（岩土工程专业论文）胶州湾地区真空堆载联合预压软基加固技术适应性研究.pdf

摘要 胶州湾地区经济发达，在环胶州湾地区有青岛经济技术开发区、青岛出口加工 区、西海岸出口加工区、前湾港等地区，基础建设日益发展，由于该地区属于软土 地基，需选择经济合理，技术可靠的软土地基处理方法。真空堆载联合预压加固技 术处理地基在胶州湾地区做过不少试验，本文针对胶州湾地区软土特性，通过地质 特性分析，以及真空一堆载联合预压监测资料分析，分析了胶州湾地区软土在真空 一堆载联合预压期间地基参数变化规律。通过理论分析和有限元计算，探讨真空一 堆载联合预压技术在狡州湾地区的适应性。 l 、研究了胶州湾地区软土的分布情况以及物理力学性质，总结了胶州湾地区软 土力学性质变化规律。通过与其它沿海软土特性的对比分板，探讨胶州湾地区软土 分布特点。总结出胶州湾地区软土堙深浅、下部为基者、渗透性以及固结特性好， 真空堆载联合预压适应性较好的特点。 2 、研究了胶州湾地区软地基真空堆载联合预压期阅监测资料，以监；贝| | 资料分 析为基础，并通过与其它地区部分真空堆载联合预压实例进行对比，分析胶州湾地 区软土预压的固结特点，从真空度、孔隙水压力、侧向位移、表面沉降、地基强度 等分析中，得出胶州湾地区真空一堆载联合预压监测有许多有益盼特点。 3 、研究了真空一堆载联合预压时，预压区外侧向位移发展规律，推导了真空度、 堆载压力、加固区形状、侧向位移等的关系式，并进行了实例验证。并提出一种监 测真空堆载联合预压加固区内地下水位量测装置。 4 、苇用a b a q u s 软件，对胶州湾地区菜工程进行数傻模拟，计算结果可见， 胶州湾地区孔隙水压力消教快速，且有必要在预压区周边设置密封帷幕，保证真空 能量加固效果。 关键词：真空堆载联台预压胶州湾地区软士特性监测分析 侧向水平位移地下水位有限元 a b s i r a c l l j i a o z h o ub a yi so n eo fd e v e l o p e da r e a , q i n g d a oe c o n o m i ct e c h n i c a ld e v e l o p m e n t a r e a 。q i n g d a oe x p o r tp r o c e s s i n gz o n e ，x i h a i a ne x p o r tp r o c e s s i n g z o n e ，a n dq m n w a np o n b e l o n gt o 慨, t h e b a s i sc o n s t r u c t i o nm o r ea n dm o r ep r o s p e r o u s ，b e c a u s el o t so f s o f ts o i l 燃i s t 协 i a o z h o ub a y , t h e nn e e df i n d i n gat e c h n i c a lt h a ti s e c o n o m i ca n dr e l i a b l e , t h e v a c l 】1 】瑚_ h e a p e dl o a dc o m b i n i n gp r e l o a d i n gt e c h n i q u ed e a l i n gw i t hs o f t s o i li nj i a o z h o u b a yh a v eal o t o fe x a m p l e ，s om a i nb o d yo ft h ea r t i c l ei ss t u d ya d a p t a b i l i t y o f v a c u l h n h e a p e dl o a dc o m b i n i n gp r e l o a d i n gt e c h n i q u e i nj i a o z h o ub a yb ya n a l y s i so f p 翔p 哦yo fg e o l o g ya n dm o n i t o r sd a t a t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n df e m i su s e dt ov e r i f i e d t h ea d a p t a b i l i t yo fv a c u u m - h e a p e dl o a dc o m b i n i n gp r e l o a d i n gt e c h n i q u ea n da n a l y s i s r e a s o no ff a i l u r ep r o j e c t 1 、t h e 馥a r a e t e ra n dc h a n g i n gl a wt h a ti ti sd i s t r i b u t i o nc o n d i t i o no f s o i ll a y e ra n d s