（地质工程专业论文）福厦高速铁路软土工程地质特性及其工程处理措施.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 软土的工程地质特性研究就现有文献、国内外研究成果和既有软土 规范来看，应该是比较成熟的。就沉积相来说，软土有山涧洼地软土、溺 谷软土及滨海软土，但不同地区软土工程地质特性差异较大，并且设计采 用的地质力学参数及工程处理措施均不相同，若不加区分地将软规范及 研究成果应用于设计中，施工中将出现整治效果不佳，产生较多地质病害， 这方面在既有工程施工中有较多的经验教训。 本文结合新建福厦高速铁路工程地质勘察工作，系统介绍了沿线软 土研究技术方法，分析了软土成因类型及其分布规律，并采用静力触探、 十字板剪切、现场平板荷载试验及原状土室内土工试验多种方法对比、分 析软土的物理力学指标，采用数理统计方法，提供设计需要的物理力学参 数。 研究软士物理力学指标之间及其与荷载试验资料、静力触探试验资 料之间的相关关系，通过对各项指标的相关关系分析，可获得各力学指标 之间及与原位测试数据之间的规律性关系，建立地区经验公式，为工程设 计服务。 本文还根据沿线软士的空间分布及物理力学性质，提出软土处理的 一般性原则及工程处理措施。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1i 页 a b s t r a c t t h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t so fe n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f s o f t s o i la r er e l a t i v e l yr i c ha c c o r d i n gt oe x i s t e ds o r c o d ea n dr e s e a r c hd o c u m e n t s a th o m ea n da b r o a d a st ot h es e d i m e n t a r yf a c i e so f s o f ts o i l ，i ti sd i v i d e dt o m o u n t a i nd e p r e s s i o nf a c i e s 、l a k ea n dv a l l e yf a c i e sa n ds e ar e g i o nf a c i e s ，b u t t h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c si nd i f f e r e n ta r e a sv a r i e sg r e a t l ya n d m e a w h i l et h e g e o l o g i c a ld e s i g np a r a m e t e r s a n d e n g i n e e r i n g s e t t l e m e n t m e a s u r e sd i f f e rg r e a t l y ，i ft h es o f ts o i lc o d ea n dr e s e a r c hr e s u k sa r ea p p l i e d t o t h ed e s i g ni n d i f f e r e n t l y , t h es e t t l e m e n te 丘b c tu n d e rc o n s t r u c t i o ni sn o tg o o d a n d g e o l o g i c a l d i s a s t e rw i l l h a p p e n o u rd e s i g n i n s t i t u t e s h a r em o r e e x p e r i e n c ea n di n s p i r a t i o ni nt h i sf i e l d t h i sp a p e rb a s e do nt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lp r o s p e c t i n gf o rp r o j e c t e d f u z h o u - x i a m e nh i g l s p e e dr a i l w a ys y s t e m a t i c a l l y i n t r o d u c e st h et e c h n i c a l m e t h o d so fs o f ts o i lr e s e a r c ha l o n gt h er o u t e ，a n a l y s e st h eo r i g i n a lt y p e sa n d t h ed i s t r i b u t i o np a t t e r n so fs o f ts o i la n dc o n t r a s t sp h y s t e a la n dm e c h a n i c a l