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1、软土物理力学特性研究现状与合肥滨湖新区概况软土结构特性研究现状近年来，软土结构性的研究引起了国内外学者的广泛关注，对软土结构性的研究不仅仅停留在其微观结构的分析上，其研究领域涉及结构性土体的工程特性、本构模型等各个方面。沈珠江(1996)14将土结构性研究称为 21 世纪土力学的核心问题。夏佳等(1997)15研究出河漫滩相软土的天微结构为密集一开放、无向、短链一水膜接触连结的粒片结构，兼具一般粘性土的粘土基质结构和海成粘土的絮凝结构特点，结构强度介于二者之间。沈珠江(1998)16研究认为，天然软土具有高孔隙比、强透水性、陡降形压缩曲线、折线形强度包线等特性，且天然粘土的结构性是普遍存在。雷
2、华阳17、对天津地区海积软土、珠江三角洲区域软土、连云港软土的土性参数指标和工程性质进行了详细的分析研究，通过对海积软土固结和剪切试验后土样的微结构参数与荷载关系分析发现，土体微观结构参数的变化能够很好地反映地基土在荷载作用下的变形和强度变化。王国欣等(2003，2005)18-19研究得出软土具有明显的结构强度，但其结构屈服应力小于抗剪强度；接着发现海积软土在剪切试验中只产生剪缩现象，且其应力应变曲线总体上呈一种特殊的应变硬化型，不同于典型的应变软化型结构性土。又通过求取海积软土先期固结应力和结构屈服应力，得出了软土结构强度随埋深的变化规律以及软土在单向压缩条件下随压力的损伤规律，由此较好地
3、实现了结构性土结构强度的求取。刘维正等(2010) 20利用重塑土的压缩与强度特性作为描述天然沉积土相应特性的基准框架，发现长江漫滩相天然沉积软土具有高位结构性，固结系数在土体屈服后急剧降低，屈服前后有明显的分段特征。同时指出，在静荷载水平相对较低的低路堤结构下，软弱土层沉积过程中形成的固结屈服压力和结构强度对其工程特性的影响相对更加显著。软土渗透、固结特性研究现状土的渗透性是土力学重要的研究课题之一，由于土体宏观构造和微观结构的复杂性，土体渗透可以具有高度的不均匀性和各向异性21。影响渗透系数的因素很多，如土的结构、颗粒级配、密度、温度等。达西定律对于描述层流状态下饱和砂土中的渗流是非常成功
4、的，但对黏性土的适用性一直存在不同认识，许多学者通过试验发现了黏性土渗流规律对达西定律的偏离。张忠胤(1980) 22从结合水的角度对偏离现象进行了解释，认为黏性土中渗流的非达西性源于孔隙水的非牛顿性状。余闯(2004)23根据大量的试验结果推导了渗透系数随固结应力变化的关系表达式。也有的研究从试验仪器方面不断改进，如采 ek用改进的三轴仪24、GDS 固结试验系统25等。另外，对于黏性土是否存在起始水力坡降、实用中如何考虑起始水力坡降学术界也存在一定分歧，虽然从机制上可以解释起始水力坡降存在的原因，但早期很多针对原状土的试验都证明这一最小水力坡降并不明显，尽管后来有很多试验证实黏性土中的渗流
5、存在起始水力坡降。黎志辉等(2009) 26通过试验、拟合得出渗透系数与孔隙比关系及孔隙比与固结压力的关系可分别表示为指数、双曲线的数学模型。土的固结是指土体在压力作用下随土中水占体积缩小的全过程。软土的固结包括主固结和次固结，为非线性固结特性。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。许多试验表明，同一种土不同荷载下的曲线次固结部分的斜率，即次固结系数，与荷载无关，如图 1-1 所pelogaC示。越来越多的试验研究与工程实践表明，软土的固结特性对软土沉降变形有着十分重要的影响。Gibson 等人(1967)提出
6、了一维有限分析应变固结理论，他考虑了土体压缩性和渗透性与孔隙比的非线性变化，以及土体自重应力等方面的因素；Gibson和 Schiffman 等人(1981)用有限非线性应变固结理论分析厚层粘土的固结过程时发现，如果考虑土体的非线性，则求得的同一层土的固结速率比用 Terzaghi 理论推求得要快27。王清等(2000)28从微观结构和物质组成、物理化学特性等不同角度对软土变形和强度进行研究，建立反映沿海地区软土的不同沉积环境的沉积模式，揭示不同沉积环境软土次固结的机制，为软土地基处理提供全新的变形强度的时问效应计算方法、为提高地基处理的效果提供一种新的途径。从对软土固结的数学描述从假定主次固
7、结认为的分开到梅国雄等(2004)29建立了一个简单实用且连续的函数来描述固结试验。针对国内传统固结渗透试验设备的缺陷和试验方法上受缚，研究从试验仪器方面不断改进，采用较为先进的 GDS 等仪器。陈国红(2009)30以及梁仕华等(2009)31利用 GDS 高级固结仪对萧山黏土进行一维固结压缩和渗透联合试验，分别得出超固结土的一维固结计算参数和验证了超固结土的固结理论，表明了考虑土体应力历史对固结计算的重要性。齐添等(2006)32通过首度将和关系引入成层地基非pelogkelog线性固结研究之中，得到了综合考虑上述因素影响的成层地基一维非线性固结控制方程，证明了软土固结过程中压缩性和渗透性