o f ts o i lp h y s i c a la n dm e c h a n i cp r o p e r t yh a sb e e ns t u d i e di nj i a o z h o ub a y c o m p a r i n g 诚盘s f ts o i lo fs o 撼a r e 鬈h a v eac o n c l u s i o nt h a tt h em a i ns o f ts o i lh i d d e ns h a l l o w , a n d d e p o s i to nb e d r o c k ，p e r m e a b i l i t ya n dc o n s o l i d a t i o ni s b e t t e rt h a no t h e rs o f ts o i la r e a ， a d a p t a b i l i t yo f v a c u u m - h e a p e d l o a dc o m b i n i n gp r e l o a d i n gt e c h n i q u ei sb e t t e r 2 、s t u d i e dm o n i t o r i n gd a t ao ft h ev a c u u m - h e a p e dl o a d c o m b i n i n gp r e l o a d i n g t e c h n i q u ei nj i a o z h o ub a y , a n a l y s i st h el a wo fc o n s o h d a t i o n b yc o m p a r i n gw i t h s o f ts o i l 嫩o n i t o r i n gd a t ao fs o u t ha r e a ，f r o mv a c u u m ，p o r ep r e s s u r e ，h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t ， s 。t t l e m e n ts t r e n g t ha n a l y z et h eu s e f u ll a wo fc o n s o l i d a t i o nd u r i n gp r e l o a d i n gt i m ei n j i a o z h o ub a y 3 、s t u d i e dm eh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n td e v e l o p i n gl a wd u r i n g p r e l o a d i n gt i m e ， e s t a b h s h e dt h ef o r m u l at h a ti tc o n n e c t sv a c u u mp r e s s u r e 、h e a p e dp r e s s u r e 、s h a p e o t o r e l o a d i n ga r e a 、w i t hh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t ，i th a sb e e nv e r i f i e d a n dc r e a t ea 觥 e q u i p m e n t t om o n i t o rt h eg r o u n d w a t e rl e v e li np r e l o a d i n ga r e a 4 、m a k i n gu s eo f a b a q u ss o f t w a r e , b e i n g i np r o g r e s st os i m u l a t eo n eo fj i a o z h o u b a yp r o j e c t s ，p o r ep r e s s u r ec l e a ro f fq u i c k l yi nt h e r ea n d m u s tt om o u n tt h ea i r p r o o fw a l l p r o t e c tf r o ml e a kv a c m n np r e s s u r e k e yw o r d s ：v a c u u m h e a p e d c h a r a c t e r so fs o f ts o i l g r o u n d w a t e rl e v e l f e m l o a dc o m b i n i n gp r e l o a d i n g a n a l y s i s o fm o n i t o rd a t a t e c h n i q u ej i a o z h o ub a y h o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 如不实，本人负全部责任。 