张吉庆，李晶晶，郑伟锋，陈小月，赵志孟，郑先昌

(1.广州大学，广东 广州 510006;2.广州市地质调查研究院，广东 广州 510000;3.五广(上海)基础工程有限公司，上海 200438)

1 引 言

当今社会，地面沉降现象屡见不鲜，地面沉降引发了一系列的生活不便甚至工程灾害。地面沉降主要是在软土的地质条件下，而产生沉降的过程与软土的固结密切相关。软土的固结其实是软土孔隙水消散，有效应力增加的过程。在孔隙水的消散过程中与软土的渗透性密不可分。渗透系数k 是一个代表土的渗透性强弱的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。不同种类的土，k 值差别很大。因此，准确的测定土的渗透系数是一项十分重要的工作。而当今大多数研究是集中在正常条件下测得的渗透系数。实际工程中软土上往往有荷载，此时的渗透系数的取值就不能用无荷条件下的渗透系数。

黎志辉［1］研究了饱和黏性土渗透特性，孔令荣［2］对软黏土的渗透系数进行了研究，苗明臣［3］以某黏土为研究对象，通过改进的渗透试验方法，量测固结发生过程中不同时间的渗透系数。付宏渊［4］通过测定砂土在加载与卸载过程下，不同压实度(与初始孔隙比对应)土样的渗透系数变化特点。顾中华［5］研究上海软土结构性对渗透系数的影响。孙德安［6］对原状软土和重塑软土进行渗透特性试验，考察了饱和软土的渗透特性。李又云［7］基于原状土与重塑土的一维固结及渗透试验分析，得到土体结构性对渗透的影响特征，并提出土体的渗透系数与孔隙比的计算公式。曾玲玲［8］研究了压缩过程中重塑黏土渗透系数的变化规律。张明鸣［9］以深圳大铲湾吹填淤泥为样本进行了微观试验研究。叶正强［10］对黏性土的渗透规律性进行了研究。董志良［11］利用ABAQUS 软件，将渗透系数随固结应力的变化关系应用于真空预压下单井的三维有限元计算。还有很多研究者对土的渗透系数做了很多研究，但很少对原状软土的不同压力下的渗透系数进行研究。研究不同围压作用下软土渗透系数成为一项重要的研究内容。在香港理工大学的支持下，做了三轴固结渗透联合试验，．本文将对这一试验，对试验取得的结果和结论做一总结，为后续研究者提供一些帮助。

2 渗透——三轴固结联合试验

2.1 取样与编号

此次测试的土样选取广州市南沙区某花园四个区域的不同深度的原状土，相应的测试参数可以反映不同深度的规律。所以要求在专门技术人员的指导下，以薄壁取土器在淤泥土层中取样，采用少锤重击法，先把取样器放入孔底，做好标记，用标贯锤重击，贯入1.0 m，用钢珠密闭钻杆后提出，样品双面封好，正向竖直放置，不可扰动。

其中ZK1 取样在某花园二期附近，ZK2 取样在某花园三期附近，ZK3 取样在未经施工的原始蕉田里，ZK4 在某花园一期。试验测试将土样根据取样区域和不同深度进行相应的编号，土样的基本参数如表1 所示。

土样的基本参数 表1

续表1

2.2 试验制样与安装

试验采用三轴固结渗透剪切仪，如图1 所示。

图1 试验仪器

将切取好的试样安放到三轴体腔内，步骤如下:

(1)在底座圆形槽中依次安放透水石、滤纸、利用72 mm的金属套模将土样从塑料管中取出，并用钢丝刀削平顶部和底部、将土样垂直放好后，薄膜套在土样表面并安置顶部滤纸和透水石，如图1 所示，在操作时，确保整个过程的密封性与固定性，并尽量减少对试样的扰动。

(2)然后在三轴腔内充满水，然后打开底座，顶部孔压和围压的阀门，将围压设定为55 kPa，底部压力设定为50 kPa，使得底部的水逐渐从土样底部进入土体，并将土样中的气体从顶部阀门排出。此过程中一般持续1 天以上，通过检查试样底部孔压增量△u 来判断试样是否饱和，当△u 达到93%以上的反压增量，可认为土体已经饱和。

(3)在土体饱和后，将顶部阀门打开，让顶部的水压消散，两个小时后，开始记录通过与顶部阀门联通的试管测量排水的体积和相应的时间(min)，同时，也记录底压中水体积变化仪显示的进水量大小和相应时间(min)的关系。根据渗透试验原理可以利用一定时间的渗透量测算出不同围压下土样的渗透系数。测量的围压分别为10 kPa，20 kPa，50 kPa，100 kPa，200 kPa，以考察不同围压下渗透系数的变化。

