海相淤泥软土工程性质浅析

海相淤泥软土工程性质浅析

杨清华

杨清华

中煤科工集团重庆设计研究院有限公司重庆400016

摘要：海相淤泥软土是我国沿海地区的主要地层。随着我国经济的发展，已有路上土地资源逐渐匮乏，临海城市的新建港口，工厂等逐渐向海上发展，从而不可避免的遇到海相软土的困扰。本文着重从软土的定义和分类，分析海相软土的成分、颗粒组成、土体结构，力学性-质几个方面阐述海相淤泥软土的工程性质，为涉及海相淤泥软土的工程实践和研究提供参考依据。

关键词：海相淤泥软土；孔隙特征；组成及微观特征

引言

1.海相软土的定义和分类

建筑基础沉降过大或部分土层承载力不足的地基均可称为软弱地基（软基），其中承载力不满足要求、压缩性高的土层称为软土层[1]。软土一般指由粘性土组成的天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0，压缩系数av>0.5MPa-1，且具有灵敏结构性的土层。包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质亚粘土、淤泥混砂土等，淤泥和淤泥质土是其典型代表，《港口工程地基规范》（JTJ250-98）中定义淤泥为在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，其天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1.0的粘性土，可按表1分为淤泥质土，淤泥，流泥，浮泥，其中淤泥质土应根据塑性指数再划分为淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土。

表1淤泥性土的分类

我国沿海主要有四类软土：淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土和淤泥混砂土。通过前人的经验总结，分布在各地同类土的性质十分相似，说明我国沿海大部分地区的软粘土成因基本上相同。

2海相软土的工程性质特点

海相软土的主要有以下几方面特点：软土尤其是片架结构软粘土往往具有较显著的流变特性。承载力小，强度低，高灵敏度。重度小，含水量和孔隙比大。渗透性很小。压缩性高。

3.海相软土组成及微观特征

3.1海相淤泥软土的物质组成

特殊的沉积环境决定了海相淤泥的物质组成，特定的物质组成又决定了该类软土具有特殊的性质，从宏观到微观，物质组成是分层次的，不同层次的综合影响，使得淤泥在外界环境条件变化时，表现出与之对应的性质。

1粒度成分

土粒成分的大小，不仅可以用来反映自身的沉积环境和归类命名，更重要的是粘粒组含量的大小对土的性质及变化规律起着重要的控制作用，表2为淤泥的的粒度成分的统计结果。

表2深圳地区淤泥的粒度成分

淤泥中粘粒组的含量远高于30%，它直接决定着这类土的物理、力学性质。粘粒表面一般带电，具有较强的吸附能力，在溶液中，表面一定范围内会形成具有特殊性质的水—结合水，这类水随外界条件变化所表现出的规律直接影响着土的性质的变化规律。

3.2矿物成分和化学成分

土的矿物成分的种类和含量既决定了土的工程特性，同时还可以说明其物质来源，指示相应的沉积相。表3以深圳海相淤泥的化学成分为例表述淤泥类软土的矿物成分及其含量。

表3淤泥化学成分

同时，根据已有对于海相淤泥的X-衍射和差热研究所得到的结果可以得出如下结论：

（1）淤泥类土是在偏碱性介质环境中形成的沉积物

（2）淤泥的粘性含量高，分散程度高；

（3）其主要成分是高岭石，其次是石英，水云母，绿泥石易融盐含量较高；

（4）与矿物成分相对应。阳离子交换容量低，比表面积小。

3.3海相淤泥的孔隙特征

高孔隙性是淤泥类土的一个重要结构特征，它直接决定了土的压缩性，渗透固结特性。同时，孔隙的种类，大小和形状不同，对这些性质的影响程度不同。根据土体中孔隙的存在方式和所起的作用，可将土中孔隙划分成孤立孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙三种类型。

3.4颗粒骨架之间的连接特征

在海相淤泥中，主要存在以下盐晶体胶结连结、粘粒连结、接触连结连结类型

3.5颗粒骨架之间的连接特征

通过对淤泥试样进行扫描电镜观察，可以总结出海相淤泥具有以下几种主要的蜂窝、紊流、草霉状、粒状胶结微观结构。

4海相淤泥软土的力学性质

以下主要对其物质成分、微观结构及物理—化学特性进行系统研究，进而讨论这些特征对其力学性质的影响

软土成因类型的多样化决定了软土具有区域性的特点，因此不同地区软土的工程性质有所差别（见表4）。

表4全国各地软土物理力学性质指标统计

5总结

总结已有的软土研究成果和上表中数据到一些共同之处，有以下结论：

（1）颜色以深色为主，如灰黑色、褐色、暗绿色等，表明土中有机质含量较高；

（2）含水率和孔隙比大，重度小。天然含水率一般均在30%以上，广东地区则高达70%以上，甚至超过100%；天然孔隙比大，一般大于1.0；天然重度r=15～19kN/m2；

（3）粘粒含量高，塑性指数大。塑性指数一般在10以上，表明土吸附的结合水多，粘粒含量也较多；

（4）渗透性很小，一般在10-7，和10-9cm/s的数量级之间，排水变形速率缓慢；

（5）压缩性大，压缩系数，，有些高达，，且其压缩性往往随着液限的增大而增大；

（6）强度低，软土的快剪粘聚力一般为，快剪内摩擦角小于；固结快剪的强度略有提高，粘聚力小于，内摩擦角小于；

（7）软土的灵敏度高，常介于2～10之间，有时甚至大于10；

（8）在荷载作用下土体的粘滞特性和时间效应异常明显，具体表现为蠕变变形显著和固结时间很长。海相沉积的软土，一旦受到扰动（振动，搅拌或搓动），其絮状结构便受到破坏，土的强度将明显下降，甚至产生流动状态。我国东南沿海滨海相沉积软土的灵敏度大约在4～10之间。因此，在高灵敏度软土地基上进行地基加固时应该尽量避免土的过分扰动。另一方面，软土扰动后，随着静置时间的增长，其强度又会有所恢复，但是一般恢复不到原来结构的强度。正是由于软土以上的这些特性，在这类土层上建造的构筑物常会出现工后沉降过大以及不均匀沉降等问题，引起建筑物的开裂甚至失稳。因此对于在这类土上修筑的堤坝，堆场而言，采用合理的结构形式和基础型式以及采取合理的地基加固处理方式显得尤为重要。

参考文献：

[1]吴邦颖，张师德，陈须禄．软土地基处理[M]．中国铁道出版社.1995.

[2]李粤安．颁布实施《广东省海堤工程设计导则（试行）》的联想和体会[J]．广东水利水电.2004（6）：1-2

[3]杨顺安，冯晓腊，张聪辰．软土理论与工程[M]．北京：地质出版社2000.9

[4]李粤安．颁布实施《广东省海堤工程设计导则（试行）》的联想和体会[J]．广东水利水电.2004（6）：1-2