论文作者c ：盈上斗一0 7 年月7 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊 ( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被 查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究 生院办理。 论文作者( 签名) ： 叼年 乡月可e l | 第一章绪论 第一章绪论 1 1 、课题的提出 在我国的沿海、沿江、滨海湖泊地区等均存在不同程度的海相或湖相沉积的软 土，软土“1 定义为天然含水量大于3 5 ，天然孔隙比大于l0 ，十字板强度小于3 5 k p a 定为软土。软土具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性小和灵 敏度高等特点。 由于沿海地区的经济发展快速，经济建设也较快，胶州湾地区处于软土密集区 域，在环胶州湾地区正在修筑或已经修筑了许多道路、港口工程，在这些工程建设 中，地基处理是一个不可回避的问题，应用何种方法去解决，效果和费用如何是必 须考虑的因素。真空一堆载联合预压技术在胶州湾地区做过一些应用研究，并取得了 较好的加固效果，但也有个别工程未达到理想加固效果，因此，在应用上产生了分歧， 影响了该技术的进一步推广，因此，真空一堆载联合预压技术在胶州湾地区适应性值 得研究。 胶州湾地区”为一半封闭型海湾，湾内宽敞开阔，自然条件具有相对的独立性， 因流入海湾的河流较小，入海物质少且细，同时加上潮汐作用下，除个别河口外， 三角洲皆不发育，甚至与毗连的海滩浑然一体，形态上有明显的三角洲特征，界线 不易划分，相当于潮汐三角洲，按其沉积物的粗细分为两类：一为砂质海滩及河e l - - 角洲，主要分布在西海岸出口加工区至薛家岛之间，此外在孤山附近岸段也有分布， 其特点是海滩宽度较小，一般不大于2 公里，沉积物以沙为主，杂以砾石，或粉砂， 淤泥，二为粉砂淤泥质海滩及河口三角洲，特点是沉积物以软泥或粉砂质软泥为主， 在胶州湾由于海湾的封闭性特点，使得它的软土特点与上海等沿海地区存在差异。 因此，阐明胶州湾地区软土特性，以及在该地区道路建设中，选择一种技术可靠、 经济合理的地基处理方法是目前问题的关键。 目前在道路软基处理工程中常用的地基处理方法是排水预压法和复合地基法 4 e s i l 、排水预压法包括真空预压、堆载预压、井点降水、真空一堆载联合预压等方 法，由于真空一堆载联合预压工艺简单、工期短、质量容易控制，目前应用广泛。 2 、复合地基法，包括碎石桩、粉喷桩等，该法能够缩短工期，但处理单价较高。 河海大学硕士论文 对于软土地基处理还需要结合当地工程实际情况选择合理的方法处理地基，在保证 工程质量的情况下，减少处理费用。任何一种地基处理法均有自身的适用条件，一 般复合地基处理法是排水预压法费用的2 4 倍嘲，介于对工程费用的考虑，工程中 对于两种方法均适用的条件下，常采用排水预压法，其中真空一堆载联合预压较常用， 节约了不少工程费用。胶州湾地区地处软土地区，现就讨论真空一堆载联合预压加固 法在该地的实用性，在保证工程质量的情况下减少工程投资费用，对该地工程建设 具有重要意义。 1 2 、胶州湾地区真空一堆载联合预压研究现状 1 2 1 、真空一堆载联合预压介绍 早在1 9 5 2 年瑞典皇家学院的杰尔曼( w k j e l l m a n ) 就提出用真空预压加固地基 模型”1 ，但是由于密封效果、大功率真空泵不能很好解决，没有大范围推广，但提出 了一种新的地基处理方法阻1 ”。随着经济技术的快速发展，在当前密封问题、抽真空 设备问题已经完全解决，同时经过这几年的试验研究已经证明该方法是经济合理、 技术可靠的。给工程建设节省了不少费用，真空预压也被广泛应用。真空一堆载联合 预压法是通过结合实际路堤填筑而派生出来的，通过室内离心模拟试验以及现场试 验。1 ”表明，真空压力与堆载压力是可以叠加嘲的，真空一堆载联合预压法结合了真空 预压与堆载预压各自的优点。 因此，在施工过程中也是真空 密 预压与堆载预压施工的结合。 真空一堆载联合预压阻埘 是在需要加固的软土地基表 面先铺设砂垫层，打设垂直排 水通道( 如：砂并，塑料排水 板) ，然后在砂垫层内铺设真 空系统吸管，然后铺设土工 布，防止铺设塑料密封薄膜 时，土颗粒刺穿膜面；再用密 图1 1 真空一堆载联合预压示意图 封膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过利用真空系统内吸管连通真空泵抽 2 第一章绪论 气，使真空压力逐步均匀布置在整个加固区内，在整个加固区内的真空压力与大气 压力形成压力差，一般为8 0 k p a ，在该压力差作用下，孔隙水不断的通过真空系统排 出加固区，真空压力不断向下传递，土体逐步固结。