i n d e xo b t a i n e df r o mt h es t a t i cp e n e t r a t i o nt e s t s ，c r o s s - s h e a rp l a t et e s t s ，i n - s i t e l o a dp l a t et e s t sa n di n d o o rg e o t e c h n i ct e s t s t h ep a p e ra l s oi n v o l v e sp h y s i c a l a n dm e c h a n i c a ld e s i g np a r a m e t e r st a b l er e s u l t i n gf r o mm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s m e t h o d t h ep a p e rs t u d i e st h er e l a t i v e r e l a t i o n s h i pa m o n gt h ep h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l i n d e x ，l o a d - t e s t i n g d a t aa n ds t a t i c p e n e 订a t i o n t e s t s d a t a b y a n a l y s i n gt h er e l a t i v er e l a t i o n s h i pa m o n g t h e s ei n d e x ，t h el a w r e l a t i o n s h i pc a n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 b ed i s t i n g u i s h e d ，s ot h eb u i l tr e g i o n a l e x p e r i e n c ef o r m u l ac a l l b ed i r e c t l y a p p l i e d t ot h e p r o j e c td e s i g n i n g a tl a s t , t h ep a p e rp u t sf o r w a r dt h eg e n e r a p r i n c i p l ea n dw o r k ss p e c i a l s e t t l e m e n tm e a s u r e so nt h eb a s i so ft h es p a c ed i s t r i b u t i o na n dt h ep h y s i c a l m e c h a n i c a ln a t u r e so f s o f ts o i l 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第1 章前言 1 1 线路概况 福州至厦门铁路为客货供线、时速达2 0 0 k i n 的快速铁路，正线长度 2 7 5 k m ，主要通过福建省经济发达的福州市、长乐市、福清市、莆田市、 泉州市及厦门市，跨越闽江、乌龙江、龙江、里海河、迳江、秋芦溪、木 兰溪、洛阳江、晋江、西溪河等较大河流水系，区内福厦高速公路与铁路 并行且多次交叉，地方公路、乡村公路四通八达，阡陌纵横、水网密布。 1 2 沿线地质条件 福厦铁路地处东南沿海，沿线地貌单元主要为低山丘陵、滨海平原台 地地貌。起点福州至上迳镇前宅村、黄石镇至泉州大坪山、道允林至胡厝 等地段属低山剥蚀残丘谷地地貌，地形波状起伏，沟槽宽缓开阔，分布透 镜状软土、松软土。上迳镇前宅村至枫亭镇、泉州大坪山至道允林及胡厝 至厦门为滨海平原地貌，局部地段为剥蚀台地、浅丘，地形平坦开阔，良 田沃野，水网密布，广泛分布海积软土。 沿线大面积分布第四系冲洪积层、海积、坡洪积及残坡积土层，厚度 2 2 0 m 不等，以粉质黏土、黏土、砂土、卵石土、碎石土、淤泥、淤泥 质粘土为主，出露基岩为燕山期花岗岩、石英闪长岩夹辉绿岩脉，侏罗系 上统凝灰熔岩、凝灰岩。地质构造上地处新华夏系一长乐笏石断褶带， 褶皱以“长乐福清火山隆起带”为特征，断裂以长乐南澳大断裂为特 征，次生构造发育，多表现为压扭性断裂、片理化带及侵入岩体等，构造 线走向以北东向为主，北西向次之，构造行迹大多被沿线广布的第四系土 层覆盖。全线地震动峰值加速度为0 1 0 9 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 福厦高速铁路沿线广泛分布的软士是本线主要的工程地质问题，阐明 软土的成因，通过多种测试手段查明软土的空间分布、获取软土的物理力 学指标，在此基础上，选择经济合理的线路方案、为设计提供准确的岩士 物理力学参数并提出软土处理的工程措施建议，不仅是该铁路工程地质勘 察的重点，而且对丰富软土的工程地质研究也具有重大的现实意义。本论 文就是围绕福厦铁路沿线软土的工程地质特征及其工程处理措施开展的。