楊愛武, 封安坤, 姜 帥, 仲 濤, 李瀟雯

(1.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620；2.天津城建大學(xué)土木工程學(xué)院，天津 300384；3.天津市軟土特性與工程環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384)

天津?yàn)I海新區(qū)擁有圍海造陸土地資源開發(fā)的良好自然條件，目前已完成大部分吹填造陸工程。吹填軟土作為一種特殊性土，自重沉積時(shí)間短，在自重作用下獲得的固結(jié)度小于天然軟土，這表明吹填軟土具有更大的欠固結(jié)特性與可壓縮特性[1]。杜東菊等[2]、孫明乾[3]從宏觀角度出發(fā)對(duì)不同地區(qū)吹填軟土的工程特性進(jìn)行了研究分析，總結(jié)出吹填軟土的自然條件及其本質(zhì)上的物理加固條件優(yōu)于天然軟土，更有利于地基土的加固處理。由于土的微觀結(jié)構(gòu)特征是決定其宏觀力學(xué)性質(zhì)的本質(zhì)因素[4]，從微觀角度，王清等[5]、張玲玲[6]運(yùn)用WD-5圖像處理系統(tǒng)對(duì)土體的微觀結(jié)構(gòu)作定量分析, 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過排水處理后土中結(jié)構(gòu)單元體從較為松散的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)聚狀態(tài)，孔隙數(shù)量逐漸減少，土體固結(jié)程度變高，并通過SEM圖像處理技術(shù)提出了黏性土微觀結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)單元體形態(tài)特征以及定向性等結(jié)構(gòu)要素的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。另有許多學(xué)者對(duì)吹填軟土在沉積固化過程中形成的結(jié)構(gòu)性及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究[7-9]。劉瑩等[10]對(duì)沉積后連云港地區(qū)吹填土微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量測(cè)試，分析表明土水比對(duì)吹填土沉積后的微觀結(jié)構(gòu)特征起決定作用，且試樣土水比越大，沉積后結(jié)構(gòu)越緊密。楊愛武等[11]、彭劼等[12]通過對(duì)軟土結(jié)構(gòu)性形成原因的分析，提出了時(shí)間和加荷方式是影響其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)形成的重要因素。在工程實(shí)際中，高黏粒含量吹填土無一不采用固結(jié)處理，但往往固結(jié)效果不一，其在安全運(yùn)營(yíng)階段由于上部荷載的持續(xù)作用，微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性會(huì)發(fā)生一定變化[13]，目前還鮮有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行系統(tǒng)研究?；诖耍疚囊蕴旖?yàn)I海新區(qū)一定含水率的重塑吹填軟土為研究對(duì)象，對(duì)其在不同固結(jié)條件和荷載效應(yīng)下的力學(xué)性質(zhì)以及微結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行研究，利用灰色系統(tǒng)優(yōu)選出幾種對(duì)力學(xué)特性影響較大的微結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過理論分析，建立起宏觀力學(xué)性質(zhì)與微結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的聯(lián)系，以期為相關(guān)工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