当土体具有一定强度后，为了 进一步加快土体固结速度以及提高土体强度，在密封膜上进行堆载，在真空压力和 堆载压力共同作用下，土体固结速度明显加快，但在真空压力作用下，保证了在堆 载时路堤的稳定，能够防止产生较大的剪切破坏，保证土体强度稳定增长。真空一堆 载联合预压示意图如图1 1 。 1 2 2 、胶州湾地区真空一堆载联合预压加固现状 目前胶州湾地区软土地基处理方法主要有堆载预压、真空一堆载联合预压、强夯 等方法。随着胶州湾地区青岛经济技术开发区、青岛出口加工区、西海岸出口加工 区的发展，胶州湾地区建设了许多道路。由于建设单位对工程费用、工期、质量等 的全面考虑，最为常用的是真空堆载联合预压加固法，现就该法在胶州湾地区应用 情况进行说明： “ 胶州湾地区首先在前湾港地区进行了真空堆载联合预压软基加固“”，在前湾 港港区内大量堆场均采用了真空堆载联合预压或真空预压软基处理。 2 0 0 3 年，青岛滨海公路软土地基处理“，采用真空堆载联合预压地基加固技术， 该工程位于青岛市开发区行政商务中心区南侧，唐岛湾北侧，工程起点为嘉陵江西 路，终点为江山南路，道路宽度5 0 米，软基加固宽度5 6 米，全长5 9 2 0 米，其中约 4 9 2 0 米建于海岸滩涂区。采用了真空堆载联合预压加固，加固效果较好。 2 0 0 5 年，青岛经济技术开发区唐岛湾景观工程”，采用了真空预压软土地基处 理，加固效果良好，但由于部分加固区密封存在问题，未达到理想加固效果。 2 0 0 5 年，青岛经济技术开发区西海岸出口加工区龙泉工业园道路工程”，采用 了真空一堆载联合预压软基处理十号线、十一号线、昆仑山北沿线部分加固区，该工 程位于青岛经济技术开发区红石崖镇。加固效果良好。 2 0 0 5 年、2 0 0 6 年，青岛出口加工区道路工程嘲，分别对南海一路、南海二路采 用了真空堆载联合预压加固，加固效果较好。 2 0 0 6 年，青岛北船重工海西湾造修船基地造船坞西围堰软土加工工程嘲，采用 了覆水真空预压地基加固。 3 河海大学硕士论文 1 2 3 、真空堆载联合预压侧向位移理论研究 1 9 5 2 年瑞典皇家学院杰尔曼( w k j e l l m a n ) 教授提出真空预压法加固地基模型 嘲，受到广泛关注。其后，美国、苏联、日本也相继投入研究。我国在建国5 0 、6 0 年代也开始对该方法进行研究，并取得一定进展。1 9 5 9 年天津大学开展了真空预压 试验研究，重点研究真空预压的规律性和加固效果，推导出了适宜于在广东珠三角 地区沉降量预估方法，1 9 8 0 年交通部一航局科研所在塘沽新港进行了几次现场试验 取得巨大成功并在1 9 8 5 年1 2 月通过国家技术鉴定，其后河海大学把该项技术应用 到道路软土地基处理中，并开始对真空一堆载联合预压侧向位移对周边建筑物的影响 研究以及影响范围的研究。 朱继伟。”提出影响真空预压侧向变形的因素有( 1 ) 加固区面积大小，( 2 ) 土体 性质，( 3 ) 预压条件，包括：地基内真空度大小、塑排间距、深度等。探讨了真空 预压侧向变形和最大加固深度的关系，并通过若干工程实例分析进行了研究。 吴跃东等。”得出侧向位移量和位移速率与荷载大小有明显的相关性，随着荷载 的增加，位移量和位移速率增大，加载停止，位移量和位移速率显著减小。与堆载预压 不同的是随着加荷的停止，水平位移不是向外位移，而是使土体产生向内收缩变形， 因此对路堤稳定非常有利。 陈析怫1 深入地研究了真空预压侧向位移特点以及规律，土体侧向变形，与地基稳 定的关系，同时，研究了该变形的诸多益处。 王爱平啪1 提出真空一堆载联合预压侧向水平位移主要集中发生在0 5 m 范围内， 最大值发生在地表，而不是地质条件较差下卧层中。 朱建才“”提出真空一堆载联合预压侧向水平位移一般发生在地基l o m 深度内。 朱虹、朱建才汹3 提出真空堆载联合预压和路基填筑期间，地基在堆载附加应力 作用下向加固区外位移，影响范围2 0 m 左右。 王劲、陈晓平啪3 认为真空预压法加固软土地基对周围地基变形有影响，影响范 围与当地的土质条件、密封效果、抽真空强度有关。 1 3 、目前仍存在的问题 虽然真空预压以及真空一堆载联合预压在广大沿海地区应用广泛，但胶州湾地区 真空一堆载联合预压技术应用从青岛滨海道路工程软基真空一堆载联合预压逐步推 广，先后在青岛经济技术开发区、西海岸出口加工区、青岛出口加工区等地区软基 4 第一章绪论 加固工程中应用。大部分软基利用真空一堆载联合预压法加固地基效果较好。但部 分地区由于种种原因，预压区密封效果差，膜下真空压力达不到设计要求真空压力， 如：海西湾某工程，以及唐岛湾景观工程某些预压区。随着胶州湾地区经济建设的 大力发展，在湾内存在大量软土需要处理，虽然真空一堆载联合预压加固技术效果 较好、费用较少、质量容易控制，但由于部分加固工程预压效果不理想，使该技术 在应用方面产生分歧，限制了该技术的推广。为了实现工程建设经济合理、技术可 靠的目的，为胶州湾地区真空一堆载联合预压技术软基处理推广应用提供佐证。本文 分析胶州湾地区地质特点、以及部分真空一堆载联合预压监测资料，研究胶州湾地 区真空一堆载联合预压的适应性。 