3 渗透——三轴固结联合测试结果

三轴固结渗透试验如图2 所示。在示意图中，当围压保持恒定p1 时:土样的底部保持p2=100 kPa，顶部保持打开阀门，即p3=0 kPa。在一定时间内，相应的水量可以通过体积计量器和顶部排出水量的方式确定。一个固结压力测定后，将围压增加到另一个恒定值，重复操作，从而可以得到不同围压作用下，土样渗透性的变化。试验中在100 kPa底部压力作用下，固结渗透压力差选取10 kPa，20 kPa，50 kPa，100 kPa，150 kPa，200 kPa作用下，以测试不同围压作用下渗透性的变化。

图2 试验示意图

根据达西定律，渗透试验所测定的渗透系数可通过下式计算:

其中，γw为水的重度;Q 为一定时间内通过土体的流量;A=π(D/2)2为试样的面积;D 为试样的直径;H 为试样的高度;q=Q/t 为水的流速。

根据上述的固结渗透示意图及计算公式，将实测的数据进行整理并分析在表2 中。随着固结压力的不同，渗透系数整体呈现降低的趋势，然而，由于原土样所处深度和地理位置的不同，渗透系数变化的趋势也呈现不同的趋势，图3 总结了各土样在不同围压作用下，渗透系数的变化。

渗透系数测试结果(10－7cm/s) 表2

图3 三轴固结渗透试验结果曲线图

4 结论与建议

从图中可以总结出不同围压作用下土样渗透系数的特点:

(1)南沙区土样渗透系数的值在0.433～14.235×10－7cm/s 之间，并且随着固结压力(有效应力)的增加其渗透性在减小，这反映了土样渗透性的非线性特征。且当有效应力达到一定值时，渗透性减小趋于平缓。

(2)ZK3 土样的渗透系数较高，在0.517～14.235×10－7cm/s 之间，其随着围压变化的比较明显。而ZK2 土样的渗透系数较低，在0.433～2.75×10－7cm/s之间。分析其原因，通过查阅资料和场地类型发现:ZK3 取样在未经施工的原始蕉田里，而ZK2 取样在已经建设完成的小区里，有堆填土覆盖。这与加压后软土渗透系数减小的结论相吻合。

(3)在图3 中，大部分土样的渗透性呈现线性递减的关系，部分土样的渗透系数呈现双曲线型和S 型递减的关系，不同的趋势关系不仅与原状土样的所处位置有关，也与土样所处的深度有关。

虽然土体的蠕变现象在室内试验和现场监测都曾监测到，由于蠕变模型的复杂及相应研究的不成熟，在国内相应的沉降分析中，常常忽略掉蠕变沉降。为准确计算地面沉降，采用三轴剪切仪进行软土的固结渗透联合测试试验，拟通过一系列试验测定某花园现场土样的压缩性指标及渗透性指标，获得土体的固结性状，为深入研究广州市某花园软土的特性提供基本参数并将渗透系数应用到EVP 模型沉降分析中，可以预测未来几十年某花园的沉降量。

［1］黎志辉，陈晓平，周秋娟．饱和软黏土渗透特性及对一维大变形固结影响［J］．岩石力学与工程学报，2009，28(2):3747～3752．

［2］孔令荣．不同固结压力软黏土的孔隙分布与渗透系数研究［J］．地下空间与工程学报，2011．12，7(2):1665～1682．

［3］苗明臣．固结对填土地基渗透系数影响的试验研究［J］．辽宁科技学院学报，2010．12．15．13(1):40～55．

［4］付宏渊，吴胜军，王桂尧．荷载作用引起砂土渗透性变化的试验研究［J］．岩石力学与工程学报，2009．12，30(12):3678～3681．

［5］顾中华，高广远，王结虎．结构性对上海软土渗透系数影响的试验研究［J］．矿探工程(岩土钻掘工程)，2004．5．

［6］孙德安，许志良．结构性软土渗透特性研究［J］．水文地质工程地质，2012．39．

［7］李又云，刘保健，谢永利．软土结构性对渗透及固结沉降的影响［J］．岩石力学与工程学报，2006，25(2):3588～3592．

［8］曾玲玲，洪振舜，陈福全．压缩过程中重塑黏土渗透系数的变化规律［J］．岩土力学，2012，33(5):1287～1292．

［9］张明鸣，李荣玉，张剑等．淤泥土细观渗透固结实验研究［J］．水运工程，2011，452(4):141～144．

［10］叶正强，李爱群，杨国华等．黏性土的渗透规律性研究［J］．东南大学学报，1999，29(5):122～125．

［11］董志良，陈平山，莫海鸿等．真空预压下软土渗透系数对固结的影响［J］．岩土力学，2010，31(5)．