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 第2 章福厦高速铁路软土工程地质研究技术方法 为查清福厦高速铁路沿线软土的空间分布规律及主要物理力学性质， 在勘察中主要采用了以下研究方法。 2 1 区域地质研究法 该方法主要收集并研究区域地质资料，基本掌握全线软土地层年代、 成因类型及空间分布等信息，在此基础上，通过野外详细的工程地质调查 测绘，查明软土分布范围、地层年代及成因类型，从宏观上把握福厦线软 土的工程地质特征。 2 2 现场原位测试 主要采用平板荷载试验、静力触探测试及十字板剪切试验三种方法分 别确定沿线软土的空间分布、力学指标。 1 、平板荷载试验 为研究福厦线沿线软土的承载力和变形特征，分别在沿线福州樟林 马尾段、莆田涵江段、渔溪段和泉州晋江池店段各进行了三组浅层平板荷 载试验，试验士层均为淤泥及淤泥质土，测试点软土厚度均大于5 m 。 本次试验采用边长为1 o l l l 的方形钢板作承压板，并在承压板下铺设一 层不超过2 0 哪的中粗砂找平层，试验的方形基坑宽度3 o m ，开挖时特别 注意不扰动试验土层。试验加荷方式采用分级维持荷载沉降相对稳定法， 即常规慢速法，试验由安装在荷载板上中心位置的油压千斤顶进行逐级加 荷，千斤顶所需的反力由袋装砂堆平台承担，荷载板沉降由直径对称方向 安装的2 个百分表测读。其中，莆田试验段测试点1 及泉州池店段测试点 l 的最大加荷载量为1 3 5 k n ( 即压强为1 3 5 k p a ) ，试验分为9 级进行，每级 西南交堕查兰塑主塑窒圭兰焦堡塞 塑! 要 _ _ _ _ - _ 荷载增量为1 5 k n ：其它测试点的最大加载量均为1 2 0 k n ( 即压强为1 2 0 k p a ) ， 试验分为8 级进行，每级荷载增量为1 5 k n 2 、静力触探测试 现场静力触探测试采用江苏溧阳应用计算机厂生产的先进数字化静力 触探仪，探头圆锥锥底截面积l o c m 2 ，双桥探头测壁面积3 0 0 c m 2 ，锥尖锥 角为6 0 。，探头测力传感器连同仪器、电缆按期标定。深度记录的误差不 大于触探深度的1 。测试时探头匀速垂直压入土中，贯入速率为 1 2 m m i n 。 根据贯入曲线的线型特征，结合相邻钻孔资料和地区经验，划分土层 和判定土层类别，计算各土层静力触探有关试验数据的平均值，对数据进 行统计分析，提供静力触探数据的空间变化规律。 3 、十字板剪切试验 十字板剪切试验用于测定沿线饱和软黏性土( 巾“o ) 的不排水抗剪强 度和残余强度，要求在野外指定的原位土层中进行，与室内试验相比更能 反映土体的天然结构、天然应力状态的一种有效的现场测试方法。利用现 场测定十字板强度可以估算软土地段填筑路堤的临界高度、估算软土的灵 敏度、判断软土固结历史、分析十字板强度与其它指标的关系。 现场十字板剪切试验测试采用浙江南光地质仪器厂生产的c l d 一3 型 静力触探一十字板剪切两用仪进行测试。 十字板剪切试验时插入至试验深度后，至少静止2 3 m in ，才开始试 验，在峰值强度或稳定值测试完后，顺扭转方向连续转动6 圈后，测定重 塑土的不排水抗剪强度。对测试结果绘制单孔十字板剪切试验土的不排水 抗剪峰值强度、重塑土强度和灵敏度随深度的变化曲线，根据土层条件和 沿海地区经验，对测试的十字板不排水抗剪强度进行修正。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 3 机动钻探和室内土工试验 在采用静力触探方法确定了福厦线沿线软土分布的范围、厚度后，即 布置一定数量的机动采心钻孔，一方面现场对软土进行直观描述，另一方 面，在孔内对不同成因、类型的软土采取一定数量的原状土样，并及时送 试验室作土样的物理力学试验。 2 4 数据分析 由于软土分布的空间差异、土质不均质性加之试验误差，上述多种方 法获得的软土物理力学指标数据存在一定的离散性，不能直接将测试数据 提供设计，必须对取得的数据进行统计分析。研究中主要采用“岩土工程 勘察规范”( g b 5 0 0 2 1 ) 中的数理统计分析方法进行数据分析。同时为研究 室内试验相关数据与原位测试方法获得的数据的相关性，建立地区经验公 式，数据分析中也采用了数值分析方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第3 章福厦高速铁路软土成因类型及其分布规律 3 1 沿线软土成因类型 软土是福厦高速铁路沿线广泛分布的一种特殊岩土，也是控制线路方 案、影响工程投资的主要地质问题，一般发育于滨海平原、河床及阶地、 丘间沟槽地段岩性主要为淤泥、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土及软黏土， 成困主要有滨海相、溺谷相及冲( 洪) 积相沉积。 就成因来说：福厦铁路沿线软土主要有两种成因，分布于福州地区的 软土属于溺谷相沉积，而莆田三江口、涵江一带及泉州晋江附近属于滨海 相沉积，沉积环境不同，其相应的物理力学性质也不同。 