同时，目前真空一堆载联合预压侧向水平位移研究主要是对周边的影响，以及影 响侧向位移的因素，但未对侧向水平位移影响因素产生的效果量化，或计算公式复 杂。因此，有必要进行进一步分析，更进一步探讨真空一堆载联合预压侧向水平位移 对边界的影响。 1 4 、本文研究内容 结合目前真空预压与真空一堆载联合预压研究现状和存在的问题，本文以胶州湾 地区地质资料，以及真空一堆载联合预压工程监测资料为基础，对以下几个问题进行 重点研究： 1 4 1 、胶州湾地区软土地质特性研究 通过收集和整理胶州湾沿线大量地质资料，通过物理力学指标统计，得出胶州湾 地区软土的力学性质和物理力学指标变化范围、规律以及分布状况。通过统计，得 出胶州湾地区典型软土分布特点以及地层层序。主要工作如下： l 、通过对胶州湾地区大量软土物理力学性质指标统计分析，分析软土物理力学 指标变化范围以及分布规律，并通过与南方各地软土性质进行对比，探讨胶州湾地 区软土的特点。 2 、利用胶州湾地区典型地层特性，分析真空预压和真空一堆载联合预压适应性， 以及胶州湾地区真空一堆载联合预压加固软土地基强度特性。 1 4 2 、真空一堆载联合预压加固参数变化分析 通过分析真空一堆载联合预压加固监测数据，从表面沉降、深层水平位移、孔 5 河海大学硕士论文 隙水压力、地下水位等资料的变化规律，探讨胶州湾地区真空一堆载联合预压的加固 特点。 1 、在监测成果分析研究中，通过对不同地区真空一堆载联合预压监测资料进行对 比，分析胶州湾地区真空一堆载联合预压加固特点以及参数变化规律。 2 、利用有限元理论，结合胶州湾地区某工程地层特性，建立概化模型，并通过 胶州湾地区真空一堆载联合预压模拟计算，验证胶州湾地基加固特点。 1 4 3 、真空一堆载联合预压加固侧向水平位移及膜内水位监测探讨 1 、通过前提假设，利用力学平衡，推导了真空度、堆载压力、加固区形状、侧 向位移的关系表达式，并进行验证。 2 、提出一种膜内地下水位测量装置，能够克服目前膜内地下水位电测法和敞口 式水位管测量水位的损失真空压力，以及测量精度问题。 6 第二章胶州湾地区软土工程性质研究 第二章胶州湾地区软土工程性质研究 2 1 、自然地理条件 胶州湾啪为一半封闭型海湾，湾口最窄处自薛家岛北端至团岛南端仅2 5 公里， 湾内南北向最大长度约4 0 公里，东西向最大宽度约2 8 公里，面积约4 3 8 平方公里， 湾内宽阔开敞，自然条件有相对的独立性，见图2 1 胶州湾地区平面图。 抽 硼 罗柳 一，棚抽删嬲；l 一4 ：一揪： 哆+ ，一髑拶懈一。、甍三舄 碡毒、t m ”懈“。期#? ，螂= 一芝k 胛2 、嬲7 一_ 一。、。：，m 一辩? ，芦一。二渤f9 鼍棚 二i。煮盼：苎；磊艚 m ”一t ，氍：矿* ，j二一、一慈_ ，i 。 7 河海大学硕士论文 大浚旺，营海，附近的白垩砾岩，火山岩分布较多，其中尤以安山岩为主，安山岩 主要分布在薛家岛地区，东大洋；岩浆岩主要分丰在本区的东南部的青岛市区，海 西半岛及黄岛区；大致以即墨一流亭断裂为界，主要为黑云母花岗岩，钾质花岗岩， 中细粒花岗岩等。 2 2 、软土分布特点 胶州湾地区由于受地质、地貌、水文等条件控制影响，湾内松散沉积厚度不大， 根据钻孔和浅地层剖面测量资料嘲。1 ，湾内沉积物一般中部较厚，北部较浅，软土 厚度一般为6 1 0 米，而在湾口附近厚度基本为零，根据自西海岸出口加工区分别 向东北岸的徐家村方向和南部马蹄礁方向地层测量可知，湾内松散沉积物大致可以 分为三层，即上部沙质淤泥质土层，中部为为粉质粘土层，下部为砂砾层等，砂砾 层的下部为风化岩，海湾基岩面起伏较小，南部起伏较大。 海滩及河1 ：3 - - - 角洲因流放海湾的河流短小，入海物质少且细，加上潮汐作用强， 故除个别河口外，三角洲皆不发育，甚至与毗连的海滩浑然一体，形态上有明显的 三角洲特征，界线不易划分，相当于潮汐三角洲，按其沉积物的粗细分为两类：一为 沙质海滩及河口三角洲，主要分布在西海岸出口加工区至薛家岛之间，此外在孤山 附近也有分布，其特点是海滩宽度较小，一般不大于2 公里，沉积物以沙为主，杂 以砾石，或粉沙，淤泥，高潮线附近有沿岸沙堤发育，但规模较小，二为粉沙淤泥 质海滩及河口三角洲，分布在上述段以外的沿岸地区，其中特别是大沽河，洋河河 口附近最为发育，其特点是沉积物以软泥或粉沙质软泥为主，其宽度可达5 公里左 右，大沽河口附近近8 5 公里。 2 3 、软土的地层层序 胶州湾地区。“3 ”m 1 存在的主要软土层为淤泥、淤泥质粉质粘土，典型剖面图 如图2 2 2 6 ： 蔓三童堕塑整垫垦墼圭三墨丝堕婴壅一 匡 藿 z 彩 1：_l： _ ! 图2 2 海西湾某码头剖面图 图2 3 青岛滨海公路某断面剖面图 善j ， 誓i -；j： 三三j 三三i 至 ：1 秀 m h t j l i i l l l l 为旋 t 荔 w j i m 。 杉 。， 图2 4 前湾港某堆场剖面图 9 河海大学硕士论文 _ c ”， 雏 图2 5 西海岸出口加工区道路工程某断面剖面图 萋 图2 6 青岛出口加工区某道路工程剖面图 红岛。