杭州湾新区深部高液限黏土工程特性研究

陈明举; 池恒天; 武维勇; 程春红

doi:10.3969/j.issn.1007-2993.2023.02.001

杭州湾新区深部高液限黏土工程特性研究

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.02.001

陈明举¹,
池恒天^{2, 3, ,},
武维勇²,
程春红²

1.
宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波　315101
2.
浙江省工程勘察设计院集团有限公司，浙江宁波　315012
3.
宁波工程勘察院有限公司，浙江宁波　315012

详细信息

作者简介:
陈明举，1988年生，大学本科，工程师，从事岩土工程、水工环地质工作。E-mail：409839327@qq.com

通讯作者:
池恒天，1984年生，硕士，注册土木工程师（岩土），高级工程师，从事岩土工程、水工环地质工作。E-mail：27883329@qq.com

中图分类号: TU 42
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出版历程
- 收稿日期: 2021-11-30
- 修回日期: 2022-07-18
- 录用日期: 2022-08-25
- 刊出日期: 2023-04-08

Engineering Characteristics of Deep High Liquid Limit Clayin Hangzhou Bay Area

1.
Ningbo Rail Transit Group Co., Ltd., Ningbo 315101, Zhejiang, China
2.
Zhejiang Engineering Investigation and Design Institute Group Co., Ltd., Ningbo 315012, Zhejiang, China
3.
Ningbo Engineering Survey Institute Co., Ltd., Ningbo 315012, Zhejiang, China

摘要

摘要: 宁波杭州湾新区地处长江入海口南侧，地质环境和水动力条件复杂，沉积环境多变。该区地表以下40～60 m范围内普遍分布有高液限黏土层，该层土常处于建筑工程深基础持力层范围内，研究该层土的工程地质特性对杭州湾新区的开发建设具有重要的社会经济价值。从常规土工参数汇总、数理统计分析、结构性、损伤模型参数、三轴CU试验等方面研究杭州湾新区深部高液限黏土的工程特性，结果表明：（1）杭州湾高液限黏土物理性质表现为天然含水率高、孔隙比大、液限高等特征，但力学性质接近于宁波地区冲湖积的第二层硬土层；（2）通过数值计算软件检验，各物理力学参数基本呈良好的正态分布，可将物理指标参数视为常量，力学指标作为变量，同时需要考虑时空变异性和区域性；（3）根据试验结果定量计算，杭州湾高液限黏土为欠固结土、高灵敏度较强结构性黏土，且原状土多呈现应力软化特征，而重塑土呈现应力硬化特征。
- 高液限黏土 /
- 工程地质特性 /
- 物理力学参数 /
- 损伤模型参数
Abstract: Ningbo Hangzhou Bay Area is located on the south side of the Yangtze River estuary. The geological environment and hydrodynamic conditions are complex, and the sedimentary environment is variable. The high liquid limit clay layer is widely distributed within the range of 40~60 m below the surface of the area. This layer of soil is often within the range of deep foundation bearing layer of construction engineering. Studying the engineering geological characteristics of this layer of soil has important social and economic value for the development and construction of Hangzhou Bay New Area. The engineering characteristics of the deep high liquid limit clay were studied from the aspects of conventional geotechnical parameters, mathematical statistics, structural properties, damage model parameters, and triaxial CU test. The results show that: (1) The physical properties of Hangzhou Bay high liquid limit clay are characterized by high natural water content, large void ratio, high liquid limit, etc., but the mechanical properties are close to the second hard soil layer of the alluvial lake in Ningbo area. (2) The physical and mechanical parameters are basically normal distribution through numerical calculation software. The physical index parameters can be regarded as constants, and the mechanical index can be regarded as variables. Time and space variability and regional characteristics should be considered. (3) According to the test results, the Hangzhou Bay high liquid limit clay can be quantitatively calculated as under-consolidated soil with high sensitivity. The undisturbed soil shows the characteristics of stress softening, while the remolded soil shows the characteristics of stress hardening.
- high liquid limit clay /
- engineering geological characteristic /
- physical and mechanics parameters /
- damage model parameters

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图 1 双对数坐标系求结构屈服应力^[14]

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图 2 埋深57.7～58.0 m试样先期固结压力P_c计算图示

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图 3 埋深55.3～55.6 m试样先期固结压力Pc计算图示

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图 4 浅部土样ln(1+e)–lgp曲线

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图 5 深部土样ln(1+e)−lgp曲线

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图 6 灵敏度无侧限抗压强度试验曲线

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图 7 压缩指数${C}_{{\rm{c}}}$拟合方程