3 2 软土的空间分布规律 前以述及，福厦铁路沿线跨越低山剥蚀残丘谷地、滨海平原地貌两大 地貌单元，软土呈现以下的空间分布规律： 1 、低山剥蚀残丘谷地中分布的软土范围较小，仅局限于谷地范围内，厚 度较小，一般在2 2 0 m ，最大厚度不超过3 0 m ；滨海平原分布的软土范围 较为广泛，厚度较大，一般厚度在5 3 0 m ，最大厚度超过3 5 m 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 蹦l 硝眦1 7 9蹦i 8 0 雷3 一l 疆州地区山桐各地橱境状软土丹布纵断面 业哩睾点音鬻 ! 挝：疗：媳乒：二：菇：譬簪：芰：培蓑：强；j 涟： 田3 2 术兰瀑特大桥址处瘸海帽较土锹断面 2 、经过勘察发现：福厦铁路沿线软土分布地段均存在硬壳层，山涧谷地硬 壳层相对较薄，一般厚度在1 3 ，而滨海平原软土地段硬壳层较厚，一 般厚度在l 7 m 。 3 、软土分布地段普遍存在定的基底横坡，相对来说：丘涧谷地软基底 横坡坡度变化幅度较大，且相对较陡一些，一般横坡坡度在2 1 5 。，横 坡向谷地开口方向倾斜；滨海平原软土基底横坡坡度变幅较小，横坡坡度 在2 1 0 。，且横坡向沿海一侧倾斜。 4 ：塑堡丛堕鳖坐涧谷地软土分布地段，其基底普遍分布一层砂、卵石土； 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 而滨海平原软土基底却无该层分布，但软土中多夹有呈薄层状分布的砂层 透镜体。 5 、由于福厦铁路位于滨海平原与丘陵、台地的过渡地带，因此，线路位于 滨海平原区地段，下伏古地貌多呈“鸡爪”状向大海方向延伸，在泉州、 晋江一带尤为突出，致使下伏软土也随古地貌呈“鸡爪”状分布，在线路 横向上软土下伏基底也向大海倾斜。分布于福卅地区山涧溺谷相沉积的软 土则随地貌呈“鸡窝状”、“透镜状”分布且范围相对较小。 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第4 章福厦高速铁路软土的物理力学特质 4 1 福州地区山涧溺谷相软土的物理力学性质 该套软土主要为溺谷相沉积，岩性为淤泥、淤泥质黏土，灰深灰色， 软流塑状，含少量腐殖质，多呈透镜状分布。一般上覆硬壳层厚l 3 m ， 软土厚l o 3 0 m ，软土下面往往分布有一层砂、卵石土。线路通过软土地 段约9 8 k m 。 4 1 1 软室内土工试验成果分析 根据福州地区软土试验资料统计结果，其物理力学指标如下表4 一l 、 表4 - 2 及表4 - 3 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 福州( 枢纽) 地区淤泥物理力学指标统计表 表4 1 统计天天天饱和液塑 塑粘聚内压揪 压缩模 深项目然然然度 限限性力摩 量 度密含水孔隙 卦指擦角q m 2b 旺l m 度量比 礼0 6 )啪)数c ( 陆由。d 时1 ) 州w e i p ) 0 舡) d 洋奉 1 2 7 3 ；姐 5 1 2 7 51 2 7 5也7 5口7 51 2 7 5脚1 2 4 7姗蛹姗 l 胁 最大班 值 6 0 阻0 02 3 ll 以l旭5 4 744 & 3缸6l 428 443 1 最小m 值 协 5 l 1 0l5 。甑3丝31 a6923n4q 4 n9 9 平均 1 & 值 5 9 6 & 母l 7 59 6 7强匏3 l 盟0 4h 图t l 蚯1 饽 样本 9 59 5 衢9 5衢乌5锯9 59 59 59 5 1 9 数量 甑 最大 愠 值 3 0 行ll9 9盼56 8蚯73 2 83 3m42 1 937 3 最小 班 值 1 3 5 3 31 5 l照84 0 82 l6l n lb4q 9q 晒1 2 l 平均1 5 值 7 3 8 1 0 6l 图9 5 1 25 1 盛3 1 茁乱0 ll & 8 4矗4 01 2 l2 1 4 样本 数量 田5 9国国国回国5 9 田田5 6 硒 最大城l o o , 0 值 6 0 住7 02 7 4 55 i 4孤l5 3 8托4l 9 哇4 9 3 o 最小娃 值o 5 l l 5 l鲰0 0弛61 946& 9q7 q3 91 2 平均 1 5 值8 。 照3 6l 7 0鲰2 05 3 5 53 2 4 2 2 1 坶2 n5 d0 5l _ 1 922 4 ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 福州( 枢纽) 地区淤泥质物理力学指标统计表表4 2 统天然天然天然天然夜限磐e塑眭懒内嗥压缩系压缩模 深计密度含水孔魄和撇黼数量 度融柑量隙比度礼0 6 )幢0 6 )j pc ( 胁由中。 e n l m 2 项( 9 6 )es r d 卜u 2 蹦撼) 目 0 妇? ) 样本 数量 。23 2就 观盟3 23 2勉3 23 z恐 最大 l 值 l 阻9l5m0甄03 53 l53 3o 卫51 6 l矗1 2 最小 抽l 0 3 & 4 1 0 j9 n73 0 ll 4& 】置4lon4 3】3 2 值 平均 值 城1 8蝈盯l3 3吼6 74 3 o撒圈1 6 1 5 , 9 4 z0 4q9 624 2 样本 数量 5 4 5嘶5 4 55 4 55 4 55 4 5 5 4 5j 0 55 5 4 55 4 5 最大 3 值 1 阮51 5 1 0 l 45 b弼5殂85 38 园51 5 5矗田 最小 】胁1 57 弧7l0 08 9 5丑l1 46 t231q 6 q3 6l4 5 值 平均 值 l 8 4粗心l3 09 7 | 5 。 