淤泥壓縮性
1. 軟土的特徵是什麼
軟土【soft soil】是淤泥（muck）和淤泥質土（mucky soil）的總稱。主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質所組成的土。軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙 比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有天然含水量高、天 然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、 靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物 理力學性質相差較大等特點。
一、概述[1] 軟土主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質所組成的土。對淤泥的解釋是，在靜水或緩慢的流水環境中沉積並含有機質的細粒土，其天然含水量大於液限，天然孔隙比大於1.5；當天然孔隙比小於1.5而大於1.0時稱為淤泥質土。對於泥碳的解釋是，喜水植物遺體在缺氧條件下，經緩慢分解而形成的泥沼覆蓋層。其特點是持水性大，密度較小。 二、軟土的組成和狀態特徵[1] 軟土泛指淤泥及淤泥質土，是第四紀後期於沿海地區的濱海相、瀉湖相、三角洲相和溺谷相，內陸平原或山區的湖相和沖擊洪積沼澤相等靜水或非常緩慢的流水環境中沉積，並經生物化學作用形成的飽和軟粘性土。軟土的組成和狀態特徵是由其生成環境決定的。由於它形成於上述水流不通暢、飽和缺氧的靜水盆地，這類土主要由粘粒和粉粒等細小顆粒組成。淤泥的粘粒含量較高，一般達30%～60%。粘粒的粘土礦物成分以水雲母和蒙德石為主，含大量的有機質。有機質含量一般達 5%～15%，最大達17%～25%。這些粘土礦物和有機質顆粒表面帶有大量負電荷，與水分子作用非常強烈，因而在其顆粒外圍形成很厚的結合水膜，且在沉積過程中由於粒間靜電荷引力和分子引力作用，形成絮狀和蜂窩狀結構。所以，軟土含大量的結合水，並由於存在一定強度的粒間連結而具有顯著的結構性。 由於軟土的生成環境及粒度、礦物組成和結構特徵，結構性顯著且處於形成初期，呈飽和狀態，這都使軟土在其自重作用下難於壓密，而且來不及壓密。因此，不僅使之必然具有高孔隙性和高含水量，而且使淤泥一般呈欠壓密狀態，以致其孔隙比和天然含水量隨埋藏深度很小變化，因而土質特別松軟。淤泥質土一般則呈稍欠壓密或正常壓密狀態，其強度有所增大。 淤泥和淤泥質土一般呈軟塑狀態，但當其結構一經擾動破壞，就會使其強度劇烈降低甚至呈流動狀態。因此，淤泥和淤泥質土的稠度實際上通常處於潛流狀態。 三、軟土的物理力學特性[1] 1、高含水量和高孔隙性 軟土的天然含水量一般為50%～70%，最大甚至超過200%。液限一般為40%～60%，天然含水量隨液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1～2之間，最大達3～4。其飽和度一般大於95%，因而天然含水量與其天然孔隙比呈直線變化關系。軟土的如此高含水量和高孔隙性特徵是決定其壓縮性和抗剪強度的重要因素。 2、滲透性弱 軟土的滲透系數一般在i×10-4～i×10-8cm/s之間，而大部分濱海相和三角洲相軟土地區，由於該土層中夾有數量不等的薄層或極薄層粉、細砂、粉土等，故在水平方向的滲透性較垂直方向要大得多。 