松花江河漫滩相软土的岩土工程性质试验研究

2014-08-23董平洋胡照广

森林工程 2014年4期

苏涛，董平洋，胡照广

(1.福建省交通建设质量安全监督局，福州 350001；2.中国市政工程华北设计研究总院，天津 325000；3.东北林业大学寒区科学与工程研究院，哈尔滨 150040)

软土一般具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性强、抗剪强度和承载力低等不良工程地质特性，主要包括淤泥和淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等，通常位于滨海、湖泊、谷地、河滩地区，由海相、湖相、沟谷相沉积和河滩沉积形成[1-4]。因地质成因、赋存规律、组成成分和应力历史等的差异，工程性状往往表现出显著的时空变异性和区域性[5-10]。

松花江流域地层分布主要有白垩系和第四系，基底为古老的松辽地块，缺失第三系地层。浅层广泛分布漫滩相第四系全新系统天然沉积土，如哈尔滨市沿江区域的河漫滩区软土，由松花江曲流作用垂向沉积形成，属河漫滩相软土，其厚度分布不均匀，主要成分为淤泥质土、粉质粘土和粉砂土，工程地质条件较差。本文结合哈尔滨市松北区文化中心环路道路建设项目，通过地质勘查和物理力学试验，研究该类型软土的岩土工程性质。

1 现场工程地质概况

研究区位于哈尔滨市松北区文化中心环路K1+020～K1+220路段，属于松花江河漫滩区，原始地貌为湿地，如图1所示，后采取大面积吹填砂建设的“大岛屿”。为了进一步了解该研究路段的地质情况，对研究区进行了地质钻探勘查及野外地质调查。根据地质勘查结果，勘察深度内地层由人工堆积的杂填土及第四纪冲、堆积的粉质粘土、粉砂和粗砂组成，自上而下共分4层，地质剖面示意图如图2所示。

图1 研究区现场照片

图2 研究区代表性地质剖面图

(1)淤泥质土，夹杂一些粘性土、砂类土及少量的腐植土组成，含水率较大，结构松散，欠固结。部分钻孔的上部为冻结的江面。层厚为0.60～3.20 m，平均厚度为1.46 m；该层在场区内分布不连续，在大部分钻孔中可见。

(2)粉砂：黄—灰色，饱和，松散—稍密，长英质，含细砂，局部夹粘性土薄层。层厚为4.00～6.90 m，平均厚度为5.65 m；该层在场区内分布连续。

(3)粉质粘土：灰黄色，软—流塑，局部含少量有机质，无摇振反应，稍有光泽，干强度、韧性中等。层厚为0.40～1.80 m，平均厚度为0.98 m；该层在场区内分布不连续。

(4)粗砂：灰色，较湿，稍密，长英质。

2 研究区地基土物理力学试验

本文以试验路段的地基土为研究对象，为达到最佳的试验效果，试验中采用的土样均为勘察钻探所取的原状土样。首先对各个深度的土样进行了最基本的物理力学性质试验，其中包括天然含水率、天然密度、重度、液塑限以及颗粒级配分析等；然后在对各个深度土样分别进行室内直接剪切试验，以了解试验路段地基土的抗剪强度指标。表1为研究区土层物理性质指标。

试样中的粗砂，由于部分颗粒粒径大于0.075 mm，采用筛分法来进行其颗粒分析。如图3所示为试验土样颗粒分析曲线，由试验结果可知：淤泥质土土颗粒中，粒径在0.075 mm以下的比例为76.6%；粉砂土颗粒中，粒径在0.075 mm以下的比例为75.0%；粉质粘土颗粒中，粒径在0.075 mm以下的比例为76.6%；粗砂土颗粒中，粒径在0.075 mm以下的比例为12.7%。

图3 土样颗粒分析曲线

研究中，为了掌握地基土的抗剪强度指标，对试验土样做了室内直接剪切试验，以了解地基土的抗剪强度参数c、Ф值，图4为制备的室内剪切试验土样，图5所示为剪切破坏后的土样。

图4 制备的直接剪切试验土样(粉质粘土)

图5 直剪试验破坏后的土样(粉质粘土)

通过室内直接剪切试验得出各土层剪应力随正向应力、剪切位移变化规律，图6、图7和图8分别表示淤泥质土、粉砂土和粉质粘土的剪应力和剪切位移曲线，由图可知：研究区各土层剪切位移均随剪应力增大而增大，淤泥质土在剪应力增大的情况下剪切位移变化幅度最大；粉砂土次之，剪应力达到峰值以后曲线趋于平缓；而粉质粘土在剪应力增大的情况下剪切位移变化幅度最小，曲线达到峰值以后，剪应力变小，剪切位移仍不断增大。