“主要地层为：淤泥、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粗砂、粉质粘土、中 砂等；青岛港区为淤泥、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、租砂、粉质粘土等。 根据统计分析，胶州湾地区基岩以上存在的主要土层层序为：淤泥、淤泥 质粉质粘土、粉质粘土、中粗砂、粉质粘土、粗砾砂层，部分地段偶见粉土 或淤泥质粉土夹层。 2 4 、土层典型特性分析 根据以上分析，总结胶州湾地区基岩主要是按强风化安山岩和强风化花岗岩，且 埋深浅。胶州湾地区基岩以上存在的主要软土层为：淤泥、淤泥质粉质粘土，部 1 0 第二章胶州湾地区软土工程性质研究 分地段存在较薄粉土或淤泥质粉土夹层胶州湾地区软土特性统计如下： 2 4 i 、淤泥物理力学性质统计 淤泥，一般为灰褐色，流塑，具高压缩性，高含水量，含有贝壳碎片，主要物 理力学性质统计见图2 7 图2 1 0 所示：( 其中统计点l 1 0 为海西湾北海船厂，1 l 1 8 为青岛经济技术开发区统计点，1 9 3 2 为前湾港统计点，3 3 4 0 为青岛出口加工 区统计点。) l 柏 1 2 0 1 萼8 0 * 震6 0 舯 2 0 0 3 5 3 2 t5 当2 蘧 辞i 5 l 0 5 0 一吣卜o = 署驾= 2 高蜀器高高；器器高器 统计个数( 个) 图2 7 胶州湾地区淤泥含水量统计图 一n 卜曲= 2 窖= 2 高器器高器；岛器岛器 统计个数( 个) 图2 8 胶州湾地区淤泥孔隙比统计图 河海大学硕士论文 12 3 4 5 6 7 8 91 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 92 02 l 毖墨2 42 52 62 7 蠲凹3 13 23 3 3 4 3 7 簦静 - 统f l - + t t ( 个) 图2 9 胶州湾地区淤泥塑性指数统计图 薹l 圃 图2 1 0 胶州湾地区淤泥压缩系数统计图 海西湾、唐岛湾、西海岸出口加工区、青岛出口加工区工程部分已有数据统计 分析，粘聚力l k p a 1 3 6 k p a ，内摩擦角1 5 。1 9 4 。，1 0 0k p a 下固结系数0 0 9 1 0 。c m 2 s 0 4 0 x1 0 。a m 2 s 。 由图可见，胶州湾地区淤泥含水量在主要在5 3 8 8 之间变化，个别点含水量 大于8 8 ，分布在前湾港：孔隙比在1 5 3 3 之间变化，大部分区域孔隙比在1 5 0 2 3 4 之间，前湾港地区存在孔隙比大于2 5 淤泥；塑性指数在1 5 3 0 之间，个别点 大于3 0 ，主要分布在前湾港；压缩系数主要分布在1 5 2 5 m p a l 之间，粘聚力一般 为l k p a 1 3 6 k p a ，内摩擦角1 5 。1 9 。，1 0 0k p a 下固结系数0 0 9 x1 0 4 c 血z s 0 4 0 x1 0 3 c m 2 s ，属高压缩性土，胶州湾地区淤泥物理力学性质统计见表2 1 。 柚 符 嚣 m m 5 o d i 鬃帮越别 第二章胶卅i 湾地区软土工程性质研究 表2 1胶州湾地区淤泥物理力学性质统计 土 内摩 固结系数 层 项目 含水天然孔液性塑性 压缩压缩 内聚力 擦角 ( ! o - j 名量 隙比 指数 指数 系数模量 k p a c m 2 s ) 称 m p a l m a( 。) 最小值 5 3 01 5 01 6 81 3 71 0 71 2 5l1 5o 0 9 最大值 1 2 1 o 3 3 4 2 ，8 93 4 92 5 72 2 7 1 3 6 1 90 4 0 淤 平均值 6 2 o 2 0 9 2 1 4 2 3 3 1 6 61 6 4 2 6 8 3 泥 标准差1 0 8o 2 65 4 9o 5 0o 2 5 变异系数0 1 60 1 4o 2 5 0 3 0 o 1 5 2 4 2 、淤泥质粉质粘土物理力学性质统计 淤泥质粉质粘土，灰黑色，软塑流塑，具高压缩性，含贝壳碎片，主要物理 力学指标统计见图2 1 l 2 1 4 所示：( 1 7 为青岛经济技术开发区土样，6 9 为前 湾港南港区土样，1 1 2 7 为海西湾北海船厂土样，2 8 3 2 为前湾港土样，3 3 4 0 为 青岛出口加工区土样) 柚 芒 3 0 * 抽 1 0 图2 1 1 胶州湾地区淤泥质粉质粘土含水量统计图 河海大学硕士论文 l61 11 62 12 63 13 6 图2 1 2 胶州湾地区淤泥质粉质粘土孔隙比统计图 统计个数( 个) ”45 8 ”“”赫懒( 个) 胶州湾地区淤泥质粉质粘土塑性指数统计图 f 17” ” ”芷 西嚣“” 耵r 个数( 个) 图2 1 4 胶州湾地区淤泥质粉质粘土压缩系数统计图 1 4 6 4 2 l 8 6 4 2 o l 1 1 0 o 0 n o 丑越帚 m m “ n 8 b 4 2 0 d i 籁职型剽 第二章胶州湾地区软土工程性质研究 海西湾、青岛经济技术开发区、西海岸出口加工区、青岛出口加工区工程部分 已有数据统计分析，淤泥粘聚力一般为2 k p a 2 5 k p a ，内摩擦角2 8 。