由於該類土滲透系數小、含水量大且飽和狀態，這不但延緩其土體的固結過程，而且在加荷初期，常易出現較高的孔隙水壓力，對地基強度有顯著影響。 3、壓縮性高 軟土均屬高壓縮性土，其壓縮系數a0.1～0.2一般為0.7～1.5MPa-1,最大達4.5MPa－1(例如渤海海淤)，它隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。由於土質本身的因素而言，該類土的建築荷載作用下的變形有如下特徵： (1)變形大而不均勻 (2)變形穩定歷時長 4、抗剪強度低 軟土的抗剪強度小且與加荷速度及排水固結條件密切相關，不排水三軸快剪所得抗剪強度值很小，且與其側壓力大小無關。排水條件下的抗剪強度隨固結程度的增加而增大。 5、較顯著的觸變性和蠕變形。 四、軟土的鑒別 1、建設部標准《軟土地區工程地質勘查規范》（JGJ83-91）規定凡符合以下三項特徵即為軟土： （1）外觀以灰色為主的細粒土； （2）天然含水量大於或等於液限； （3）天然孔隙比大於或等於1.01。 2、交通部標准《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》（JTJ017-96）中規定軟土鑒別見表1 1）天然含水量的測定 天然含水量是土的基本物理性指標之一，它反映的土的狀態，含水量的變化將使得土的稠度、飽和程度、結構強度隨之而變化，其測定可採用公路土工試驗規程規定試驗方法測定，並將試驗數據與35%、液限進行比較。 （2）天然孔隙比 孔隙比，是土中孔隙體積與土粒體積之比，天然狀態下土的孔隙比稱之為天然孔隙比，是一個重要的物理性指標，可用來評價天然土層的密實程度。其測定方法可測定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指標通過計算而得。 （1） 式中ds —土粒比重； ρd—土的干密度； ρ —土的天然密度； w —土的含水量； ρw—水的密度，近似等於1g/cm3。 天然狀態下土的孔隙比稱為天然孔隙比，它是一個重要的物理性指標，可以用來評價天然土層的密度程度。一般e<0.6的土是密實的低壓縮性土，e>1.0的土是疏鬆的高壓縮性土。 （3）十字板剪切強度[3] 十字板剪切試驗是原位測試技術中一種發展較早、技術比較成熟得方法。試驗時將十字板頭插入土中，以規定的旋轉速率對側頭施加扭力，直到將土剪損，測出十字板旋轉時所形成的圓柱體表面處土的抵抗扭矩，從而可算出土對十字板的不排水抗剪強度。 五、軟基處理的常用材料質量要求[4] 1、砂礫料 用作墊層的砂礫料應具有良好的透水性，不含有機質、粘土塊和其它有害物質。砂礫的最大粒徑不得大於53mm，含泥量不得大於5%。 2、砂及砂袋 袋裝砂井所用砂，應採用滲水率較高的中、粗砂、大於0.5mm的砂料含量應占總重量的50%以上，含泥量應小於3%，滲透系數應大於5×10－2mm/s，砂袋採用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等編制布製作，應具有足夠的抗拉強度，使能夠承受袋內砂自重及彎曲所產生的拉力，具有較好的抗老化性能和耐環境水腐蝕性能，其抗滲系數應不小於所用砂的滲透系數。 3、碎石 碎石由岩石和礫石軋制而成，應潔凈、乾燥，並具有足夠的強度和耐磨耗性，其顆粒形狀應具有稜角，不得摻有軟質石和其它雜質，粒徑宜為20～50mm，含泥量不應大於10%。 4、土工合成材料 土工合成材料的選用應符合《公路土工合成材料應用技術規范》的規定。應具有足夠的抗拉強度，對土工織物，還應具有較高的刺破強度和握持強度等。