欠固結粘土的力學特性不同於正常固結土也有別於超固結土。欠固結土的孔壓和強度特性與正常固結土有著本質區別，正常固結土初始孔壓等於靜水壓力，而欠固結土前者大於後者。
基本介紹
- 中文名：欠固結粘土
- 外文名：Underconsolidation clay
- 學科：土木工程
- 設備：雙向循環三軸儀
- 技術：孔壓靜力觸探(CPTU)技術
簡介,循環荷載下軟粘土動力特性研究,循環荷載下軟粘土變形及路基沉降研究方面,總結,
簡介
欠固結土的力學特性不同於正常固結土也有別於超固結土。欠固結土的孔壓和強度特性與正常固結土有著本質區別，正常固結土初始孔壓等於靜水壓力，而欠固結土前者大於後者。利用現場CPT試驗測定欠固結土剪下強度的方法，分析了超固結比對欠固結土海洋土力學特性的影響。此外，還對比了正常固結、超固結與欠固結土的模量變化規律。國內學者中，居俊突破了以往孔壓靜力觸探(CPTU)技術計算超固結比只適用於超固結土的限制，確定出了由CPTU來定量評價欠固結度的方法。李作勤指出欠固結土所受應力水平的不同是造成孔隙水壓力和剪下應力一應變關係變化的重要因素，即不同壓密程度的欠固結土會表現出不同的性質。劉元雪通過原狀土與重塑土不同應力路徑的三軸試驗結果對比表明:欠固結土結構性的增強可以使土樣的內摩擦角增大，對於欠固結土結構性的破壞體應變要強於剪應變。路德春以劍橋模型和修正劍橋模型為基礎，利用插值法理論上得出了可以反映土體欠固結程度的彈塑性本構模型。
循環荷載下軟粘土動力特性研究
關於循環荷載作用下的飽和軟粘土動力特性，主要有以下研究。挪威土工研究所的Andersen等對典型的Drammen軟粘土進行了大量試驗研究，以期獲得更多的研究成果來支持北海重力式石油平台工程的順利進行;日本Matsui等主要研究了這種具有高塑性指數的粘土在孔隙壓力變化發展方面的動力性質，並著重分析了殘餘孔壓與循環荷載作用歷史對於剪下作用的影響;Kagawa等主要研究了軟粘土的動剪下模量與阻尼比隨剪應變的變化規律，並進一步深入具體研究了軟粘土小應變剪下模量的影響因素和計算方法;Matasovic和Vucetic以具有高塑性特點的VPN粘土為對象，通過多組不同超固結比下的室內試驗，研究了超固結比對於土樣軟化的影響;Martin等分析了岩土材料峰值強度各向異性並建立了用來描述岩土材料臨界破壞狀態和峰值強度的剪下破壞準則;Jun Wang和Yuan-Qian等分析了初始剪應力對軟粘土強度、應變累積及循環軟化的影響，得到了軟粘土的非線性軟化模型;王軍和蔡袁強等究了杭州飽和軟粘土孔壓、軟化指數與循環次數的關係並得到了考慮土體結構性的軟粘土的破壞標準。
隨著雙向循環三軸儀的出現，對雙向循環荷載下土體的動力特性研究也有所報導。與單向軸向載入作用相比，在軸向與徑向複合載入下土體的的動強度大小與變形特點發生了顯著的變化。Ishihara等通過單元體雙向直剪和單向直剪試驗得出:在雙向循環載入路徑下，土體的破壞剪應力比只有單向循環載入路徑下相應剪應力比的65%左右。Ishihara等通過砂土的雙向振動試驗表明:雙向振動下土體的峰值孔壓要高於單向振動的20%累積變形高於單向振動的12%土體的抗液化能力要明顯弱於單向振動的情況。栗茂田等通過不固結不排水雙向循環荷載試驗研究了初始剪應力對重塑飽和軟粘土的應力一應變關係與孔壓發展情況的影響，並通過進一步分析建立了雙向禍合循環載入下土體的破壞準則。ChuanGu、Jun Wang等研究了循環圍壓和循環偏應力耦合作用下飽和溫州軟粘土的動力特性，發現相比較於單向循環偏應力的作用，循環圍壓的加入使土樣的累積變形發展速率大大加快，這也就說明了複雜的應力路徑對土體的影響很大。