3 2 。，1 0 0k p a 下固结系数0 6 0 x1 0 1 c d s 4 6 0 xl o d s 由以上统计可知，胶州湾地区淤泥质粉质粘土含水量主要分布在2 0 5 0 范围 内，其中含水量小于3 0 淤泥质粉质粘土主要分布在青岛经济技术开发区一带，其它 区域主要为3 0 5 0 9 6 范围内；孔隙比主要分布在i 0 1 2 之间，只有个别统计点出 现孔隙比大于i 2 ；塑性指数主要分布在1 0 1 8 之间，且分布较均匀；压缩系数主 要分布在0 1 8 o 9 1m p a - 1 范围内，个别点大于0 9 1m p a - 1 ，青岛经济技术开发区淤 泥质粉质粘土主要集中在o 1 8 0 3 0m p a l 范围；胶州湾地区淤泥质粉质粘土粘聚力 2 k p a 2 5 k p a ，内摩擦角2 8 4 3 2 。，1 0 0k p a 下固结系数0 6 0 x1 0 4 c m 2 s 4 6 0 1 0 4 c d s ，属中压缩性土。 通过以上分析，得出胶州湾地区淤泥质粉质粘土统计结果表见表2 2 所示： 表2 2胶州湾地区淤泥质粉质粘土物理力学性质统计表 土 内摩 固结系数 层 项目 含水天然孔液性塑性 压缩压缩 内聚力 擦角 ( l o 。3 名量隙比指数指数 系数模量 k p a 称 m p a - 1 l v i p a( 。)c 耐| 心 淤 最小值 1 9 11 0 01 1 5l o 1o 1 72 2 522 8o 6 0 泥 最大值 5 0 21 3 82 4 61 6 ，71 2 85 8 52 53 24 6 质 粉平均值 3 7 61 1 31 7 81 2 80 7 93 0 69 51 8 6 质 粘 标准差 7 0 9o 1 12 0 10 2 71 9 3 土 变异系数 0 1 90 1 00 1 60 4 10 4 9 2 5 、软土物理力学性质规律性分析 2 5 1 、淤泥物理力学性质分布规律 为了了解胶州湾地区软土的分布特点，通过参考胶州湾地区不同地区软土力学 性质，利用数理统计的方法分析胶州湾地区软土物理力学指标分布规律。( 其中统计 点l l o 为海西湾北海船厂，1 1 1 8 为青岛经济技术开发区统计点，1 9 3 2 为前湾 港统计点，3 3 4 0 为青岛出口加工区统计点。) 河海大学硕士论文 1 7 0 窑6 0 占5 0 磊4 0 3 0 1 0 o 2 5 。1 5 丑 篮 矗 1 0 5 暑 靶 划 剽 0 051 0 1 5 2 02 53 03 54 04 5 统计个数个) 图2 1 5 胶州湾地区淤泥含水量分布图 o51 01 52 02 53 03 54 04 5 统计个数( 个) 图2 1 6 胶州湾地区淤泥孔隙比分布图 图2 1 7 胶州湾地区淤泥塑性指数分布图 统计个数( 个) 第二章胶州湾地区软土工程性质研究 罡 弓 棚 辎 嫖 出 图2 1 8 胶州湾地区淤泥压缩系数分布图 图2 1 9 胶州湾地区淤泥压缩模量分布图 图2 2 0 胶州湾地区淤泥压缩系数与孔隙比关系图 1 7 河海大学硕士论文 图2 2 1 胶州湾地区淤泥孔隙比与塑性指数关系图 l1 z1 41 61 8zz zz 4z 6 孔隙比e 图2 2 2 胶州湾地区淤泥含水量与孔隙比关系图 由以上图2 1 5 图2 2 2 图形分析可知： 胶州湾地区淤泥含水率沿胶卅i 湾由南向北分布规律满足如图2 1 5 趋势，其中， 从海西湾北海船厂到青岛出口加工区，含水量逐渐增大，到前湾港含水量达到最大， 然后逐渐减小，青岛出口加工区最小。胶州湾地区淤泥孔隙比变化趋势有中间孔隙 比大，两端较小的规律，前湾港淤泥孔隙比最大，海西湾北海船厂、青岛出口加工 区以及青岛出口加工区分布一致，比前湾港略小，见图2 1 6 ；由图2 1 7 胶州湾地区 淤泥塑性指数由海西湾、青岛经济技术开发区、前湾港、西海岸出口加工区、青岛 帅蚰加o 拿一 棚* 舡 第二章咬射i 湾地区软土工程性质研究 出口加工区分布呈中间大，两端小的特点，其中前湾港塑性指数最大，其它地区则 相应较小，塑性指数一般在1 0 3 0 范围内。图2 1 8 可知，胶州湾地区淤泥压缩系数 在由图所示包线范围内变化，即1 2 5 m p a l 范围内变化，近似均匀分布。图2 1 9 分析可知，胶州湾地区淤泥压缩模量沿胶州湾地区均匀分布，压缩模量一般在 1 2 m p a 2m p a 。 图2 2 0 压缩系数与孔隙比关系曲线可知，二者近似直线关系，口。= 1 9 5 e 一2 ， 因此，对于孔隙比较大，压缩系数也较大。图2 2 1 塑性指数与孔隙比关系曲线可知， 二者也近似直线关系，e = 0 0 2 印+ 1 3 7 ，因此，淤泥塑性指数大者，孔隙比较大， 与图2 1 6 ，2 1 7 结论一致。胶州湾地区淤泥含水量与孔隙比关系近似为w = 3 6 5 e ， 根据勘察报告胶州湾地区淤泥土粒比重g 一般为2 7 1 2 7 6 之间，因此，根据公式： w = 3 6 5 9 可知。