土工合成材料試驗項目和試驗方法應符合《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》和《公路土工合成試驗規程》的規定。 5、塑料排水板 塑料排水板是由芯體和包圍芯體的合成纖維透水膜構成的復合體，應具有較好的耐腐蝕性和足夠的柔度，其性能指標應符合《塑料排水板施工規程》的規定。 6、片石 拋石擠淤應採用不易風化的片石，其尺寸應小於300mm。 7、水泥 水泥各項性能指標應符合圖紙要求，嚴禁使用過期、受潮、結塊、變質的劣質水泥。所用水泥指標還應符合水泥相應標準的規定。 8、石灰 石灰應符合《公路路面基層施工技術規范》表4.2.2所規定的Ⅲ級以上的要求。按《公路工程無機結合穩定材料試驗規程》規定的試驗方法進行檢驗。 9、粉煤灰 粉煤灰應符合《公路路面基層施工技術規范》有關規定。 10、材料的采購和保管 用於軟土地基處理的塑料排水板、土工合成材料、砂袋及石灰、水泥、砂等材料，都必須按施工圖紙和規范的要求的質量指標采購進購、堆放，嚴禁材料被污染或混合堆放，過期產品嚴禁使用。塑料排水板、土工合成材料和砂袋等材料應貯存在不被日光直接照射和被雨水淋泡處，應根據工程進度和日用量按日取用。 六、高速公路軟基處理常用方法[5][6][7] 1、淺層軟基處理技術 （1）墊層法 通常用於路基填方較低的地段，要求在使用中軟基的沉降值不影響設計預期目的。設置墊層時，可以根據具體情況採用不同的材料，常用的材料有砂或砂礫及灰土，也可用土工格柵、片石擠淤、砂礫墊層綜合使用處理。 （2）換填法 在高速公路施工中遇到含水量較高，軟弱層較淺，且易於挖除不適宜材料時，一般採取挖除換填法，包括受壓沉降較大，甚至出現變形的軟基和泥沼地帶。處理這種地基，開挖前要做好排水防護工作，將開挖出的不適宜材料運走或做處理，然後按要求分層回填，回填材料可視具體情況用砂、砂礫、灰土或其他適宜材料。 （3）排擠法 當高速公路經過水溏、魚池和較深的流動性強的淤泥地段時，常遇到含水量高、淤泥壓縮性大、淤泥質粘土軟基以及水下軟基等，對這類軟基可採用排擠法來處理。排擠法又可分為兩種：一種是拋石排擠，另一種是爆炸排擠。 （4）表層排水法 對土質較好因含水量過大而導致的軟土地基，在填土之前，地表面開挖溝槽，排除地表水，同時降低地基表層部分的含水率，以保障施工機械通行。為了發揮開挖出的溝槽在施工中達到盲溝的效果， 應回填透水性好的砂礫或碎石。 （5）添加劑法 對於表層為粘性土時，在表層粘性土內摻人添加劑，改善地基的壓縮性能和強度特性，以保施工機械的行駛。同時也可達到提高填土穩定及固結的效果。添加材料通常使用的是生石灰、熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現場拌和或廠拌，除了降低土壤含水量、產生團粒效果外，對被固結的土隨著時間的推移會發生化學性固結，使粘土成分發生質的變化，從而促進土體穩定。
2. 淤泥屬於什麼土質
1.
淤泥質土為飽和狀態下的粉土；夾有大量的有機物。
2.
淤泥質土具一定的力學性能，而腐殖土較為鬆散，且有機物會隨著時間推移而分解，是不能作為基礎持力層的，必須清除。
3.
飽和淤泥類土沒有工程價值，何來工程特性？只有物理、力學性
4.
飽和淤泥類土孔隙率大、液性指數大，呈軟塑-流塑狀態；它的有側限不排水的壓縮性極小，無側限自然固結非常慢。
3. 淤泥土特性