天津?yàn)I海新區(qū)吹填土在現(xiàn)場(chǎng)吹填完成后含水率一般高達(dá)120%以上[1]，本試驗(yàn)考慮到該土具有塑性指數(shù)較高的特點(diǎn)，難以在高含水率下制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，經(jīng)多次試配確定保證試樣在初始條件下不自行塌落的最高含水率為48.5%，該含水率高于進(jìn)行一般固結(jié)處理后地基含水率。由于吹填土在地基處理過程中可近似認(rèn)為由擾動(dòng)狀態(tài)逐漸變?yōu)樵瓲顮顟B(tài)，采用重塑土在一定條件下進(jìn)行三軸試驗(yàn)，可以認(rèn)為符合吹填軟土地基處理過程中土的狀態(tài)變化，故采用含水率48.5%的重塑吹填土作為試樣。重塑土體基本物理力學(xué)性質(zhì)如表4所示。為模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，將試驗(yàn)人為分為固結(jié)和不排水蠕變兩個(gè)作用過程。先進(jìn)行的固結(jié)試驗(yàn)分為無偏壓固結(jié)和有偏壓固結(jié)兩種，以模擬前期地基處理(一般為真空固結(jié)法和堆載法)。研究表明，吹填現(xiàn)場(chǎng)地基固結(jié)處理的有效深度一般在6 m以內(nèi)[1]，故選用50 kPa作為試驗(yàn)圍壓。目前吹填場(chǎng)地地基處理時(shí)間一般控制在90 d以內(nèi)，有時(shí)由于工程進(jìn)度要求，處理時(shí)間略有差異，也就是說經(jīng)過初始地基處理后土體固結(jié)度大小不一。由于受土體尺寸限制，一般室內(nèi)固結(jié)時(shí)間遠(yuǎn)小于現(xiàn)場(chǎng)地基處理所需時(shí)間，經(jīng)多次試驗(yàn)表明在50 kPa圍壓下固結(jié)12 h后，固結(jié)度較高，接近固結(jié)完成，故人工控制室內(nèi)固結(jié)時(shí)間分別為0.5，1，2 d以模擬不同的初始固結(jié)條件。對(duì)于蠕變?cè)囼?yàn)階段，由于吹填軟土在運(yùn)營(yíng)階段是長(zhǎng)期荷載的作用過程，且吹填軟土塑性指數(shù)較高，現(xiàn)場(chǎng)難以有較好的排水條件，故采用不排水蠕變?cè)囼?yàn)?zāi)M吹填軟土安全運(yùn)營(yíng)階段。為使土體在荷載作用下產(chǎn)生穩(wěn)定型流動(dòng)蠕變而非破壞型蠕變，采用的蠕變應(yīng)力和固結(jié)偏壓根據(jù)試驗(yàn)土體的三軸壓縮屈服應(yīng)力確定，取10 kPa作為蠕變應(yīng)力。吹填土在安全運(yùn)營(yíng)階段蠕變變形一般會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，室內(nèi)很難按實(shí)際時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，目前尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在試驗(yàn)過程中一般按最后24 h變形量小于0.01 mm為準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，對(duì)于一般軟土在96 h就能滿足上述要求，即近似認(rèn)為蠕變已穩(wěn)定，本試驗(yàn)總時(shí)間選取15 d即可充分體現(xiàn)吹填土穩(wěn)定的蠕變過程。固結(jié)與蠕變階段具體試驗(yàn)方案如表1所示。試驗(yàn)儀器采用TSS100土體三軸流變儀，試樣尺寸為70 mm2×140 mm。選取蠕變過程中具有代表性的3，6，9，12，15 d的試樣(取樣示意圖如圖1所示)，利用應(yīng)變控制式電動(dòng)直接剪切儀(主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示)測(cè)定其直剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，同時(shí)制取進(jìn)行微結(jié)構(gòu)測(cè)試樣品(制備過程如表3所示)，利用德國(guó)LEO場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和LeicaQwin500圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行電鏡掃描測(cè)試以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，最后利用灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度建立起宏觀力學(xué)指標(biāo)與微結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性。

表1 試驗(yàn)方案

圖1 取樣示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling

試樣規(guī)格杠桿比最大垂直荷重/kN最大推動(dòng)力/kN手輪每轉(zhuǎn)一周推桿行程/mm單相交流電源30 cm2×2 cm1∶121.21.50.2220 V

表3 微觀結(jié)構(gòu)試樣的制備過程

表4 吹填軟土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

注：表中C，φ為直剪快剪指標(biāo)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)特性

在吹填軟土不排水蠕變過程中取樣，進(jìn)行力學(xué)特性分析。本文主要對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化進(jìn)行研究，得出黏聚力和內(nèi)摩擦角隨蠕變時(shí)間的變化曲線(圖2、圖3)。

