【摘要】：我國江蘇連云港地區(qū)大面積分布著海相軟土,其特征為黏土礦物含量高,孔隙水鹽分高,鹽分與黏土礦物相互作用影響?zhàn)ね恋墓こ绦再|(zhì)。工程設(shè)計中采用的土體參數(shù)一般以當前孔隙水環(huán)境下的參數(shù)為準。然而,隨著淡水的滲透,海相黏土中的鹽分含量逐漸改變,同時改變的還有黏土的物理力學(xué)性質(zhì),可能造成邊坡失穩(wěn)、地基承載力降低、差異沉降或變形加大等工程問題。要減少海相黏土地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及運行期間的隱患,必須對軟黏土工程性質(zhì)和演化有正確的認知。原位測試技術(shù)相對于傳統(tǒng)現(xiàn)場取樣室內(nèi)試驗的勘察方法更加高效、經(jīng)濟,且能獲得原位應(yīng)力狀態(tài)的土體參數(shù)。而目前原位測試的經(jīng)驗分析體系均未考慮孔隙水鹽分效應(yīng)的影響,也沒有考慮鹽分溶脫后土體的性質(zhì)變化。因此,本文以國家自然科學(xué)基金《孔隙水鹽分溶脫過程天然沉積軟黏土工程性質(zhì)演化及機理》為依托,以海相黏土為研究對象,系統(tǒng)開展了孔隙水鹽分濃度對原位測試參數(shù)影響的試驗及理論研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)在連云港海積平原的12個試驗點展開了包括靜力觸探試驗、十字板剪切試驗、扁鏟側(cè)脹試驗在內(nèi)的現(xiàn)場試驗�，F(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)表明,該地區(qū)土層分布大致符合上覆硬殼層、中間軟土層、下伏硬黏土層的特征,十字板剪切試驗點的抗剪強度、重塑強度、靈敏度基本符合隨深度增加而增加的規(guī)律。研究各試驗參數(shù)的相關(guān)性,提出對于錐尖阻力曲線穩(wěn)定性不同的區(qū)域采用不同圓錐系數(shù)求取抗剪強度的方法。(2)采用密度計法測量海相黏土的粒徑分布,采用XRD分析海相黏土的礦物組成,采用離子色譜儀測量黏土孔隙水中各離子濃度。結(jié)果表明,試驗區(qū)域的海相黏土細粒含量高,為87.2%~99.2%,黏粒含量41.2%~79.4%。礦物組成主要包括石英、斜長石、鉀長石、方解石和黏土礦物,其中黏土礦物含量在16.8%~52%之間,對鹽分敏感的伊蒙混層礦物含量普遍大于10%�？紫端}分含量在0.51%~6.25%之間,平均為2.7%。物質(zhì)成分為孔隙水鹽分效應(yīng)提供了作用條件。(3)將CPTu及DMT測試參數(shù)繪制于對應(yīng)的分類圖中。結(jié)果表明,基于CPTu參數(shù)的Robertson土類行為指數(shù)分類法幾乎無法辨別出該地區(qū)的軟土,而基于CPTu參數(shù)的Eslami-Fellenius分類法及基于DMT參數(shù)的土分類法則能成功區(qū)分軟土。通過導(dǎo)出修正劍橋黏土的考慮應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史的小孔擴張理論解,給出了靜力觸探錐尖阻力和孔隙水壓力的計算方法。理論模型表明,導(dǎo)致分類產(chǎn)生偏差的原因在于,Robertson分類法采用的分類參數(shù)受到孔隙水鹽分效應(yīng)的影響程度較大。從表達式看,歸一化錐尖阻力Q_t、歸一化摩阻比F_r幾乎隨臨界狀態(tài)線斜率M的改變同倍率變化,導(dǎo)致投影點偏離淤泥質(zhì)土區(qū),向分類圖左上方黏土區(qū)偏移,而E-F分類法和DMT分類法的參數(shù)受影響較小,結(jié)果相對準確。(4)通過等向固結(jié)試驗和固結(jié)不排水剪切試驗研究同一種黏土在不同孔隙水鹽分含量作用下的力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明,鹽分濃度較高的土固結(jié)速度明顯加快,內(nèi)摩擦角較大,臨界狀態(tài)線斜率較大,抗剪強度較高。(5)在53.6kPa固結(jié)壓力下,0.4%、3%、6%鹽分濃度的正常固結(jié)土樣中展開貫入和十字板剪切模型試驗。試驗結(jié)果表明,與0.4%鹽分濃度的黏土相比,3%濃度的黏土錐尖阻力、十字板不排水原位抗剪強度都較高,而側(cè)摩阻力、十字板不排水重塑抗剪強度較小。而當3%與6%濃度的黏土中,錐尖阻力、側(cè)摩阻力、抗剪強度等參數(shù)沒有明顯差異。(6)基于室內(nèi)試驗測得的參數(shù),通過數(shù)值模擬和理論計算得到不同鹽分黏土的SBTn分類參數(shù),結(jié)果表明鹽分較高的黏土側(cè)摩阻力比鹽分低的黏土低,錐尖阻力高,貫入過程中產(chǎn)生的超孔壓高,從而導(dǎo)致投影點在分類圖上向左上方偏移。基于這種現(xiàn)象,引入滲透吸力,通過在SBTn分類圖中引入滲透吸力,提出了考慮黏土鹽分效應(yīng)的土類劃分方法設(shè)想,基于不同的滲透吸力作用強度修正分類投影點。對于孔隙水中含有鹽分,受到滲透吸力影響的黏土,投影點根據(jù)滲透吸力作用強度大小在SBTn圖中向右下方修正至滲透吸力作用強度為0時的投影點,然后根據(jù)修正后的參數(shù)進行土類劃分。采用這種修正方法可以解決決含蒙脫石礦物海相黏土的土分類結(jié)果偏差。
【圖文】：