啦0蕊l 所m 1 6 z5 3a8 62 巧 样本 数量 1 。6 1 3 61 3 6【3 61 3 61 3 61 3 6 1 3 61 3 61 3 6 1 3 6 最大 值 1 a 0缸4l 4 9 1 0 旺0强8瓣5丑9 4 6 92 1 1 1 器也0 6 1 9 最小 2 缸 值 1 6 0甄2l0 0 9 1 5盈7工1 2 l254 n7q4 81 8 平均 值 1 7 0 5 魁1 7l2 59 静 4 1 72 已6 3l 基1 2 凰2 19 3n7 l a 0 7 样本 数量 2 1 22 1 22 1 2 2 1 22 1 22 1 22 1 2 2 1 02 1 1 2 1 22 。5 最大 值 扭2 研3l 勉l 髭4蹶82 5融5 1 鱼211 3 & 钟 最小 城i 值 m o3 4 21 0 l 8 9t 4 6z 2 2 9l 4q2 4 1 8 3 平均 值 l z l 84 4 _ 2 5l 2 l 9 & 位4 0 9 赶2 6l 毛7 3孔1 3 t 1 7q6 7 33 4 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 福州( 枢纽) 地区软土物理力学指标采用值表4 - 3 j ， 天然天然天然天然液限塑限塑性黼内摩压揪腰樾 密度含水孔饱和指数撙啪 a n l 吨2血i - o 2 槲 量雠e度 1 i l 岛)蕊) i pc ( 中。 啦一)慨) w es r 淤泥城76 l _ 0 6i 国啦! 25 l 3 1 6 2觋o l1 8 8 4置4l2 l2 1 4 淤顾 粘土 l l蚯1 71 2 59 6 6 74 1 7孤 l 毫1 2缀2 l9 8n7 13 0 了 4 1 2 福州地区溺谷相软土主要物理力学指标统计分析 根据溺谷相软土试验成果资料绘制了软土主要物理力学指标的频数分 布直方图( 图4 一l 4 4 ) ，这些图件形象地说明了软土主要物理力学指标 的变化趋势。 从频数分布直方图可看出：淤泥的天然含水量、液塑限、孔隙比及压 缩系数均比淤泥质土大，而其内摩擦角、粘聚力及压缩模量较淤泥质土小。 从不同深度的变化趋势来看：淤泥或淤泥质的天然含水量、液塑限、 孔隙比及压缩系数略微递减，但内摩擦角、粘聚力及压缩模量却逐渐变大。 直方图上反映的这些交化与软土的普遍规律和性质是一致的。 西南奎壅奎堂亟主婴塞皇兰垡笙窒 篁! ! 亘 3 卑3 63 8 帅4 2 “鳊们5 05 z5 45 65 86 0 天然含水量w ( ) 2 53 03 54 。4 55 05 56 0 液限w l ( ) 9 9 - 9 盆9 s 9 9 。8 0 婪耋 醛5 蹄。： o o b 孔隙比e 1 82 0 2 22 42 62 83 03 2 3 43 63 84 0 塑限即 -l-j 。 一 t 二 6 4 2 o 暴曝 矗 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 。一r 一r r t t r 、 _ 震k 辞 v 褂 器 礴 磷 k 二 粘聚力c ( k p a )内摩擦角o ( 。) 压缩系数a ( 船一) 压缩模量e s ( i p a ) 图4 一l 淤泥质土主要物理力学指标统计直方图( 埋深l 一3 m ) 一一 堕塑奎塑奎兰堕主堕窒生堂堡垒塞 垦堕 天然含水量# ( 劝 液限吼( ) 孔隙比e 塑鄹p 要塞窭望查堂堡主塑窒竺兰堕堡壅 兰! ! 耍 粘聚力c ( k p a ) 7 攮匡t 内摩擦角o ( o ) 压缩系数a ( 肝一)压缩模量e s ( 船a ) 图4 2 淤泥质土主要物理力学指标统计直方图( 埋深3 1 9 m ) 西南交通大学硕士研究生学位论文 第17 页 5 05 5舯6 57 0 7 58 08 5 天然含水量w ( ) 液限w i ( ) 孔隙比e 塑限即 西南交堡查兰堡主堑壅皇堂焦笙塞 篁! ! 里 ，_ - ，j ，_ _ _ _ _ _ - ，_ - _ _ _ _ h - _ _ _ _ - _ 9 9 誊 奎 蒜 襞i ； 震。 仉嚣 1 1 6 4 戥 | 0 粘聚力c ( k p a ) k ； 辞 v 辩 骚 嚣 嘣 巅 鞲 o24681 01 2 内摩擦角中( 。) - + 压缩系数a ( 耐) 压缩模星e s ( 好a ) 图妒3 淤泥主要物理力学指标统计直方图( 埋深1 - 3 r n ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 夏 天然含水量常( ) 液限w 1 ( 呦 楫 v 褂 臻 释 潞 巅 曝 冰 v 斛 嚣 鼷 喇； 籁 聚 塑限w p 孵驰o。叭埘唧m m 趵o 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0 页 水 v 料 嚣 器 啸 4 。 3 0 0 羹：o o i 。 o 矾 v 斟 鬃 嚣 麟 巅 聪 粘聚力c ( k p a ) 皋- 。 j雾毹。 兽 甜 聚 甾 嘣 妊 嚣 毋 、 褂 骚 罪 蝶 内摩擦角o ( 。) 