淤泥和淤泥質土地基是指由淤泥及淤泥質土組成的高壓縮性軟弱地基。淤泥及淤泥質土是在靜水或非常緩慢的流水環境中沉積，並伴有微生物作用的一種結構性土。就其成因看有濱海沉積、湖泊沉積、河灘沉積及沼澤沉積四種。地基的沉降由固結沉降、側向擠出和次固結沉降三部分組成。當荷載小於比例界限值（即從荷載試驗曲線得到的直線段）時，沉降主要由固結所引起。在相同條件下淤泥及淤泥質土地基沉降量比一般第四紀粘性土天然地基大若干倍。(3)淤泥壓縮性擴展閱讀：
1、沉降速率較大且沉降穩定歷時較長，沉降速度與施工的快慢和活載堆積的速率有關。緩慢的加荷，如一般民用房屋或工業建築的活載較小者,竣工時速度大約為0.5～1.5毫米/日，施工期間沉降量約為總量的20%。
2、淤泥固結後的抗剪強度和壓縮模量比固結前有很大的提高，預壓加固地基的方法就是根據這個原理提出的。
3、在地震周期荷載作用下淤泥地基將出現附加下沉，下沉量與周期荷載的大小、循環次數及地基中的靜剪應力狀態有關。
4. 地表沉降規律分析
靈霓海堤研究區域內共有 63個地表沉降觀測斷面（254隻地表沉降盤）。由於路堤地基原始高程以及地基沉降的差異，不同堤段載入級數分為4～8級不等，地表沉降觀測斷面中沉降觀測點的典型荷載—沉降—時間（P—S—t）曲線如圖4.1所示（以斷面N5+850為例，即原位儀器觀測斷面B）。該斷面沉降盤埋設時間是2004年1月4日，第1級載入始於2004年2月11日，該斷面整個填築載入過程分為七級，其沉降觀測資料截至2006年2月25日。
圖4.1 N5+850斷面CJPB-3沉降盤P—S—t曲線
分析上圖可知，研究區淤泥軟基的P—S—t曲線具有如下特點：①在路堤施工載入期，隨著每一級載入，地基將發生較大的沉降，且沉降速率也較大，最大沉降速率達到30mm/d（圖4.2）；②在路堤施工間歇期，沉降迅速發展並逐漸趨於穩定，沉降速率—時間關系曲線在坐標系中呈雙曲線形態（圖4.2），沉降速率收斂明顯；③沉降過程曲線呈階梯狀，每一級載入 間歇期聯合起來構成一個沉降台階，並且在每一級載入處，沉降曲線都會出現一個明顯的拐點，這說明淤泥對載入是非常敏感的，另一方面由於淤泥軟基中鋪設了塑料排水板，使淤泥層的排水路徑由以豎向為主變為以徑向排水為主，排水路徑的縮短加速了淤泥排水固結；④在路堤滿載以後，沉降繼續發展，逐漸趨於穩定，整個過程中曲線變化十分緩慢，直到曲線趨於水平，沉降速率趨於0，才表明整個路堤斷面的沉降過程基本完成（圖4.3）。
圖4.2 第1級載入後部分斷面沉降速率—時間曲線
圖4.3 第7級載入後部分斷面沉降速率—時間曲線
對63個地表沉降觀測斷面的P—S—t曲線（取路堤各斷面中心處的監測數據）進行統計分析，統計結果表明，溫州淺灘淤泥壓縮性高，最大累計監測沉降量（截至2006年2月25日）達447.9cm，最小值為170.2cm，平均為311.9cm，若淤泥層厚度以平均30m計算，則監測期間的累計沉降量達到淤泥層厚度的10%。施工載入期間的沉降約為累計沉降量的70%，這說明淤泥沉降主要發生在填築載入初期，滿載預壓後沉降速率逐漸變緩。
本海堤工程的載入過程即為拋石填築的過程，如果定義每級載入後產生的實測沉降量與該級載入（拋石）厚度的比值為沉厚比ξ，則統計63個斷面分級載入的沉降數據，可以得到各級荷載厚度與產生的相應沉降量之間關系（表4.3）。沉厚比與累積載入厚度的關系曲線ξ-h如圖4.4所示。
表4.3 各級荷載厚度與沉降的統計分析
圖4.4 沉厚比（ξ）—累積載入厚度（h）關系曲線
由表4.3、圖4.4可知，各級載入平均厚度為0.91～1.40m，各級沉降量為32.24～62.80cm，沉厚比為0.24～0.62。從第1級載入到第5級載入，ξ逐漸減小，說明隨著荷載的不斷增加，沉降幅度有所減小；而第5級載入後，ξ略有增加，變化幅度不大，這說明前面幾級載入並未使淤泥土層充分固結，未固結的淤泥繼續產生沉降累加，這是符合淤泥沉降的一般規律的。