二l = 3 6 5 ，所以胶州湾淤泥饱和度s 。z2- 9 891 0 0 v j 通过以上分析，胶州湾地区淤泥各项物理力学指标有一定相关性，且有如下几个 特点： l 、胶州湾地区淤泥压缩模量、压缩系数均匀分布，所以在统计淤泥物理力学指 标规律时，发现前湾港地区淤泥孔隙比略大，含水量较高，塑性指数较高，这是由 于胶州湾出海口较小，胶州湾内具有封闭性，而由于前湾港处于外海影响沉积而成， 沉积环境存在差异引起的，但压缩模量、压缩系数沿胶州湾均匀分布。 2 、胶州湾地区淤泥孔隙比与压缩系数、压缩模量、含水量之间有较好的相关性。 2 5 2 、淤泥质粉质粘土物理力学性质分布规律 淤泥质粉质粘土在胶州湾地区分布较广，该层中常有粉土夹层，其物理力学性 质统计如下：( 其中统计点1 1 0 为海西湾北海船厂，1 l 1 8 为青岛经济技术开发区 统计点，1 9 3 2 为前湾港统计点，3 3 4 0 为青岛出口加工区统计点。) 1 9 河海大学硕士论文 图2 2 3 胶州湾地区淤泥质粉质粘土含水量分布图 图2 2 4 胶州湾地区淤泥质粉质粘土孔隙比分布图 图2 2 5 胶州湾地区淤泥质粉质粘土塑性指数分布图 第二章胶州湾地区软土工程性质研究 051 01 52 02 53 0衢4 0 4 5 统懒( 个) 图2 2 6 胶州湾地区淤泥质粉质粘土压缩系数分布图 i 01 5 2 0 墨蕾404 6 统懒( 个) 胶州湾地区淤泥质粉质粘士压缩模量分布图 图2 2 8 胶州湾地区淤泥质粉质粘土孔隙比与压缩系数关系图 2 1 口 m 8 b 4 2 0 叠h)一攀婿幽 河海大学硕士论文 图2 2 9 胶州湾地区淤泥质粉质粘土孔隙比与塑性指数关系图 图2 3 0 胶州湾地区淤泥质粉质粘土含水量与孔隙比关系图 由以上图2 2 3图2 3 0 图形分析可知： 由图2 2 3 可知，胶州湾地区淤泥质粉质粘土含水量沿胶州湾从海西湾到青岛出 口加工区方向，含水量分布如图中f t 线，含水量在青岛经济技术开发区略小，当排 除青岛经济技术开发区统计点后，淤泥质粉质粘土含水量基本是均匀分布，如图2 2 3 中b 线所示。由图2 2 4 、图2 2 5 胶州湾地区淤泥质粉质粘土孔隙比分布图可知，胶 州湾地区淤泥质粉质粘土由南到北孔隙比、塑性指数趋势线有逐渐增加的趋势。胶 州湾地区淤泥质粉质粘土压缩系数沿胶州湾由南向北逐渐增大，所以，海西湾、青 岛经济技术开发区淤泥质粉质粘土压缩系数最小，胶州湾北部青岛出口加工区、红 第二章胶州湾地区软土工程性质研究 岛、青岛一带最大见图2 2 6 。图2 2 7 统计数据趋势线分析中可见：胶州湾地区淤泥 质粉质粘土由南到北压缩模量逐渐减小。 胶州湾地区淤泥质粉质粘土孔隙比与压缩关系曲线中可见，胶州湾地区淤泥质 粉质秸土孔隙比与压缩系数统计点满足：p = 0 1 4 a ，+ 1 0 4 ，见图2 2 8 。可见压缩 系数随孔隙比增加而增加，胶州湾地区淤泥质粉质粘土孔隙比有逐渐增大的趋势， 所以压缩系数分布也有逐渐增大的趋势，证明了前述统计结果。胶州湾地区淤泥质 粉质粘土孔隙比与塑性指数关系曲线统计点趋势线分析可知，胶州湾地区淤泥质粉 质粘土孔隙比与塑性指数满足：e = o 0 1 z p + 0 9 6 ，见图2 2 9 但由于孔隙比逐渐增大， 所以塑性指数也逐渐增大，可见与前述分析结果较一致。同时图2 3 0 说明胶州湾地 区淤泥质粉质粘土含水量与孔隙比满足一定的规律，含水率与孔隙比统计趋势线， 胶州湾地区淤泥质粉质粘土除青岛经济技术开发区外满足：w = 3 5 4 e ，而青岛经济 技术开发区地区则满足：w = 2 4 3 e 。这是由于青岛经济技术开发区地区为人工填土 造陆区域，非自然沉积所致，而其它地区均为天然土层满足相同的规律。胶州湾地 区土粒比重q 一般在2 7 0 到2 7 6 之间，可见胶州湾地区淤泥质粉质粘土饱和度变 化范围为：9 5 j ，1 0 0 ，而青岛经济技术开发区饱和度略低。 由以上分析可见，胶州湾地区淤泥质粉质粘土有如下几个特点： 1 、胶州湾地区淤泥质粉质粘土含水量均匀分布，孔隙比、塑性指数沿胶州湾由 南向北逐渐增大，压缩模量逐渐减小，压缩系数逐渐增大。青岛经济技术开发区淤 泥质粉质粘土饱和度略小，主要是人工填土造陆区域非自然沉积所致。 2 、胶州湾地区淤泥质粉质粘土孔隙比与塑性指数、压缩系数，含水量等物理力 学指标之间具有很好的相关性。 2 6 、胶州湾地区软土与沿海地区软土对比分析 胶州湾地区属于北方沿海地区，通过分析天津、青岛、连云港等地软土特点， 总结北方软土分布特点，以及通过与沿海地区，如：上海、浙江、福建等地软土对比， 分析北方软土与南方软土的异同以及胶州湾地区软土的特性，各地区软土分布见表 3 “”2 3 。 河海大学硕士论文 表2 3各地软土分布特点 压缩系数压缩模量 地名土名含水量孔隙比塑形指数液性指数 ( m p a - 1 )( 呼a ) 淤泥质 粘土 3 8 5 81 0 9 1 6 01 7 2 31 2 1 80 7 1 2 天津 粘土2 6 4 00 7 6 1 0 91 2 1 81 1 1 2