淤泥压缩性
1. 软土的特征是什么
软土【soft soil】是淤泥（muck）和淤泥质土（mucky soil）的总称。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙 比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天 然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、 灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物 理力学性质相差较大等特点。
一、概述[1] 软土主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。对淤泥的解释是，在静水或缓慢的流水环境中沉积并含有机质的细粒土，其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.5；当天然孔隙比小于1.5而大于1.0时称为淤泥质土。对于泥碳的解释是，喜水植物遗体在缺氧条件下，经缓慢分解而形成的泥沼覆盖层。其特点是持水性大，密度较小。 二、软土的组成和状态特征[1] 软土泛指淤泥及淤泥质土，是第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲相和溺谷相，内陆平原或山区的湖相和冲击洪积沼泽相等静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的组成和状态特征是由其生成环境决定的。由于它形成于上述水流不通畅、饱和缺氧的静水盆地，这类土主要由粘粒和粉粒等细小颗粒组成。淤泥的粘粒含量较高，一般达30%～60%。粘粒的粘土矿物成分以水云母和蒙德石为主，含大量的有机质。有机质含量一般达 5%～15%，最大达17%～25%。这些粘土矿物和有机质颗粒表面带有大量负电荷，与水分子作用非常强烈，因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜，且在沉积过程中由于粒间静电荷引力和分子引力作用，形成絮状和蜂窝状结构。所以，软土含大量的结合水，并由于存在一定强度的粒间连结而具有显着的结构性。 由于软土的生成环境及粒度、矿物组成和结构特征，结构性显着且处于形成初期，呈饱和状态，这都使软土在其自重作用下难于压密，而且来不及压密。因此，不仅使之必然具有高孔隙性和高含水量，而且使淤泥一般呈欠压密状态，以致其孔隙比和天然含水量随埋藏深度很小变化，因而土质特别松软。淤泥质土一般则呈稍欠压密或正常压密状态，其强度有所增大。 淤泥和淤泥质土一般呈软塑状态，但当其结构一经扰动破坏，就会使其强度剧烈降低甚至呈流动状态。因此，淤泥和淤泥质土的稠度实际上通常处于潜流状态。 三、软土的物理力学特性[1] 1、高含水量和高孔隙性 软土的天然含水量一般为50%～70%，最大甚至超过200%。液限一般为40%～60%，天然含水量随液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1～2之间，最大达3～4。其饱和度一般大于95%，因而天然含水量与其天然孔隙比呈直线变化关系。软土的如此高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素。 2、渗透性弱 软土的渗透系数一般在i×10-4～i×10-8cm/s之间，而大部分滨海相和三角洲相软土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉、细砂、粉土等，故在水平方向的渗透性较垂直方向要大得多。 由于该类土渗透系数小、含水量大且饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，常易出现较高的孔隙水压力，对地基强度有显着影响。 3、压缩性高 软土均属高压缩性土，其压缩系数a0.1～0.2一般为0.7～1.5MPa-1,最大达4.5MPa－1(例如渤海海淤)，它随着土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土质本身的因素而言，该类土的建筑荷载作用下的变形有如下特征： (1)变形大而不均匀 (2)变形稳定历时长 4、抗剪强度低 软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关，不排水三轴快剪所得抗剪强度值很小，且与其侧压力大小无关。排水条件下的抗剪强度随固结程度的增加而增大。 5、较显着的触变性和蠕变形。 四、软土的鉴别 1、建设部标准《软土地区工程地质勘查规范》（JGJ83-91）规定凡符合以下三项特征即为软土： （1）外观以灰色为主的细粒土； （2）天然含水量大于或等于液限； （3）天然孔隙比大于或等于1.01。 2、交通部标准《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017-96）中规定软土鉴别见表1 1）天然含水量的测定 天然含水量是土的基本物理性指标之一，它反映的土的状态，含水量的变化将使得土的稠度、饱和程度、结构强度随之而变化，其测定可采用公路土工试验规程规定试验方法测定，并将试验数据与35%、液限进行比较。 （2）天然孔隙比 孔隙比，是土中孔隙体积与土粒体积之比，天然状态下土的孔隙比称之为天然孔隙比，是一个重要的物理性指标，可用来评价天然土层的密实程度。其测定方法可测定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指标通过计算而得。 （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，近似等于1g/cm3。 天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密度程度。一般e<0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。 （3）十字板剪切强度[3] 十字板剪切试验是原位测试技术中一种发展较早、技术比较成熟得方法。试验时将十字板头插入土中，以规定的旋转速率对侧头施加扭力，直到将土剪损，测出十字板旋转时所形成的圆柱体表面处土的抵抗扭矩，从而可算出土对十字板的不排水抗剪强度。 五、软基处理的常用材料质量要求[4] 1、砂砾料 用作垫层的砂砾料应具有良好的透水性，不含有机质、粘土块和其它有害物质。砂砾的最大粒径不得大于53mm，含泥量不得大于5%。 2、砂及砂袋 袋装砂井所用砂，应采用渗水率较高的中、粗砂、大于0.5mm的砂料含量应占总重量的50%以上，含泥量应小于3%，渗透系数应大于5×10－2mm/s，砂袋采用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等编制布制作，应具有足够的抗拉强度，使能够承受袋内砂自重及弯曲所产生的拉力，具有较好的抗老化性能和耐环境水腐蚀性能，其抗渗系数应不小于所用砂的渗透系数。 3、碎石 碎石由岩石和砾石轧制而成，应洁净、干燥，并具有足够的强度和耐磨耗性，其颗粒形状应具有棱角，不得掺有软质石和其它杂质，粒径宜为20～50mm，含泥量不应大于10%。 4、土工合成材料 土工合成材料的选用应符合《公路土工合成材料应用技术规范》的规定。应具有足够的抗拉强度，对土工织物，还应具有较高的刺破强度和握持强度等。土工合成材料试验项目和试验方法应符合《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》和《公路土工合成试验规程》的规定。 5、塑料排水板 塑料排水板是由芯体和包围芯体的合成纤维透水膜构成的复合体，应具有较好的耐腐蚀性和足够的柔度，其性能指标应符合《塑料排水板施工规程》的规定。 6、片石 抛石挤淤应采用不易风化的片石，其尺寸应小于300mm。 7、水泥 水泥各项性能指标应符合图纸要求，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。所用水泥指标还应符合水泥相应标准的规定。 8、石灰 石灰应符合《公路路面基层施工技术规范》表4.2.2所规定的Ⅲ级以上的要求。按《公路工程无机结合稳定材料试验规程》规定的试验方法进行检验。 9、粉煤灰 粉煤灰应符合《公路路面基层施工技术规范》有关规定。 10、材料的采购和保管 用于软土地基处理的塑料排水板、土工合成材料、砂袋及石灰、水泥、砂等材料，都必须按施工图纸和规范的要求的质量指标采购进购、堆放，严禁材料被污染或混合堆放，过期产品严禁使用。塑料排水板、土工合成材料和砂袋等材料应贮存在不被日光直接照射和被雨水淋泡处，应根据工程进度和日用量按日取用。 六、高速公路软基处理常用方法[5][6][7] 1、浅层软基处理技术 （1）垫层法 通常用于路基填方较低的地段，要求在使用中软基的沉降值不影响设计预期目的。设置垫层时，可以根据具体情况采用不同的材料，常用的材料有砂或砂砾及灰土，也可用土工格栅、片石挤淤、砂砾垫层综合使用处理。 （2）换填法 在高速公路施工中遇到含水量较高，软弱层较浅，且易于挖除不适宜材料时，一般采取挖除换填法，包括受压沉降较大，甚至出现变形的软基和泥沼地带。处理这种地基，开挖前要做好排水防护工作，将开挖出的不适宜材料运走或做处理，然后按要求分层回填，回填材料可视具体情况用砂、砂砾、灰土或其他适宜材料。 （3）排挤法 当高速公路经过水溏、鱼池和较深的流动性强的淤泥地段时，常遇到含水量高、淤泥压缩性大、淤泥质粘土软基以及水下软基等，对这类软基可采用排挤法来处理。排挤法又可分为两种：一种是抛石排挤，另一种是爆炸排挤。 （4）表层排水法 对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果， 应回填透水性好的砂砾或碎石。 （5）添加剂法 对于表层为粘性土时，在表层粘性土内掺人添加剂，改善地基的压缩性能和强度特性，以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。添加材料通常使用的是生石灰、熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌，除了降低土壤含水量、产生团粒效果外，对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结，使粘土成分发生质的变化，从而促进土体稳定。
2. 淤泥属于什么土质
1.
淤泥质土为饱和状态下的粉土；夹有大量的有机物。
2.
淤泥质土具一定的力学性能，而腐殖土较为松散，且有机物会随着时间推移而分解，是不能作为基础持力层的，必须清除。
3.
饱和淤泥类土没有工程价值，何来工程特性？只有物理、力学性
4.