5. 誰曉得淤泥為何物
在靜水或緩慢的流水環境中沉積，經物理
化學和生物化學作用形成的，未固結的軟弱細粒或極細粒土。屬現代新近沉積物。淤泥按粒度組成可以是粉土質的或粘土質的，細砂質或極細砂質的極少。海濱淤泥的粘土礦物以伊利石和蒙脫石為主，淡水淤泥則是以伊利石和高嶺石為主。淤泥含有較多的(2～3％)和多的(10～12％)有機質，其含量隨深度而減少。淤泥的主要特性是：天然含水率高於液限，孔隙比多大於1.0；干密度小,只有0.8～0.9克／立方厘米;壓縮性特別高,壓力自9.8×104帕增加到19.6×104帕時，壓縮系數為a1-2>0.05，壓力自9.8×104帕增加到29.4×104帕時壓縮系數a1-3>0.1;強度極低，常處於流動狀態，視為軟弱地基。淤泥按孔隙比可再細分為淤泥（孔隙比大於
1.5）和淤泥質土（孔隙比為1～1.5）。淤泥的自然結構變化十分敏感，結構及其強度受力破壞後能自動復原，這就是所謂的觸變性。淤泥不宜作天然地基，因為它會產生不均勻沉降，使建築物產生裂縫、傾斜、影響正常使用。在淤泥上進行建築時必須採取人工加固措施。如壓密、夯實，用垂直砂井排水，加速淤泥固結。有時可採用柱基，或在建築物上部採用適應於不均勻沉降的剛性圈樑，沉降縫等結構措施，以保證建築物的穩定安全。
6. 淤泥的地質成因代號
淤泥的地質成因：
淤泥是靜水或緩慢的流水環境中沉積、經生物化學 作用形成、天然含水量大於液限、天然孔隙比大於或等於1.5的粘性土。在有微生物參與作用的條件下形成近代沉積物，富含有機物，通常呈灰黑色;力學強度低，壓縮性強。
淤泥是一種天然含水量大於流性界限，孔隙比大於1.5的軟土。是海灣、湖沼或河灣中水流緩慢的環境中有微生物參與作用的條件下所形成的一種近代沉積物。富含有機物，常呈灰黑色，力學強度低，壓縮性強。地基中如有淤泥則易引起建築物沉陷。
7. 淤泥的成因
在靜水或緩慢的流水環境中沉積，經物理化學和生物化學作用形成的，未固結的軟弱細粒或極細粒土。屬現代新近沉積物。淤泥按粒度組成可以是粉土質的或粘土質的，細砂質或極細砂質的極少。海濱淤泥的粘土礦物以伊利石和蒙脫石為主，淡水淤泥則是以伊利石和高嶺石為主。淤泥含有較多的(2～3%)和多的(10～12%)有機質，其含量隨深度而減少。淤泥的主要特性是：天然含水率高於液限，孔隙比多大於1.0；干密度小,只有0.8～0.9克/立方厘米;壓縮性特別高,壓力自9.8×10帕增加到19.6×10帕時，壓縮系數為a1-2>0.05，壓力自9.8×10帕增加到29.4×10帕時壓縮系數a1-3>0.1;強度極低，常處於流動狀態，視為軟弱地基。淤泥按孔隙比可再細分為淤泥（孔隙比大於 1.5）和淤泥質土（孔隙比為1～1.5）。淤泥的自然結構變化十分敏感，結構及其強度受力破壞後能自動復原，這就是所謂的觸變性。淤泥不宜作天然地基，因為它會產生不均勻沉降，使建築物產生裂縫、傾斜、影響正常使用。在淤泥上進行建築時必須採取人工加固措施。如壓密、夯實，用垂直砂井排水，加速淤泥固結。有時可採用柱基，或在建築物上部採用適應於不均勻沉降的剛性圈樑，沉降縫等結構措施，以保證建築物的穩定安全。
8. 淤泥軟土土工參數統計特徵研究
根據勘察報告資料[171][175][176]，本書通過對溫州淺灘研究區域內29個勘探鑽孔共312個原狀淤泥土樣的土工試驗結果進行整理分析，統計其各項物理力學性質指標的特徵，得到各土工參數的統計特徵見表3.2。
表3.2 溫州淺灘淤泥物理力學參數統計特徵匯總表