由圖2、圖3可以看出隨固結(jié)與蠕變時(shí)間的增加，試樣黏聚力和內(nèi)摩擦角逐漸變大，經(jīng)歷一段時(shí)間蠕變變形后，增長(zhǎng)速率逐漸減小，黏聚力和內(nèi)摩擦角隨蠕變時(shí)間的增加逐漸趨于穩(wěn)定。經(jīng)多次計(jì)算發(fā)現(xiàn)黏聚力和內(nèi)摩擦角與蠕變時(shí)間的關(guān)系用多項(xiàng)式表示時(shí)擬合度較好。在相同固結(jié)方式下，經(jīng)歷相同蠕變時(shí)間后，初始固結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)的試樣，黏聚力和內(nèi)摩擦角增長(zhǎng)速率越快，且進(jìn)入穩(wěn)定階段時(shí)間越長(zhǎng)；當(dāng)有偏壓固結(jié)時(shí)試樣黏聚力和內(nèi)摩擦角增長(zhǎng)速率較快，經(jīng)歷相同蠕變時(shí)間后，其數(shù)值也越大，說明合理的初始固結(jié)壓力作用下，固結(jié)越充分，土體強(qiáng)度增長(zhǎng)越快。另外，未進(jìn)行蠕變時(shí)，初始固結(jié)時(shí)間的增加對(duì)試樣黏聚力和內(nèi)摩擦角影響極為有限，其中固結(jié)0.5～1 d時(shí)間段內(nèi)試樣初始黏聚力和內(nèi)摩擦角增幅較大，而固結(jié)1～2 d時(shí)間段內(nèi)增幅并不明顯，究其原因是固結(jié)過程中隨著孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力增加，土顆粒相互接觸擠壓，粒間結(jié)構(gòu)由松散走向集聚，土體強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)加強(qiáng)，而2 d時(shí)固結(jié)近完成，土體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。蠕變開始后其強(qiáng)度增幅明顯加大，主要因?yàn)槿渥冞^程是土體結(jié)構(gòu)趨于緊密的過程，包括土顆粒間的擠壓和滑移，粒間孔隙被分割與填充，在這個(gè)過程中土體強(qiáng)度也進(jìn)一步提高，一段時(shí)間后土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，強(qiáng)度增幅隨之逐漸減小并趨于穩(wěn)定。這充分表明經(jīng)過初始固結(jié)后再蠕變對(duì)吹填土強(qiáng)度的增長(zhǎng)起到積極作用。

2.2 典型微觀結(jié)構(gòu)分析

按試驗(yàn)方案對(duì)相應(yīng)的試樣進(jìn)行制樣、電鏡掃描測(cè)試，研究其微觀結(jié)構(gòu)的變化。限于篇幅，本文選取固結(jié)試驗(yàn)完成，即固結(jié)2 d不同蠕變時(shí)間SEM典型照片(圖4～5)。

圖2 黏聚力與蠕變時(shí)間關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between the cohesive force and creep time

圖3 內(nèi)摩擦角與蠕變時(shí)間關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between the internal friction angle and creep time

圖4 無偏壓固結(jié)時(shí)不同蠕變時(shí)間SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM photos of different creep time without bias consolidation

圖5 有偏壓固結(jié)時(shí)不同蠕變時(shí)間SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM photos of different creep time with bias consolidation

由圖4、圖5中可以看出，隨著蠕變時(shí)間的增加，孔隙逐漸變小，土顆粒逐漸聚合變大，由片堆狀結(jié)構(gòu)慢慢變?yōu)槠芙Y(jié)構(gòu)，粒間接觸由線面接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槊婷娼佑|；有偏壓固結(jié)時(shí)，孔隙相對(duì)較小，顆粒聚合較快，排列比較緊密，整體結(jié)構(gòu)和粒間接觸變化更為明顯。

采用LeicaQwin5000偏光圖像處理系統(tǒng)對(duì)掃描多組的SEM照片進(jìn)行處理和定量分析，微結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計(jì)值如表5。由表5分析可得顆粒和孔隙數(shù)量、周長(zhǎng)整體上呈減少趨勢(shì)；顆粒的等效直徑、形態(tài)比和圓度隨著蠕變時(shí)間的增加呈增大的趨勢(shì)，而孔隙的等效直徑、形態(tài)比和圓度則隨著蠕變時(shí)間的增加呈減小的趨勢(shì)。無初始偏壓時(shí)，隨初始固結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)，表現(xiàn)為表5中的數(shù)據(jù)呈增大趨勢(shì)的數(shù)值增長(zhǎng)得更大，減小的數(shù)值變得更小，原因是經(jīng)過初始固結(jié)與蠕變作用后，小顆粒向大顆粒聚集并相互聚合，大孔隙被分割，小孔隙被填充，最終顆粒由于聚合導(dǎo)致顆粒數(shù)量減少，等效直徑增大，孔隙則呈相反的趨勢(shì)，初始固結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，作用效果越顯著。有初始偏壓固結(jié)時(shí)，由于孔隙水排出較快，有效應(yīng)力增加快，孔隙被分割程度增加，顆粒聚合速度增加，因此，與無初始偏壓相比，表現(xiàn)為表5中數(shù)值呈增大趨勢(shì)的數(shù)值增長(zhǎng)得更大，減小的數(shù)值變得更小。

