時(shí)的不同排水條件，分別得出直剪快剪、直剪固結(jié)快剪和直剪慢剪。

快剪：對(duì)試樣施加豎向壓力后，立即以0.8 mm/min的剪切速率快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。一般從加載到土樣剪壞只需3～5min，相當(dāng)于“不排水剪切”過(guò)程，指標(biāo)用cq、φq表示。

固結(jié)快剪：固結(jié)快剪是在對(duì)試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，再0.8 mm/min的剪切速率快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。試驗(yàn)相當(dāng)于“固結(jié)不排水剪”過(guò)程?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)用ccq、φq表示。

慢剪：慢剪試樣是在對(duì)試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結(jié)，待沉降穩(wěn)定后，以小于0.02 mm/min的剪切速率施加水平剪應(yīng)力直至試樣剪切破壞，使試樣在受剪過(guò)程中一直充分排水和產(chǎn)生體積變形，模擬了“固結(jié)排水剪切”過(guò)程，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用cs、φs表示。

圖1為固結(jié)快剪抗剪強(qiáng)度與垂直壓力關(guān)系曲線。

圖1 固結(jié)快剪抗剪強(qiáng)度與垂直壓力關(guān)系曲線

1.2 三軸壓縮試驗(yàn)

相應(yīng)的，對(duì)三軸強(qiáng)度試驗(yàn)，通過(guò)控制土樣在周圍壓力作用下固結(jié)條件和剪切時(shí)的排水條件，也可以得出三軸條件下的不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪和固結(jié)排水剪三種試驗(yàn)。三軸試驗(yàn)的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠控制排水條件以及可以量測(cè)土樣中孔隙水壓力的變化。此外，三軸試驗(yàn)中試樣的應(yīng)力狀態(tài)也比較明確，剪切破壞時(shí)的破裂面在試樣的最弱處，而不像直剪試驗(yàn)?zāi)菢酉薅ㄔ谏舷潞兄g。一般來(lái)說(shuō)，三軸試驗(yàn)的結(jié)果還是較直剪試驗(yàn)更為可靠。

（1）不固結(jié)不排水剪（UU試驗(yàn)），試樣在施加周圍壓力和隨后施加偏應(yīng)力直至剪壞的整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中都不允許排水，即從開始加壓直至試樣剪壞，土中的含水量始終保持不變，孔隙水壓力也不會(huì)消散。UU試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用cu、φu表示，這種試驗(yàn)方法所對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程條件相當(dāng)于飽和軟黏土中快速加荷時(shí)的應(yīng)力狀況（見圖2）。

（2）固結(jié)不排水剪（CU試驗(yàn)），在施加周圍壓力σ3時(shí)，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，然后再施加偏應(yīng)力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞，CU試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用 ccu、φcu表示（見圖 3）。

（3）固結(jié)排水剪（CD試驗(yàn)），在施加周圍壓力及隨后施加偏應(yīng)力直至剪壞的整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中都將排水閥門打開，并給予充分的時(shí)間讓試樣中的孔隙水壓力能夠完全消散。CD試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用 cd、φd表示。

1.3 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

圖2 不固結(jié)不排水剪（UU試驗(yàn)）關(guān)系曲線及強(qiáng)度包線

圖3 固結(jié)不排水剪（CU試驗(yàn)）應(yīng)力差強(qiáng)度包線

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是三軸壓縮試驗(yàn)中周圍壓力σ3=0的一種特殊情況，所以又稱單軸試驗(yàn)。飽和黏性土的三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)結(jié)果表明，其破壞包線為一水平線，即φu=0。因此，對(duì)于飽和黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度，就可利用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu來(lái)得到。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)適用于測(cè)定飽和軟黏土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈多。黏性土受擾動(dòng)而強(qiáng)度降低的性質(zhì)，一般說(shuō)來(lái)對(duì)工程建設(shè)是不利的，如在基坑開挖過(guò)程中，因施工可能造成土的擾動(dòng)而會(huì)使地基強(qiáng)度降低。圖4為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)關(guān)系曲線及靈敏度。

圖 4無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)關(guān)系曲線及靈敏度（st）

2 不同強(qiáng)度指標(biāo)解釋

不固結(jié)不排水剪指標(biāo)，這種試驗(yàn)方法所對(duì)應(yīng)的實(shí)際工程條件相當(dāng)于飽和軟黏土中快速加荷時(shí)的應(yīng)力狀況，可以模擬迅速加卸載情況，如基坑迅速開挖，軟土地基迅速加載，軟土邊坡迅速開挖，在這種工程條件下，加卸載行為引起的孔壓變化不會(huì)馬上消散。

固結(jié)不排水剪其適用的實(shí)際工程條件為一般正常固結(jié)土層在工程竣工或在使用階段受到大量、快速的活荷載或新增荷載的作用下所對(duì)應(yīng)的受力情況，在實(shí)際工程中經(jīng)常采用這種試驗(yàn)方法。如在正常固結(jié)地基中計(jì)算樁的承載力、基坑土壓力和基坑整體穩(wěn)定以及搞隆起穩(wěn)定性等。固結(jié)排水剪適用于砂土地基條件或施工速率非常緩慢時(shí)的各種巖土工程穩(wěn)定性計(jì)算，如驗(yàn)算路堤長(zhǎng)期穩(wěn)定性[4，5]。

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)除給定強(qiáng)度指標(biāo)外，還可以評(píng)價(jià)土的靈敏度，靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈多。黏性土受擾動(dòng)而強(qiáng)度降低的性質(zhì)，一般說(shuō)來(lái)對(duì)工程建設(shè)是不利的，如在基坑開挖過(guò)程中，因施工可能造成土的擾動(dòng)而會(huì)使地基強(qiáng)度降低。

3 結(jié)語(yǔ)

總體而言，根據(jù)不同試驗(yàn)類型，軟土可以有多種強(qiáng)度試驗(yàn)指標(biāo)。對(duì)軟土工程勘察而言，具體進(jìn)行何種試驗(yàn)和在巖土工程分析評(píng)價(jià)中建議使用哪種指標(biāo)，需要結(jié)合具體工程條件給出相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)，避免在勘察報(bào)告中提供不適用具體工程的強(qiáng)度指標(biāo)，以避免給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)不必要的負(fù)面影響，從而保證勘察成果質(zhì)量。

[1]包偉力,周小文.地基強(qiáng)度隨固結(jié)度增長(zhǎng)規(guī)律的試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2001(4):29-31.

[2]孔德金,苗中海.軟粘土抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律[J].巖土工程學(xué)報(bào),1999(6):757-759.

[3]沈珠江.軟土工程特性和軟土地基設(shè)計(jì)[J].巖土工程學(xué)報(bào),1998(1):100-110.

[4]房后國(guó),肖樹芳,汪士鋒.天津地區(qū)海積軟土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其對(duì)力學(xué)特性的影響[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào),2002(1):73-76.

[5]王志亮.軟基路堤沉降預(yù)測(cè)和計(jì)算[D].南京：河海大學(xué),2004.