在研究了雙向循環作用下飽和軟粘土動力性質後，又有學者將研究對象放到了交通荷載所引起的土體在主應力軸旋轉複雜應力路徑下的動力特性試驗研究與試驗模擬上。國外學者如Grade等利用空心圓柱系統對重塑軟粘土進行了一系列主應力軸旋轉應力路徑試驗，得出了主應力軸旋轉對於長期循環荷載作用下軟粘土變形特性的影響不可忽略。國內學者沈揚根據進行的大量軟粘土試驗得出在排水試驗中主應力軸旋轉並不會影響土體的整體強度而是影響土體的原狀各向異性，具體地說便是主應力軸單向旋轉所造成的固結效果使土樣的原狀各向異性軸旋轉。栗茂田等[[26]也對飽和軟粘土的主應力軸旋轉進行了相關的試驗研究，但是大多得出的只是試驗現象的描述，缺少理論定量的成果。另外，由於試驗儀器的局限，上述大部分研究也僅限於考慮主應力軸定向旋轉的影響而較少涉及連續旋轉的影響，更無法未能模擬出小主應力循環變化的工程實際情況。
循環荷載下軟粘土變形及路基沉降研究方面
就交通荷載下軟土地基長期沉降的分析方法來看，最理想方法無疑是直接將經典的動力彈塑性模型與Biot動力有限元分析相結合，從而將動力問題的應力、變形與孔壓禍合在一個數值分析中。然而，這種方法需要準確模擬每一個循環載入過程，難以分析高達數百萬次交通往復循環荷載下的路基變形問題。因此，長期以來預測交通荷載下的路基沉降仍求助於擬靜力方法，即基於室內試驗建立累積塑性變形與循環次數之間直接關係的經驗方法並與分層總和法相結合最終實現路基沉降預測。
在該方面，Seed等較早地研究了循環荷載作用下壓縮性粘土的變形特性，但是由於早期試驗儀器的不足，並未能確定有效變形的具體數值。Monismith等has研究了軟粘土路基土在重複荷載作用下擊實條件、應力水平和應力次序對永久變形的影響。Jin和Miura考慮初始應力場的影響，對模型進行了進一步的修正，但確定新引入的參數仍有一定困難。國內這方面的研究起步較晚，主要針對載入次數、載入頻率和波形、應力水平及超固結土超固結比等影響因素來研究國內不同地區軟土的循環載入特徵。交通荷載作用下，土體所受應力水平遠小於土體的抗剪強度，但作用數量巨大，王軍，蔡袁強等研究結果表明，高循環次數下軟粘土應變累積模式與低循環次數相比相差很大，傳統的模型無法準確實現。
總結
研究對象主要是溫州地區的欠固結軟粘土，由於土的形成歷史的特殊性，因為存在著各種複雜的特性，而交通循環荷載下軟粘土的靜動力性質研究更是一項比較複雜和艱難的工作，需要考慮的因素及解決的問題很多。雖然對欠固結軟粘土進行了不排水剪下試驗與循環三軸試驗，並在試驗結果分析的基礎上得出了一些靜動力方面的初步性質，主要有以下幾個方面還需要進行深入的研究:
1需要考慮更多的影響因素，進行更多的相關的室內振動試驗對不同初始偏應力歷史以及不同振動頻率對溫州欠固結軟粘土動力特性進行分析。更進一步，如果時間充足，在相同的控制因素下，進行多組試驗，減小試驗過程中由於土樣的離散性、試驗者的操作以及試驗儀器所造成的試驗結果誤差。
2試驗中如何更貼近實際地模擬交通荷載也是需要更深入地考慮的。恆定圍壓下的循環三軸試驗對於交通荷載的模擬是非常粗略的，因而可以考慮進一步開展雙向循環三軸試驗來研究在雙向循環荷載下欠固結軟粘土的動力性質。另外，還可以進行空心圓柱試驗來研究主應力軸連續旋轉以及中小主應力循環變化對欠固結軟粘土動力性質的影響。