表5 微結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3 力學(xué)指標(biāo)與微結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)分析法實(shí)質(zhì)上是關(guān)聯(lián)系數(shù)的分析。先是求各個(gè)方案與由最佳指標(biāo)組成的理想方案的關(guān)聯(lián)系數(shù)，由關(guān)聯(lián)系數(shù)得到關(guān)聯(lián)度，再按關(guān)聯(lián)度的大小進(jìn)行排序、分析，得出結(jié)論[15]。由于影響力學(xué)特性的微觀參數(shù)有很多種，無法逐一進(jìn)行計(jì)算，本文利用灰色關(guān)聯(lián)分析優(yōu)選出幾種與剪切強(qiáng)度指標(biāo)(黏聚力C與內(nèi)摩擦角φ)絕對(duì)關(guān)聯(lián)度較大的微結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)而分析力學(xué)特性與主要微結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的演化關(guān)系。表5給出了抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C，φ與微結(jié)構(gòu)參數(shù)的量化關(guān)系，其中C，φ值隨顆粒等效直徑、形態(tài)比和圓度的增大而增大，但隨顆粒和孔隙的數(shù)量與周長(zhǎng)、孔隙的等效直徑、形態(tài)比和圓度的增大而減小。由于顆粒與孔隙為互補(bǔ)關(guān)系，故只計(jì)算顆粒的關(guān)聯(lián)度。按所列公式(1)～(8)計(jì)算表5數(shù)據(jù)可得顆粒微結(jié)構(gòu)參數(shù)與黏聚力的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度：ε顆粒數(shù)量=0.52，ε顆粒等效直徑=0.92，ε顆粒形態(tài)比=0.67，ε顆粒周長(zhǎng)=0.52，ε顆粒圓度=0.77。同理，按照上述方法計(jì)算可得顆粒微結(jié)構(gòu)參數(shù)與內(nèi)摩擦角的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度：ε顆粒數(shù)量=0.52，ε顆粒等效直徑=0.88，ε顆粒形態(tài)比=0.65，ε顆粒周長(zhǎng)=0.52，ε顆粒圓度=0.74。分析所得絕對(duì)關(guān)聯(lián)度可發(fā)現(xiàn)等效直徑、圓度是影響?zhàn)ぞ哿蛢?nèi)摩擦角大小的主要因素，因此本文主要研究黏聚力和內(nèi)摩擦角與顆粒(孔隙)等效直徑、圓度這4個(gè)微結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。

Xi=(xi(1),xi(2),…,xi(n))