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图 8 原状土CU试验应力–应变曲线

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图 9 重塑土应力–应变曲线

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图 10 原状土总应力圆（σ₃小于P_c）

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图 11 重塑土总应力圆

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表 1 杭州湾高液限黏土的物理力学性质指标

场地编号	项目名称	取土深度 /m	统计内容	含水量 w/%	天然重度 γ/(kN·m⁻³)	孔隙比 e	液限 w_L/%	塑限 w_p/%	塑性指数 I_P	液性指数 I_L	压缩系数 a_1-2/MPa⁻¹	黏聚力 c/kPa	内摩擦角 φ/（°）
1	杭州湾新区滨海四路陆中湾江桥	45.50～55.20	统计个数范围值平均值变异系数	37 36.5～57.4 45.0 0.120	43 15.7～18.9 17.5 0.045	43 1.021～1.931 1.339 0.184	43 38.4～77.2 52.1 0.199	43 21.7～43.6 29.0 0.207	43 16.4～35.9 23.1 0.201	42 0.59～1.05 0.84 1.109	37 0.30～0.82 0.53 0.287	10 19.0～29.0 24.1 0.140	10 9.3～15.1 11.6 0.168
2	杭州湾新区滨海五路跨陆中湾江桥梁	46.30～52.00	统计个数范围值平均值变异系数	23 38.0～49.7 42.8 0.066	43 14.3～18.9 17.4 0.058	29 0.940～1.416 1.169 0.099	43 29.5～81.8 52.1 0.269	43 17.1～44.7 29.0 0.272	43 12.4～41.0 23.2 0.278	39 0.66～1.32 0.90 0.176	31 0.35～0.65 0.47 0.201	14 19.0～34.0 28.0 0.178	14 9.6～14.8 12.1 0.123
3	宁波杭州湾新区创业创新大厦项目工程	47.80～57.20	统计个数范围值平均值变异系数	112 50.0～85.0 62.6 0.149	112 14.4～17.5 16.2 0.042	112 1.371～2.488 1.789 0.152	112 50.4～88.6 66.4 0.125	112 28.3～50.3 36.4 0.124	112 20.4～39.6 30.0 0.142	163 0.76～0.99 0.88 0.078	94 0.50～1.27 0.69 0.215	84 19.0～49.0 37.0 0.212	84 11.0～17.3 13.1 0.085
4	宁波杭州湾新区杭州湾大道（十塘—十一塘）市政工程	46.00～56.20	统计个数范围值平均值变异系数	60 50.4～81.7 62.9 0.114	60 15.3～18.6 16.4 0.037	60 1.242～2.278 1.750 0.118	60 52.4～83.2 67.9 0.104	60 28.1～48.2 37.4 0.112	60 23.1～42.2 30.5 0.137	60 0.58～1.15 0.84 0.147	55 0.33～0.79 0.53 0.266	37 22.0～58.0 40.5 0.225	37 11.1～21.3 14.9 0.158
5	宁波杭州湾新区海川大道（十塘—十一塘）市政工程	47.40～55.40	统计个数范围值平均值变异系数	54 50.0～87.9 63.7 0.172	54 14.5～17.8 16.2 0.051	54 1.349～2.514 1.812 0.181	54 53.5～90.3 69.1 0.149	54 25.5～51.8 38.3 0.170	54 23.0～43.3 30.8 0.159	54 0.60～0.99 0.82 0.112	46 0.37～0.88 0.61 0.222	31 22.0～44.0 33.0 0.194	31 10.7～18.2 13.1 0.148
6	杭州湾市民中心项目工程	47.80～57.20	统计个数范围值平均值变异系数	284 27.4～85.0 51.8 0.252	284 14.4～20.5 17.0 0.061	284 0.684～2.488 1.485 0.248	284 31.2～88.6 55.4 0.238	284 19.1～50.3 30.6 0.228	284 8.5～40.5 24.8 0.261	284 0.46～1.72 0.85 0.177	280 0.37～1.27 0.62 0.243	265 19.0～54.0 37.0 0.268	265 10.3～19.8 13.4 0.105
7	杭湾健康服务中心	44.30～51.50	统计个数范围值平均值变异系数	34 48.7～59.7 52.9 0.049	38 16.4～17.8 16.9 0.021	35 1.420～1.625 1.514 0.046	32 52.8～63.8 57.1 0.056	34 27.9～35.5 31.3 0.070	33 22.7～28.7 25.5 0.066	35 0.65～0.88 0.81 0.072	30 0.52～1.03 0.72 0.182	28 21.0～36.0 27.1 0.175	28 11.5～17.5 14.3 0.107
8	宁波杭州湾新区市民广场及规划展览馆项目	49.30～61.00	统计个数范围值平均值变异系数	110 40.0～71.1 50.7 0.193	141 14.5～18.9 17.1 0.051	126 1.012～1.997 1.377 0.188	125 40.4～80.4 54.7 0.217	126 22.0～41.6 28.8 0.196	118 18.1～35.9 24.5 0.216	93 0.75～0.94 0.85 0.062	139 0.42～0.99 0.61 0.176	125 21.0～44.0 31.8 0.196	125 11.1～15.3 13.0 0.070
9	宁波杭州湾新区自来水厂	50.10～60.50	统计个数范围值平均值变异系数	74 40.4～44.9 42.7 0.027	74 17.0～18.2 17.6 0.019	74 1.160～1.286 1.224 0.027	74 44.1～56.4 50.2 0.046	74 23.4～30.5 26.6 0.051	74 19.9～26.2 23.4 0.056	74 0.48～0.82 0.68 0.061	50 0.24～0.59 0.389 0.194	50 26.2～43.9 35.2 0.091	50 12.0～16.4 14.0 0.050
10	本课题专项试验	55.15～59.95	统计个数范围值平均值变异系数	235 49.4～90.6 64.5 0.133	235 14.4～17.5 16.1 0.036	235 1.502～2.535 1.828 0.129	235 46.1～96.8 53.8 0.123	235 25.5～53.8 37.4 0.126	235 20.6～44.2 31.2 0.146	232 0.58～1.72 0.87 0.186	235 0.23～1.27 0.63 0.278	202 21.0～60.0 40.3 0.230	202 10.6～21.3 13.7 0.127
注：液限试验中圆锥下沉深度为10 mm。

