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天然沉积的软粘土,通常具有与其相应重塑样截然不同的力学性质,结构性是其中最为重要的特性之一。由于工程的需要,开展天然软粘土结构性的试验与理论研究对进一步弄清软土地基的固结沉降特性很有必要。土体所面临的工程问题最终需要用工程的手段来解决,研究土结构性及其应用的最好方法仍然是土力学方法。本文正是基于以上思路,以常州地区高速公路建设项目为依托,结合近年来高等级公路建设的大量工程设计与施工资料以及施工过程中的监测资料,立足土结构性研究的土力学研究方法,在分析前人研究成果的基础上,继承前人成果的合理内核,对太湖湖沼相典型天然沉积软土结构性的宏观力学效应及其应用进行了系统研究。
首先,结合太湖湖沼相典型天然沉积软土的薄壁样,从结构性软土的固结压缩试验入手,探求土体的结构性与土体力学性质之间的关系,重点考察原状土的固结与压缩性状以及加压速率对其性状的影响。且在试验的基础上,对其结构性进行了评价,并探讨了固结系数与渗透系数随应力水平的变化规律。
其次,考虑到结构强度与应力水平在加载过程中对固结系数与渗透系数的影响,以固结屈服应力为转折点将其简化为分段模型,并结合结构性软土地基的一维固结理论,通过计算分析,较真实地描述了瞬时荷载作用下太湖湖沼相地区天然沉积结构性软土地基的固结规律。
然后,据大量实测沉降资料表明,现行规范法计算所得的水泥搅拌桩复合地基设计沉降与实测沉降存在较大偏差,总结分析认为其原因主要是下卧层土体的力学参数指标存在不同程度的失真,没有考虑到应力水平与取样扰动的影响。鉴于此,回顾了几种比较经典的还原原位压缩曲线的方法,并分析了各方法的可行性及存在的缺陷,在此基础上提出了更加方便工程应用的改进的Nagaraj法,得到了3段式(刚性变形段、结构破损段、结构完全丧失段)土层原位压缩曲线。且通过应力扩散系数η对下卧层附加应力进行修正,推导出考虑实际应力水平、取样扰动影响及土结构性与修正后附加应力的下卧层沉降计算公式,并将此公式用于水泥搅拌桩复合地基下卧层土体沉降计算,发现计算结果能较好的与实测沉降结果相吻合,验证了该方法的合理性和可行性。
最后,插打塑料排水板会使天然结构性土体受到扰动,导致结构强度降低,工程性质改变,这种施工过程中土体受到的原位扰动有别于现场取土、应力释放等引起的试样扰动。在天然土体原位扰动机理的分析研究基础上,给出了结构性软土地基施工扰动度的评价方法与针对原位扰动土的原位压缩曲线。结合工程算例,从土结构性角度探讨分析扰动软土塑料排水板地基固结及扰动引起附加沉降计算,实例计算表明,施打塑料排水板的施工扰动减缓了地基固结速率,引起较大的附加沉降。