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：Xi——系統(tǒng)因素；

xi(k)——在序號(hào)k上的觀測(cè)數(shù)據(jù)(k=1,2,…,n)；

εij——絕對(duì)關(guān)聯(lián)度。

3.1 剪切強(qiáng)度指標(biāo)與顆粒(孔隙)等效直徑關(guān)系

顆粒(孔隙)等效直徑與剪切強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)系如圖6、圖7所示。由圖6、圖7可以看出，相同固結(jié)方式下固結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，試樣初始黏聚力、內(nèi)摩擦角以及初始孔隙等效直徑會(huì)越大，顆粒等效直徑越小。其中固結(jié)0.5 d與固結(jié)1 d時(shí)相比試樣初始黏聚力、內(nèi)摩擦角以及顆粒(孔隙)等效直徑變化較大，究其原因是固結(jié)過程中隨著孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力增加，土顆粒相互接觸擠壓，粒間結(jié)構(gòu)由松散走向集聚，土體強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)增加；固結(jié)1 d與固結(jié)2 d時(shí)相比試樣初始黏聚力、內(nèi)摩擦角以及顆粒(孔隙)等效直徑未發(fā)生明顯變化，因?yàn)?～2 d時(shí)固結(jié)近完成，土體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，強(qiáng)度增幅并不明顯。蠕變開始后，黏聚力和內(nèi)摩擦角與顆粒(孔隙)等效直徑近似呈二次函數(shù)關(guān)系，隨顆粒等效直徑的增大而增大，隨孔隙等效直徑的增大而減小，這是因?yàn)槿渥冞^程中土顆粒間發(fā)生相對(duì)位移，細(xì)小的土顆粒相互黏聚成大顆粒，顆粒逐漸以團(tuán)粒的形式存在，表現(xiàn)出顆粒等效直徑增大，土顆?；驁F(tuán)粒產(chǎn)生滑動(dòng)或滾動(dòng)而重新排列且變得更加密實(shí)，土體中原本存在的大孔隙逐漸分變成小孔隙，表現(xiàn)出孔隙等效直徑減小。同時(shí)，由于土顆粒之間變得更加緊密，顆粒間的離子鍵等粒間作用力得到增強(qiáng)，導(dǎo)致了土體黏聚力的增大，表現(xiàn)出了黏聚力隨顆粒等效直徑增大而增大，隨孔隙等效直徑的增大而減小的趨勢(shì)。此外，隨著顆粒等效直徑的增大，顆粒之間接觸面粗糙度增大，顆粒之間滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的表面摩擦力增大。同時(shí)，互相咬合和彼此嵌固的顆粒需要更多的能量才能發(fā)生原位抬起或啃斷而發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)致土體內(nèi)摩擦角的增大，表現(xiàn)出了內(nèi)摩擦角隨顆粒等效直徑增大而增大，隨孔隙等效直徑增大而減小的趨勢(shì)。有偏壓固結(jié)時(shí)，孔隙水排出較快，土體強(qiáng)度增長(zhǎng)速度加快，蠕變過程中促使顆粒相互位移程度較高，土顆粒間連接更緊密，土體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，同時(shí)相同顆粒和孔隙等效直徑下黏聚力和內(nèi)摩擦角較無偏壓固結(jié)時(shí)大。

3.2 剪切強(qiáng)度指標(biāo)與顆粒(孔隙)圓度關(guān)系

圖8、圖9為剪切強(qiáng)度指標(biāo)與顆粒(孔隙)圓度關(guān)系。

圖6 黏聚力、內(nèi)摩擦角與顆粒等效直徑關(guān)系曲線Fig.6 Relationship between the cohesive force, internal friction angle with the particle equivalent diameter

圖7 黏聚力、內(nèi)摩擦角與孔隙等效直徑關(guān)系曲線Fig.7 Relationship between the cohesive force, internal friction angle with the pore equivalent diameter

圖8 黏聚力、內(nèi)摩擦角與顆粒圓度關(guān)系曲線Fig.8 Relationship between the cohesive force, internal friction angle with the particle roundness

圖9 黏聚力、內(nèi)摩擦角與孔隙圓度關(guān)系曲線Fig.9 Relationship between the cohesive force, internal friction angle with the pore roundness

由圖8、圖9可以看出固結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，初始顆粒圓度也越大，而初始孔隙圓度越小。其中固結(jié)0.5 d和固結(jié)1 d相比土體剪切強(qiáng)度指標(biāo)以及顆粒圓度增幅較大，而固結(jié)1 d和固結(jié)2 d相比土體剪切強(qiáng)度指標(biāo)以及顆粒(孔隙)圓度并未發(fā)生明顯變化，這是因?yàn)? d時(shí)固結(jié)接近完成，孔隙水排出較少，有效應(yīng)力增幅不大，土體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。隨著蠕變開始，顆粒圓度逐漸增大，黏聚力和內(nèi)摩擦角也隨之增大，原因主要為在蠕變過程中土顆粒發(fā)生相對(duì)位移并重新排列，原本細(xì)小顆粒逐漸聚集成具有一定方向性且形狀不規(guī)則的較大顆粒，孔隙由原本形狀不規(guī)則的大孔隙逐漸分成形狀較為規(guī)則的小孔隙，從而導(dǎo)致顆粒圓度的增大，孔隙圓度的減小。與等效直徑對(duì)黏聚力的影響類似，由于顆粒之間變得更加緊密而離子鍵等粒間作用力得到增強(qiáng)，導(dǎo)致了土體黏聚力的增大，表現(xiàn)出了黏聚力隨顆粒圓度增大而增大隨孔隙圓度增大而減小的趨勢(shì)。此外，隨著顆粒圓度的增大，顆粒之間的嵌固填充和咬合作用增強(qiáng)，導(dǎo)致土體內(nèi)摩擦角的增大，表現(xiàn)出了內(nèi)摩擦角隨顆粒圓度增大而增大，隨孔隙圓度增大而減小的趨勢(shì)。初始固結(jié)時(shí)間、偏壓固結(jié)等因素對(duì)顆粒(孔隙)圓度與土體剪切強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系也存在著一定的影響，其規(guī)律和初始固結(jié)時(shí)間、偏壓固結(jié)等因素對(duì)顆粒(孔隙)等效直徑與土體剪切強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系的影響規(guī)律一致。