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表 2 杭州湾高液限黏土与同时代宁波平原区黏土物理力学参数对照

地区	统计数据	含水率w/%	孔隙比e	液限w_L/%	塑限w_P/%	液性指数I_L	压缩系数a/MPa⁻¹	固快c/kPa	固快φ/(°)
杭州湾地区	总数N	910	910	910	910	910	892	826	826
	均值	54.21	1.54	58.98	32.17	0.83	0.47	29.38	17.38
	标准差	9.98	0.28	11.16	6.00	0.10	0.2	14.65	7.00
	偏度	0.220	0.327	0.136	0.169	−0.244	0.025	0.286	1.117
	峰度	−0.766	−0.604	−0.835	−0.776	−0.127	−0.766	−1.151	−0.39
	变异系数	0.184	0.183	0.189	0.187	0.127	0.43	0.499	0.403
	最小值	35.1	0.97	38.9	21.4	0.53	0.08	3.0	9.2
	中位数	53.2	1.511	58.8	31.9	0.84	0.48	27.0	13.9
	最大值	81.1	2.4	87.9	48.8	1.15	0.98	62.0	33.9
宁波平原	总数N	816	816	809	809	805	786	764	764
	均值	29.89	0.84	34.44	20.42	0.68	0.33	31.99	17.34
	标准差	4.22	0.11	3.76	1.86	0.20	0.09	10.07	5.17
	偏度	0.117	0.186	0.345	−0.026	−0.103	−0.040	0.110	1.376
	峰度	−0.505	−0.399	−0.574	−0.149	−0.521	−0.858	−0.119	1.191
	变异系数	0.141	0.135	0.109	0.091	0.297	0.295	0.315	0.298
	最小值	19.6	0.559	26.8	15.5	0.22	0.12	7.0	6.7
	中位数	29.75	0.8395	34.0	20.4	0.7	0.33	31.0	15.6
	最大值	40.6	1.172	43.6	25.5	1.17	0.54	59.0	35.9

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表 3 物理性质指标参数回归方程

杭州湾地区		宁波平原
回归方程	相关系数	回归方程	相关系数
e=0.028w+0.049	0.953	e = 0.026w+0.065	0.926
w_L =37.06e+1.87	0.874	w_L =23.757e+14.41	0.515
w_P =19.58e+1.99	0.844	w_P =9.28e+12.60	0.319
I_P =17.47e−0.12	0.803	I_P =14.48e+1.81	0.371
I_L =0.51w−0.74	0.854	I_L =0.40w+2.08	0.385

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表 4 杭州湾高液限黏性土结构性参数

统计数据	无侧限抗压强度			微型十字板			先期固结压力P_c/kPa	完全损伤参数c_c	结构屈服应力p_y/kPa	静探锥尖阻力q_c/MPa	标准贯入试验N/击
统计数据	q_u/kPa	q_u′/kPa	S_t	q_u/kPa	q_u′/kPa	S_t	先期固结压力P_c/kPa	完全损伤参数c_c	结构屈服应力p_y/kPa	静探锥尖阻力q_c/MPa	标准贯入试验N/击
样本数	10	10	10	24	24	24	18	12	12	24	56
最大值	273.3	36.2	8.4	61.6	16.8	9.25	634.5	1.1026	555	2.36	19
最小值	59.23	14.4	4.28	44.4	3.42	3.21	326.5	0.5112	477	2	8
平均值	104.15	19.52	5.34	55.61	10.22	5.44	464.17	0.69	520.25	2.1	12.8
变异系数	0.204	0.276	0.151	0.085	0.327	0.281	0.233	0.341	0.052	0.048	0.281

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