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摘要：通过收集整理天然沉积温州软黏土原状样与重塑样固结渗透试验数据，对比分析了压缩过程中天然沉积土原状样与重塑样在同一孔隙比和同一应力水平下的渗透性状。研究结果表明，天然沉积土原状样与重塑样的e-logkv曲线差别不大；原状样的logkv-logσ′v,关系曲线位于重塑样的上方，相同应力水平下二者的渗透系数相差较大。
关键词：天然沉积土;重塑土;渗透系数；应力水平
天然软土由于其天然含水率高、压缩性大、强度低、透水性差[1-2]，工程性质很差。我国幅员辽阔，海相、河湖相沉积软土在我国的分布范围很广泛，因而在工程建设过程中，不得不面对大量的软土地基处理问题；而渗透系数作为土体的一项重要参数指标，对于分层沉积土中地下水状态的确定、边坡稳定问题、软土地基及路堤的沉降计算、结构物周围的水体流动以及环境岩土等工程问题也有重要的影响[3-4]。因而针对天然沉积软黏土渗透性状的研究，对于解决实际工程问题是很有必要的。
由于土力学是一门试验科学，很多相关理论是基于室内重塑土试验结果建立起来的，这就要求岩土专家们能够对天然沉积土与重塑土力学性状的差异做出准确判断。近几十年来，天然沉积软土及其重塑土在压缩和强度性状上所表现出的差异已经得到国内外专家学者们的一致认可[5-7]。由于在沉积过程中受到化学胶结、触变硬化、时间效应、淋溶等影响[5]，天然沉积土的力学特性往往与重塑土存在明显的差异。尽管造成这种差异的影响因素很复杂，但是可以简单地归纳为“结构性”的影响[6,8]。
既然由于受土结构性的影响，天然沉积土及其重塑土的压缩和强度性状均表现出差异，那么结构性对于渗透性状的影响规律又是怎样体现出来的呢？
本文通过收集、整理具有典型结构性特征的天然沉积温州软黏土固结渗透试验数据，分析结构性对于渗透性状的影响规律。
1 试验数据
表1为本文收集的4种温州软黏土的基本物理性质指标。由于需要直接对比压缩过程中天然沉积土原状样与重塑样的渗透性状，以探讨结构性对土体渗透系数的影响，所以为避免其他因素干扰，本文所引用的4种温州软黏土重塑样初始含水率均与其原状样近似一致，如表2所示。此外，由于大多数软黏土的渗透系数较小，为了得到精度较高的渗透系数测量值，室内试验中通常利用变水头渗透试验法、流泵法测试软黏土的渗透系数，本文收集的渗透系数试验数据都是采用变水头一维固结渗透试验方法获得的。
2 天然沉积土原状样与重塑样e - σ’v关系的对比
图1为4组不同深度天然沉积温州软黏土原状样与对应重塑样一维压缩曲线的对比。图中显示，虽然相同深度天然沉积土重塑样的初始含水率与原状样相差不大，但二者压缩曲线存在显著差异：原状样的压缩曲线均位于重塑样上方，随着应力水平的进一步增大，二者有趋于重合的趋势；尽管二者都存在拐点，但原状样固结屈服压力明显大于重塑土屈服压力。
究其原因，是由于天然沉积土在屈服前因受土结构性的抵抗作用影响，抵御变形的产生，因而此时原状样的变形相对较小；此后土体发生结构屈服，结构性丧失，加之屈服前原状样的变形较小，导致相同应力水平下原状样的孔隙比（含水率）高于重塑样，因而屈服后的天然沉积土压缩曲线斜率比重塑土大；此后随着二者孔隙比（含水率）逐渐接近，其压缩曲线也逐渐靠拢。
图1 天然沉积土与重塑土一维压缩曲线对比图
3 天然沉积土原状样与重塑样e - kv关系的对比
图2所示为天然沉积温州软黏土原状样与重塑样的e - log kv曲线。很明显，虽然天然沉积温州软黏土原状样的e - kv关系曲线均位于重塑样右侧，但是二者相差不大，属同一数量级，对于渗透系数而言，可以认为原状土与重塑土在同一孔隙比下的渗透系数相差不大，即土结构性对e - kv曲线的影响很小，可以忽略，同一种软黏土的渗透系数仅取决于当前应力水平下的孔隙比。
图2 天然沉积土与重塑土e - kv关系对比图
4 天然沉积土原状样与重塑样kv - σ’v关系的对比
综上所述，由于同一种软黏土的渗透系数仅取决于当前应力水平下的孔隙比；同时由于受土结构性的影响，天然沉积土与重塑土的压缩曲线差异很大，相同应力水平下，天然沉积土的孔隙比明显高于重塑土。由此可以推断：在相同应力水平下，天然沉积土的渗透系数也应明显大于重塑土。
图3给出了4组天然沉积温州软黏土原状样及重塑样的log kv - log σ’v关系曲线对比图，图中箭头表示天然沉积土的固结屈服压力。可以看出，4组原状样的log kv - log σ’v曲线均位于相应的重塑样上方，且存在明显的拐点，与上述推断相符。由此可见，在同一应力水平下，天然沉积土的渗透系数确实高于相应的重塑土，结构性对kv - σ’v关系的影响是通过影响e - σ’v关系实现的。
图3 天然沉积土与重塑土log kv - log σ’v关系曲线对比图
5 结论
天然沉积温州软黏土及其重塑土在压缩过程中的e - kv曲线近似一致，即同种软黏土的渗透系数仅取决于当前应力水平下的孔隙比；由于受到土结构性的影响，相同应力水平下的天然沉积土孔隙比大于相应的重塑土，加之同种软黏土的渗透系数仅取决于当前应力水平下的孔隙比，因而导致相同应力水平下天然沉积土的渗透系数大于重塑土。
在实际工程中，室内试验所用试样会不可避免地受到扰动，因而在相同应力水平下，基于室内试验所获取的软黏土渗透系数较天然状态偏小，由此势必对分层沉积土中地下水状态的确定、边坡稳定、软土地基及路堤的沉降计算等产生重要影响。
参考文献
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[9]蔡超. 压缩过程中天然沉积软黏土原状样与重塑样渗透性状的对比试验研究[D]. 河海大学: 硕士学位论文. 2013.
论文作者:蔡超1,赵靖伟1
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/6
标签：原状论文; 黏土论文; 应力论文; 系数论文; 孔隙论文; 结构性论文; 曲线论文; 《基层建设》2016年24期8月下论文;