3.3 機(jī)理探討

灰色關(guān)聯(lián)度分析的基本思想是根據(jù)確定的因素之間曲線幾何形狀的相似程度來判斷因素之間的關(guān)聯(lián)程度情況。由于黏聚力和內(nèi)摩擦角與各微觀參數(shù)單位不統(tǒng)一，所以需對(duì)各因素進(jìn)行量化，通過算子作用使之化為無量綱數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析。等效直徑是反映土顆粒和孔隙大小特征的重要參數(shù)，顆粒等效直徑變大，顆粒聚合體越大，孔隙連通性強(qiáng)；等效直徑變小，表明土體結(jié)構(gòu)破壞，部分團(tuán)粒發(fā)生破碎，孔隙被分割。圓度是反映顆粒和孔隙形態(tài)的重要參數(shù)，其值越趨近于1，顆粒和孔隙形態(tài)越趨近于圓形，其值越遠(yuǎn)離1，顆粒和孔隙形態(tài)越不規(guī)則。初始固結(jié)過程中，由于孔隙水排出，土中有效應(yīng)力增加，土體剪切強(qiáng)度也會(huì)得到提高。當(dāng)固結(jié)時(shí)間不同時(shí)，孔隙水壓力消散程度不同，土體強(qiáng)度增量會(huì)存在差異，宏觀上表現(xiàn)為初始黏聚力和內(nèi)摩擦角不同。其中固結(jié)0.5 d和固結(jié)1 d相比試樣初始剪切強(qiáng)度增幅較大，土體微結(jié)構(gòu)參數(shù)變化較大，而固結(jié)1 d和固結(jié)2 d相比土體剪切強(qiáng)度指標(biāo)以及顆粒(孔隙)微結(jié)構(gòu)參數(shù)并未發(fā)生明顯變化，主要原因是1 d時(shí)固結(jié)近完成，孔隙水排出較少，土體強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。蠕變過程中土體剪切強(qiáng)度增加主要因?yàn)橥令w粒間相互擠壓，發(fā)生相對(duì)位移，孔隙被分割填充，土顆粒之間的連接趨于緊密，土體結(jié)構(gòu)由松散趨于穩(wěn)定，土顆粒之間的聯(lián)結(jié)作用與嵌固和咬合作用得到增強(qiáng)。有偏壓固結(jié)后的蠕變過程中，土顆粒間相互位移更明顯，土體強(qiáng)度增長(zhǎng)速度加快，相同顆粒和孔隙等效直徑下黏聚力和內(nèi)摩擦角數(shù)值較大。從固化沉積的角度來看，固結(jié)和蠕變時(shí)間越長(zhǎng)，微結(jié)構(gòu)調(diào)整越穩(wěn)定，土體強(qiáng)度值則越大。

4 結(jié)論

(1)吹填土的剪切強(qiáng)度隨蠕變時(shí)間的增加而增大，但增長(zhǎng)速率逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定；初始固結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)度增幅也越大；與無偏壓固結(jié)相比，有偏壓固結(jié)條件下土體在蠕變過程中強(qiáng)度增長(zhǎng)速率更快，增幅也更大，土體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

(2)C，φ值隨顆粒等效直徑、形態(tài)比和圓度的增大而增大，但隨顆粒和孔隙的數(shù)量與周長(zhǎng)、孔隙的等效直徑、形態(tài)比和圓度的增大而減??；通過灰色關(guān)聯(lián)分析得出，顆粒(孔隙)等效直徑、顆粒(孔隙)圓度是影響C，φ值大小的主要因素。

(3)在相同的顆粒(孔隙)等效直徑和圓度條件下，固結(jié)越充分，蠕變過程中強(qiáng)度指標(biāo)C、φ值的增長(zhǎng)速率越快，增幅也越大，有偏壓固結(jié)條件下的C、φ值大于無偏壓固結(jié)條件下C、φ值，C、φ值與顆粒(孔隙)等效直徑和圓度近似呈二次函數(shù)關(guān)系。