压缩系数a ( y p f f l )压缩模量e s ( m p a ) 图4 4 淤泥主要物理力学指标统计直方图( 埋深3 1 9 m ) o的驰粕曲蚰曲o：叭 0 0 赫臻 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 4 1 3 溺谷相软土现场原位测试成果分析 i 、十字板剪切试验 本次勘察中，通过对福州地区溺谷相软土作现场十字板剪切试验并收 集了大量的十字板试验资料进行统计分析。袭4 - 4 为福州地区淤泥地层中 十字板剪切试验的不排水强度、残余强度及灵敏度的统计汇总表。 土层原状土抗剪扰动土抗剪不排水抗剪 名称 统计项目灵敏度 强度( k p a )强度( k p a )强度( k p a ) 样本数1 6 7 1 6 71 6 71 6 7 最大值2 6 5 4 1 6 1 02 2 2 02 3 8 9 最小值2 2 0 0 5 01 0 01 9 8 淤泥 平均值1 4 6 5 3 2 46 1 21 3 1 8 标准差5 2 32 4 43 3 24 7 0 变异系数0 ，3 60 7 5o 5 4o 3 6 图4 - 5 是比较典型的4 个测试点绘制的十字板剪切试验软土抗剪强度、 扰动强度与测试深度的关系曲线图。 从曲线上可看出：福州地区溺谷相软抗剪强度随埋深关系曲线变化 较大，呈现较大的峰谷起伏，反映出测试软土层成分不均，含有砂夹层、 硬土块等包含物，但扰动后软土抗剪强度普遍有较大幅度下降，曲线平缓， 说明被测试软土层存在较好的结构联结。 沿线淤泥灵敏度为4 6 ，属很灵敏性土，统计最大值达1 6 2 2 ，属易 流性土，软土扰动后絮凝状结构受到破坏，强度明显下降。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 o51 0 1 5 2 0 2 5 3 0051 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 o 牛上且且n u 强剐k p a l 一 删m ( 1 ) c u ( c u 7 ) 一h 0481 21 62 02 4 18 j 删m 强鹿k p 8 0 4 o 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 强蒯k p a ( 2 ) c u ( c u 7 ) 一h 0481 21 62 02 4 一h 深蒯m ( 4 ) c u ( c u ，) _ h 强刖k p a 图4 - 5 福州地区软土十字掘抗剪强度c u 、c u 7 与i k j j 的关系曲线 ( 图中实线为原状抗剪强虎虚线为技动土抗剪强度) 2 、静力触探试验成果 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 亘 _ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ h - - ，_ _ _ - _ _ _ 通过对沿线软土采用双桥静力触探进行原位测试，全线共进行了 8 3 7 2 m 8 6 3 孔的静力触探勘探，其测试成果主要用于： 1 ) 、查明软土的分布范围，福州地区共查明软土地段长9 8 k m ，效果是 明显的。 2 ) 、划分土层类别 表4 5 为福州地区砂类土2 4 8 组、粘性土1 3 1 组、淤泥1 3 3 组、淤泥 质土5 9 组作出的双桥静力触探测试统计结果划分土层类别的相关参数，统 计结果可应用于福厦高速铁路。 双桥静力触探测试成果划分土层参数表表4 - 5 锥尖阻力侧摩阻力摩阻比 i土层名称 q o ( m p a )f s ( k p a ) f 一( ) l淤泥o 2 o 93 0 1 5 01 0 28 淤泥质0 2 2 13 7 3 8o1 o 2 2 粘性土o 2 2 56 8 5 8 01 0 5 4 砂类土1 o 1 6 03 o 1 3 600 2 2 2 4 2 福州南厦门沿线滨海相软土物理力学性质 沿线滨海相软土主要分布于乌龙江及龙江河床及阶地、涵江滨海平原、 莆田滨海平原、晋江滨海平原及洛阳江、西溪河河床阶地，山问洼地及沟 槽、鱼塘亦有零星分布。岩性以淤泥为主，次为淤泥质黏土、淤泥质粉质黏 土、软黏性土。据钻探揭示，软土上覆硬壳厚l 7 m ，下伏软土厚5 2 0 m ， 局部厚达3 5 m ，软土为灰深灰色，软塑流塑状，质纯，含少量腐殖质。 部分软土层夹薄层砂层透镜体，下伏基岩为凝灰岩，凝灰溶岩，花岗岩等。 由于福厦铁路位于滨海平原与丘陵、台地的过渡带，因此下伏古地貌多呈 “鸡爪”状向滨海方向延伸，泉州、晋江一带尤为突出，致使线路横向上 下伏基床向海微倾，倾角1 。5 。，局部达1 0 。，纵向上偶有较大起伏。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 4 页 4 2 1 滨海相软室内土工试验成果分析 据统计，铁路沿线分布的滨海相软士共计8 2 段，累计长度5 9 ，6 0 k m ， 占线路总长度的2 7 。本次共在软土地段施钻约2 0 0 孔，采取淤泥质土土 样约l 7 组，淤泥样2 6 8 组作了样的常规物理力学试验，对试验资料进 行分析统计，其物理力学指标见表4 6 、表4 7 。 謇董 嚣蒸量鼍 拳 一 螽嫠姜奄 0 瘩 一。 