8、随固结压力非线性变化的特性。超固结饱和土一维固结理论研究现状土体的压缩特性和渗透特性对固结有着重要影响，而其又与应力历史密切相关，因此在固结理论中考虑土体的应力历史无疑有着重要理论与现实意义。国内外学者对于考虑先期固结压力这一重要影响因素的一维固结理论开展了大量的研究工作。Garlanger(1972)采用孔隙比与有效应力变化的双对数直线关系，考虑了超固结效应对土的压缩性的影响和流变特性，但该研究没有考虑渗透系数的变化对固结方程的影响，以及外荷载随时间变化的情况；Chen 等(2004)假设土体在先期固结压力前后具有不同的固结系数和渗透系数，且前后两者均为常数，采用积分法和精确解法相结合的方法
9、求解了超固结土的一维固结问题，但没有考虑固结过程中土体渗透性和压缩性的非线性连续变化33。梁仕华等(2009)31基于超固结饱和土固结理论，针对变荷载、自重应力分布等条件下提出了相应的一维超固结土问题的控制方程，采用半解析法编通过编程进行求解。利用 GDS高级固结仪测定一维超固结土计算参数，并验证了超固结土的固结理论，表明了考虑土体应力历史对固结计算的重要性。胡虹宇(2004) 34、温介邦 (2007)35基于半解析法分别对单层、成层超固结饱和土地基的一维线性与非线性固结性状进行了细致研究。关于超固结土的一维线性固结性状结论如下：（1）考虑应力历史影响比未考虑应力历史影响时地基沉降小、固结发
10、展快。（2）在固结过程中，超固结土与正常固结土分界面深度的发展速率随荷载值的增大、先期固结压力的减小、加荷速率的增大而相应增大。（3）超静孔压消散速率和沉降发展速率均随着荷载值的减小、先期固结压力的增大而相应增大。荷载施加越快，固结也相应越快。（4）地基的最终沉降量随着荷载值的增大、先期固结压力的减小而相应增大。国内软土的性质与分布软土是近代在滨海、湖泊、沼泽、河滩及谷地等地区海相、湖相沉积形成的一种特殊土体，其工程性质差，天然含水量高、孔隙比大、渗透性差、压缩性大、抗剪强度低、固结时间长、灵敏度高、扰动性大，且流变性显著等特点。岩土工程勘察规范(GB 50021-2009)1 中定义软土为天
11、然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软士，包括淤泥、淤泥质士、泥炭、泥炭质土等。软土的分布在国内外均十分广泛，在我国，东部、西部、华南、华北都会遇到软土，其在滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围、山间谷地均有分布，其形成绝大部分在全新世的中晚期，个别软土层形成于全新世的中期以前2。根据我国软土分布的地理位置，从北至南分布的主要地区为渤海湾、津塘地区、连云港、长江三角洲地区、珠江三角洲等地区，内陆则有南京、武汉、昆明等城市。软土最主要的分布还是在沿海、沿江地区，这些地方正是各类工程建设的所在之地，研究软土的工程特性、固结特性，进行沉降预测分析，也就成为岩土工程中重要内容之一
12、。软土固结研究及其实际意义土体的固结对软土地基的工程性状有着重要影响，与土工建筑物和地基的渗流、稳定和沉降等问题有着密切关系。1925 年太沙基创立了经典的饱和土一维固结理论，标志着近代土力学的诞生，但该理论建立在诸多简化假定基础之上，与现实工程状况有着较大差距。固结规律相当复杂，不仅取决于土的类别和状态，而且随着土的边界条件、排水条件和受荷方式等因素而异。目前，理论计算远远落后于工程实践，设计和工程实际之间的较大误差，往往会延误工期、造成工程事故和经济损失。因此，要使地基设计理论有新的进展，关键是要发展新的固结计算方法，解决软土地基变形的计算问题3。对这些方法的深入研究，探求合理的、具有针对
13、性的软土固结分析方法，对掌握软土的固结规律，具有重要的工程意义和经济意义。在实际工程中，经常会遇到软黏土地基处于超固结状态，所以用现有的正常固结土的固结理论计算软土地基的固结沉降问题与实际情况存在差距。软土的性质（压缩性和渗透性）结有着重要的影响，而土的性质又与应力历史密切相关。对于考虑先期固结压力这一重要影响因素的一维固结理论的研究在国内尚比较少。因在固结理论研究中考虑土的应力历史无疑有重要的实际意义4。滨湖新区概况滨湖新区位于合肥主城区东南部，南依巢湖、北 靠二环南路、西接派河和合安高速公路、东临南淝河， 总面积约 190km2，行政区划上隶属于合肥市包河区。 本区地形较为平坦，总体上是西
14、北高、东南低，最高位于西北角糟坊郢，海拔 35.2m，最低巢湖岸边海拔不到 6m。地面坳沟密布，岗地发育，坳沟深达余米5。近些年来，由于合肥经济不断地快速发展，综合开发建 设滨湖新区已 成为当下热门的议 题，并且付出实施。 “滨湖新区”是拓展城市发展空间的重 点建设地区，新区建设是合肥打造现代化滨湖城市、提升自身形象和影响力进行 跨越式发展的一个重要步骤6。合肥滨湖新区广泛分布着大量的厚层软土，主要地层为淤泥质粉质粘土，呈软塑或流塑状态 。目前滨湖新区基础设施、民用建筑和地铁等各类工程建设不断涌现，而该地区软土的研究相当缺乏，难以满足经济建设快速发展的需求。各类工程的开发建设与地基沉降、稳定相关方面的大量岩土工程问题往往成为制约工程建设的技术难题，因此，对滨湖区 域性软土开展研究，系统地认识滨湖新区物理力学性质、固结沉降规律等，为滨湖新区建设工程的设计与施工提供技术支持与储备。