到的問題相關(guān)。沉淀/溶解現(xiàn)象、離子交換作用、氧化/還原過程、硅酸鹽分解等化學(xué)過程都可能對土的水力和力學(xué)特性及膠凝、體積變化、孔隙分布、孔隙結(jié)構(gòu)變化、壓縮-固結(jié)特性、界限含水率等特性產(chǎn)生重要影響。海相黏土是在海洋環(huán)境下經(jīng)海洋動力過程形成的沉積土，特點在于孔隙水鹽分濃度高。其中的黏土礦物與鹽分環(huán)境相互作用（孔隙水鹽分效應(yīng)），使得海相黏土呈現(xiàn)出特殊的性質(zhì)，微觀上表現(xiàn)為土顆粒的雙電層厚度改變[1]，宏觀上黏土顆粒沉積速率、土的液塑限、滲透系數(shù)、強度、本構(gòu)特性等發(fā)生改變[2-5]。我國江蘇連云港地區(qū)分布著典型的海相沉積黏土（圖 1.1），這是一組在多次海侵、海退旋回中形成的以濱海相沉積為主的淤泥、淤泥質(zhì)軟土地層。連云港海相黏土工程性質(zhì)差，表現(xiàn)為天然含水率高、孔隙比大、壓縮性高、強度低、靈敏度高、滲透性低，并且具有流變性、觸變性，其中含水率、液限、孔隙比等比我國大部分沿海地區(qū)黏土都高[6]。任美鍔[7]根據(jù)黏土礦物構(gòu)成和來源將江蘇北部沿海地區(qū)分成三個沉積區(qū)，其中連云港所在的北部古黃河口外區(qū)伊利石、蒙脫石礦物含量接近 20%。根據(jù)《江蘇省水文地質(zhì)圖》（圖 1.2）顯示，連云港沿海大部分地區(qū)地下水礦化度 III 區(qū)，即大于 10g/L。因此可以推測，連云港海相黏土也受到孔隙水鹽分效應(yīng)的影響，呈現(xiàn)出特殊的工程性質(zhì)。

到的問題相關(guān)。沉淀/溶解現(xiàn)象、離子交換作用、氧化/還原過程、硅酸鹽分解等化學(xué)過程都可能對土的水力和力學(xué)特性及膠凝、體積變化、孔隙分布、孔隙結(jié)構(gòu)變化、壓縮-固結(jié)特性、界限含水率等特性產(chǎn)生重要影響。海相黏土是在海洋環(huán)境下經(jīng)海洋動力過程形成的沉積土，特點在于孔隙水鹽分濃度高。其中的黏土礦物與鹽分環(huán)境相互作用（孔隙水鹽分效應(yīng)），使得海相黏土呈現(xiàn)出特殊的性質(zhì)，微觀上表現(xiàn)為土顆粒的雙電層厚度改變[1]，宏觀上黏土顆粒沉積速率、土的液塑限、滲透系數(shù)、強度、本構(gòu)特性等發(fā)生改變[2-5]。我國江蘇連云港地區(qū)分布著典型的海相沉積黏土（圖 1.1），這是一組在多次海侵、海退旋回中形成的以濱海相沉積為主的淤泥、淤泥質(zhì)軟土地層。連云港海相黏土工程性質(zhì)差，表現(xiàn)為天然含水率高、孔隙比大、壓縮性高、強度低、靈敏度高、滲透性低，，并且具有流變性、觸變性，其中含水率、液限、孔隙比等比我國大部分沿海地區(qū)黏土都高[6]。任美鍔[7]根據(jù)黏土礦物構(gòu)成和來源將江蘇北部沿海地區(qū)分成三個沉積區(qū)，其中連云港所在的北部古黃河口外區(qū)伊利石、蒙脫石礦物含量接近 20%。根據(jù)《江蘇省水文地質(zhì)圖》（圖 1.2）顯示，連云港沿海大部分地區(qū)地下水礦化度 III 區(qū)，即大于 10g/L。因此可以推測，連云港海相黏土也受到孔隙水鹽分效應(yīng)的影響，呈現(xiàn)出特殊的工程性質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU447

【參考文獻】

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本文編號：2708846