*相當於壓應力從 100kPa變化到 200kPa時對應的指標值；關於固結系數的討論詳見第四章。
表中溫州淺灘淤泥軟土的主要物理力學性質指標的取值范圍、均值、方差、標准差、點變異系數、偏度、峰度、置信區間等統計特徵一目瞭然，還可以根據其偏度、峰度值判斷各項指標的分布形態，是否符合正態分布，以及與正態分布的差異等。最後，給出了各項土性參數的設計標准值。
通過對表3.2中數據的綜合分析可以發現，溫州淺灘淤泥的物理性質指標的點變異性比其力學性質指標的點變異性要小，一般其物理性質參數的點變異系數δ＜0.1，屬於變異性很小；而其力學性質參數的點變異系數0.1＜δ＜0.3，屬於變異性小 中等，但總體而言，研究區域內淤泥軟土的各項指標值均具有較好的穩定性。此外，溫州淺灘淤泥的物理性質指標一般不服從正態分布，而其力學性質指標基本符合正態分布的規律。
綜上所述，溫州淺灘淤泥軟土的主要工程特性可以概括為「四高二低」，即天然含水率高、孔隙比高、壓縮性高、靈敏度高、滲透性低、抗剪強度低，歸納概括如下：
（1）天然含水率高
溫州淺灘淤泥的天然含水率w均大於50.0%，且均大於其液限值wL（w＞wL），w超過wL為2%～2 0%，大部分土樣的天然含水率超過其液限值 10%左右。淤泥液性指數IL在0.86～2.07之間，屬於軟塑 流塑狀態。且淤泥飽和度高，Sr基本在93%～101%之間，大部分土樣的飽和度大於95%，基本屬於飽和黏土。
（2）孔隙比大、壓縮性高
溫州淺灘淤泥的初始孔隙比e在1.370～2.190之間，其值均大於1，且當壓應力從100kPa增加到200kPa的過程中，淤泥的平均壓縮系數a為1.41MPa-1，平均壓縮模量Es為1.90MPa，平均壓縮指數Cc為0.543，屬於高壓縮性土。
（3）滲透性差
溫州淺灘淤泥的豎直向滲透系數Kv平均值為3.9×10-7cm/s，水平向滲透系數Kh平均值為4.2×10-7cm/s，較豎直向滲透系數大（kh＞kv），滲透系數小，滲透性差。土體受壓後，其滲流固結過程將十分緩慢。
（4）抗剪強度低
由不同抗剪強度試驗方法得到的土樣抗剪強度指標來看，淤泥黏聚力（cq，ccq，cuu）及內摩擦角（φq，φcq，φuu）均較小，這是影響地基承載力和路堤抗滑穩定的關鍵參數。溫州淺灘淤泥的抗剪強度指標小，則天然地基承載力低，易產生滑動失穩、塌陷等破壞。
（5）靈敏度較高
溫州淺灘淤泥的靈敏度St為2.02～3.68，平均為2.84，屬於中等靈敏土。淤泥軟土靈敏度高，說明其結構性強，受到擾動後，其結構強度將大大降低。
9. 什麼是淤泥和淤泥質
淤泥和淤泥質土地基是指由淤泥及淤泥質土組成的高壓縮性軟弱地基。淤泥及淤泥質土是在靜水或非常緩慢的流水環境中沉積，並伴有微生物作用的一種結構性土。
就其成因看有濱海沉積、湖泊沉積、河灘沉積及沼澤沉積四種。
地基的沉降由固結沉降、側向擠出和次固結沉降三部分組成。當荷載小於比例界限值（即從荷載試驗曲線得到的直線段）時，沉降主要由固結所引起。在相同條件下淤泥及淤泥質土地基沉降量比一般第四紀粘性土天然地基大若干倍。
(9)淤泥壓縮性擴展閱讀：
1、沉降速率較大且沉降穩定歷時較長，沉降速度與施工的快慢和活載堆積的速率有關。緩慢的加荷，如一般民用房屋或工業建築的活載較小者,竣工時速度大約為0.5～1.5毫米/日，施工期間沉降量約為總量的20%。
2、淤泥固結後的抗剪強度和壓縮模量比固結前有很大的提高，預壓加固地基的方法就是根據這個原理提出的。
3、在地震周期荷載作用下淤泥地基將出現附加下沉，下沉量與周期荷載的大小、循環次數及地基中的靜剪應力狀態有關。