萎塞 蓠蛩 董 婚糕。 趟峨童 躲 避舞吞 基 鬯避eo 螺 匿鐾穴g 耍 豁 差蓬喜 g 鐾r d 曼 嗽 盖誊母芑s ； d 叠崾龋 蠖 靼掣摄一昌 斟 裂翌詈“ 一 霹 掣巅。暑 幡 剥船h 西 蝴 n 蛊 熹占g 计 刊 一 葛 铎 k 鬟富毫 是 搀 “ h 篓 萎蜊： h 雾料喜 霉 兽 d d 寸 矍丑 。 霾二* 婴占专 墨s毒 “d 詈n 是 兽 d ：b 皿 糕趔趔趔刺 嗽赫蚓 螺馨 *_ k嚣 搏 掣 牡球蟛饼_堆 _ i 争( 懈避 限n 滁 认错堪孙州豫摩斟隧扑k瞅懈怔阻 ，、 鏊熏量爸 是 “ 星奏姆鼎毫妻 器i 匣垛更暑 婷删旱 彗 笔拦避 警 姆蠛 幽嚼鲁 蒜世峨弓一 g 墨鞴奇。 姆 回 鐾r 基要 擘 d 意 世嫒：一8交 癌 翟鞴。o d _ 二 譬长8 要 懈 盖耋褂出g 墨蟠撰 扭巅 霉 雌 鬃耀“ 6 耀掣巅。翟 剐 剥趣h o 霉 n 幡 蠹盆辜 篙蝴 雩 刊 萎岳3 肇 k 一 柏 曩蜊i g g d h 篓瓣： 葛 g 登墨。 i n 羹二母 卜 譬 磐占毫 萎a 曩 矗皿妊趔蚓j 玺 剁琳搽捌 祷托盆 始始 螺辞 蟛* 蟑制峨蜷 壮群 h 毒啭 琳#螺嚣葛孙r副嚣熙箍c型州怔善孵 至巨n 瓣 仪错掣扑州保摩_千匿扑k暇似怔翘 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 7 页 表4 - 8 为滨海相淤泥三轴剪切试验统计结果。 福州南至厦门淤泥三轴试验指标统计表表4 8 土名指 标单侥样本数最大值最小值平均值 、 总内聚力 c ( k p a ) 1 9t 8 0 01 0 0 0 1 2 7 9 淤泥 内摩擦角 o ( 。) 1 91 3 3 0 ( 三轴固 8 6 01 13 6 结不排水 有效内聚力 1 92 1 0 0 1 3 0 01 6 9 5 c ( k p a ) 1 91 8 o o4 9 0 1 4 5 1 剪c u ) 有效内摩擦角 o 。 淤泥 1 91 3 9 0 o 7 07 4 3 总内聚力 c ( k p a ) ( 三轴不 固结不排 总内摩擦角 o ( 。) 1 92 9 0 0 7 01 9 5 水剪) 4 2 2 福州南厦门沿线滨海相软主要物理力学指标统计分 析 为进一步说明滨海相软土物理力学性质的分布特征，根据室内士工试 验成果资料绘制了该类软土主要物理力学指标的频数分布直方图( 图 d - 6 4 1 1 ) ，从统计直方图中可看出：福州南厦门沿线淤泥孔隙比普遍 小于2 ，天然含水量在5 5 7 0 范围内集中分布；淤泥固结快剪粘聚力、 内摩擦角较天然快剪时大，水平向的粘聚力、内摩擦角较垂直向的粘聚力、 内摩擦角略小。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 1 0 01 0 4 篦日整j ) n8 0n 8 5n9 0 n9 5i0 0i 惦 n 8 00 8 5n 9 0n9 51c 010 5 干液口i ) 孑l e g l 葡( ) 篡v姆嚣聪躐 糕爨 鬟一脚曝氍磺 赫舔 xv槲骚娶磺 糕臻 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 9 页 累 积 频 蛊 频 数 。i 一，j i j | 虞 氐 累”o 积鼍： 频嚣： 率8 0 3 筹 4 0 频3 0 数 l o 孔隙比e 5 0 5 56 0 6575舯b5 天然含水量( ) 0 2488 l d1 2 1 4 内库嘲喃巾( o )粘聚力c ( 盱a ) 图妒7 滨海相淤泥固结快剪强度指标统计直方图( 垂直向) 堕童奎曼查兰耍主婴窒兰兰垡笙壅 茎! 旦戛 装 黯 嚣 器 啸 籁 蟋 内摩擦角审( o ) 装 一 静 嚣 聚 略 裁 器 粘聚力c ( k p a ) 图4 8 滨海相淤泥固结快剪强度指标统计直方图( 水平向) lij l 。 ， 11i-i 。 ! 量! 内摩擦角中( o ) 桨 一 糌 爨 氍 略 赧 繁 0 2 68 1 01 2 1 41 61 8 粘聚力c ( k p a ) 图4 9 滨海相擞泥天然快剪强度指标统计直方图( 垂直向) 堕童塞望查堂堕主堑壅生堂堕堡塞 塑! ! l 要 篆 斟 骚 稚 赫 糕 爨 浆 一 槲 爨 释 礤 籁 嚣 0 48也t 62 02 4280 t o2 0 3 04 【】5 0f i o7 08 0 帅 ： 。 ： l n 美 糌 嚣 聪 滕 籁 骚 0 4 8 1 2l b2 02 4 拈诒 o l o2 0 3 0 4 05 0 6 d 7 08 09 0 内库甘察角由( o )粘聚力c ( k p a ) 图4 - 1 0 滨海相淤泥天然快剪强度指标统计直方图( 水平向) 1 柏t 1 t o 1 1 51 聃 美 一 糌 爨 聪 啸 。 l 1 i j 氢i 天然密度p ( g c m )有机质含量0 c “) 酗4 - i i 滨海相淤泥质土物理指标统计直方图 赧爨 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 2 页 4 2 3 、滨海相软士现场原位测试成果分析 i 、十字板剪切试验 通过场作的十字板剪切试验资料，对福州南至厦门沿线滨海相的软土 的不排水强度、残余强度及灵敏度进行了统计分析，见表4 - 9 。 福州南至厦门沿线软土十字板抗剪强度、灵敏度统计表表4 - 9 原状土抗 扰动土抗剪不排水抗剪 剪强度灵敏度 土层名称统计项目强度( k p a )强度( k p a ) ( k p a ) c u s t c u l u 样本数 1 7 51 7 51 7 51 7 5 最大值2 6 7 21 7 1 01 6 0 02 4 0 5 最小值2 9 0o ，8 60 5 32 6 l 淤泥 平均值1 6 9 74 9 54 6 l1 5 2 7 标准差5 5 53 4 02 3 14 9 9 变异 系数 0 3 30 6 90 5 00 3 3 样本数5 85 85 85 8 最大值4 4 右92 1 5 856 34 0 2 2 淤泥 最小值1 6 2 03 5 01 7 01 4 5 8 平均值2 9 6 01 0 4 63 1 42 6 ，8 4 质士 标准差7 4 54 4 00 9 46 7 l 变异 系数 o 2 50 4 50 3 0 0 2 5 图4 1 2 是比较典型的6 个测试点绘制的十字板剪切试验软土抗剪强 度、扰动强度与测试深度的关系曲线图。 从曲线图中可看出：滨海平原区原状软土抗剪强度测试曲线大多比较 平缓，反映出表层“硬壳层”下，软土土质较为均匀，而扰动土抗剪强度 下降幅度较大，曲线相对平缓，说明了测试软土具有较好的结构联结。 琶亘垦堕堕查兰塑圭堑窒竺堂竺堡塞 塑! ! 要 _ _ _ _ _ 一一 深度m 强度k p a 深度m 强度k p a 深度m ( 3 ) c u ( c u7 ) - h( 4 ) c u ( c u 7 ) - h 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 1 页 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ 一 度k p a 蜀4 - 12 泉州一莆田地区软土十字板抗剪强度c u 、c u7 与深度h 的关系曲封 ( 图申实线为原状土抗剪强度，虚线为扰动土抗剪强度) 2 、静力触探试验 现场对福州南厦门沿线滨海相软土进行了大量的双桥静力触探进 测试，全线共进行了8 3 7 2 m 8 6 3 孔的静力触探勘探，其测试成果主要用于： 1 ) 查明软土的分布范围，沿线共查明软土地段约8 2 段长5 9 6 0 k m ，占线 路长度的2 7 ，效果是明显的。 2 ) 划分土层类别 表4 一1 0 为统计沿线地区砂类土2 6 2 组、粘性土5 7 6 组、淤泥2 2 组、 淤泥质土15 组作出的双桥静力触探测试、单桥静力触探测试结果划分土 层类别的相关参数，可应用于福厦高速铁路。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 5 页 沿线双桥( 单桥) 静力触探测试成果划分土层参数表表4 - t 0 双桥静力触探单桥静力触探 土层名称锥尖阻力侧摩阻力摩阻比平均比贯入阻力 q 。( m p a )f s ( k p a ) f n ( ) p s ( k p a ) 淤泥0 2 4 0 4 53 2 0 5 2 010 1 91 9 7 6 8 8 1 1 0 淤泥质土0 4 5 07 55 7 5 9 8 0 4 2 0 9 6 6 1 7 0 1 1 0 l 粘性土0 2 2 9 06 5 9 9 0 1 2 0 0 9 1 7 0 5 o o 砂类土1 0 0 1 9 0 0 3 9 1 9 400 2 2 4 0 松软土 7 0 0 1 2 0 0 3 ) 可与土的承载力、物理力学指标建立相关关系，进而确定软土相关指 标，这在下章专门论及。 4 3 滨海相软土现场平板荷载试验研究 现场平板荷载试验能直接反映土的实际变形情况，它模拟软土地基建 筑物基础受力状态及变形特征，符合软土实际变形条件，确定的地基土承 载力( 6 0 ) 及变形模量( e 0 ) 比较可靠，并且与其它原位测试手段及室 内士工试验成果可与之建立相关关系。 本次勘察，分别在福州樟林一马尾段、莆田三江口汉江段、莆田渔溪 段、泉州晋江池店段四段共进行了1 2 次点荷载试验。 从地基土平板荷载试验测试曲线( 图4 - 1 3 ) 上可看出，p s 曲呈缓 变形态。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 1 夏 ，：；k ， 1u_ f 20 s 一p 二3 0 、 引 b u l 70 n 8 u 童90 o e 苗渔溪段测试p s 曲线 圈4 1 3 滨海相软土现场荷载试验p s 蓝线 因此，软土的基本承载力可根据p s 曲线类型确定，若曲线上存在 拐点，则第一拐点压力为比例界限压力p a ，第二拐点对应压力为极限承 载力p u ，当 p u p a 时，6o = p a 。 若p s 曲线为圆弧形，取对应沉降s b ( b 为承压板的宽度) 相应荷载 为软土的基本承载力。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 7 页 浅层平板荷载试验的变形模量e o m p a ) 按下式计算： e o = i o ( 1 一“2 ) p d s 式中1 0 刚性