饱和淤泥类土孔隙率大、液性指数大，呈软塑-流塑状态；它的有侧限不排水的压缩性极小，无侧限自然固结非常慢。
3. 淤泥土特性
淤泥和淤泥质土地基是指由淤泥及淤泥质土组成的高压缩性软弱地基。淤泥及淤泥质土是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并伴有微生物作用的一种结构性土。就其成因看有滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积及沼泽沉积四种。地基的沉降由固结沉降、侧向挤出和次固结沉降三部分组成。当荷载小于比例界限值（即从荷载试验曲线得到的直线段）时，沉降主要由固结所引起。在相同条件下淤泥及淤泥质土地基沉降量比一般第四纪粘性土天然地基大若干倍。(3)淤泥压缩性扩展阅读：
1、沉降速率较大且沉降稳定历时较长，沉降速度与施工的快慢和活载堆积的速率有关。缓慢的加荷，如一般民用房屋或工业建筑的活载较小者,竣工时速度大约为0.5～1.5毫米/日，施工期间沉降量约为总量的20%。
2、淤泥固结后的抗剪强度和压缩模量比固结前有很大的提高，预压加固地基的方法就是根据这个原理提出的。
3、在地震周期荷载作用下淤泥地基将出现附加下沉，下沉量与周期荷载的大小、循环次数及地基中的静剪应力状态有关。
4. 地表沉降规律分析
灵霓海堤研究区域内共有 63个地表沉降观测断面（254只地表沉降盘）。由于路堤地基原始高程以及地基沉降的差异，不同堤段加载级数分为4～8级不等，地表沉降观测断面中沉降观测点的典型荷载—沉降—时间（P—S—t）曲线如图4.1所示（以断面N5+850为例，即原位仪器观测断面B）。该断面沉降盘埋设时间是2004年1月4日，第1级加载始于2004年2月11日，该断面整个填筑加载过程分为七级，其沉降观测资料截至2006年2月25日。
图4.1 N5+850断面CJPB-3沉降盘P—S—t曲线
分析上图可知，研究区淤泥软基的P—S—t曲线具有如下特点：①在路堤施工加载期，随着每一级加载，地基将发生较大的沉降，且沉降速率也较大，最大沉降速率达到30mm/d（图4.2）；②在路堤施工间歇期，沉降迅速发展并逐渐趋于稳定，沉降速率—时间关系曲线在坐标系中呈双曲线形态（图4.2），沉降速率收敛明显；③沉降过程曲线呈阶梯状，每一级加载 间歇期联合起来构成一个沉降台阶，并且在每一级加载处，沉降曲线都会出现一个明显的拐点，这说明淤泥对加载是非常敏感的，另一方面由于淤泥软基中铺设了塑料排水板，使淤泥层的排水路径由以竖向为主变为以径向排水为主，排水路径的缩短加速了淤泥排水固结；④在路堤满载以后，沉降继续发展，逐渐趋于稳定，整个过程中曲线变化十分缓慢，直到曲线趋于水平，沉降速率趋于0，才表明整个路堤断面的沉降过程基本完成（图4.3）。
图4.2 第1级加载后部分断面沉降速率—时间曲线
图4.3 第7级加载后部分断面沉降速率—时间曲线
对63个地表沉降观测断面的P—S—t曲线（取路堤各断面中心处的监测数据）进行统计分析，统计结果表明，温州浅滩淤泥压缩性高，最大累计监测沉降量（截至2006年2月25日）达447.9cm，最小值为170.2cm，平均为311.9cm，若淤泥层厚度以平均30m计算，则监测期间的累计沉降量达到淤泥层厚度的10%。施工加载期间的沉降约为累计沉降量的70%，这说明淤泥沉降主要发生在填筑加载初期，满载预压后沉降速率逐渐变缓。
本海堤工程的加载过程即为抛石填筑的过程，如果定义每级加载后产生的实测沉降量与该级加载（抛石）厚度的比值为沉厚比ξ，则统计63个断面分级加载的沉降数据，可以得到各级荷载厚度与产生的相应沉降量之间关系（表4.3）。沉厚比与累积加载厚度的关系曲线ξ-h如图4.4所示。
表4.3 各级荷载厚度与沉降的统计分析
图4.4 沉厚比（ξ）—累积加载厚度（h）关系曲线
由表4.3、图4.4可知，各级加载平均厚度为0.91～1.40m，各级沉降量为32.24～62.80cm，沉厚比为0.24～0.62。从第1级加载到第5级加载，ξ逐渐减小，说明随着荷载的不断增加，沉降幅度有所减小；而第5级加载后，ξ略有增加，变化幅度不大，这说明前面几级加载并未使淤泥土层充分固结，未固结的淤泥继续产生沉降累加，这是符合淤泥沉降的一般规律的。
5. 谁晓得淤泥为何物
在静水或缓慢的流水环境中沉积，经物理
化学和生物化学作用形成的，未固结的软弱细粒或极细粒土。属现代新近沉积物。淤泥按粒度组成可以是粉土质的或粘土质的，细砂质或极细砂质的极少。海滨淤泥的粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主，淡水淤泥则是以伊利石和高岭石为主。淤泥含有较多的(2～3％)和多的(10～12％)有机质，其含量随深度而减少。淤泥的主要特性是：天然含水率高于液限，孔隙比多大于1.0；干密度小,只有0.8～0.9克／立方厘米;压缩性特别高,压力自9.8×104帕增加到19.6×104帕时，压缩系数为a1-2>0.05，压力自9.8×104帕增加到29.4×104帕时压缩系数a1-3>0.1;强度极低，常处于流动状态，视为软弱地基。淤泥按孔隙比可再细分为淤泥（孔隙比大于
1.5）和淤泥质土（孔隙比为1～1.5）。淤泥的自然结构变化十分敏感，结构及其强度受力破坏后能自动复原，这就是所谓的触变性。淤泥不宜作天然地基，因为它会产生不均匀沉降，使建筑物产生裂缝、倾斜、影响正常使用。在淤泥上进行建筑时必须采取人工加固措施。如压密、夯实，用垂直砂井排水，加速淤泥固结。有时可采用柱基，或在建筑物上部采用适应于不均匀沉降的刚性圈梁，沉降缝等结构措施，以保证建筑物的稳定安全。
6. 淤泥的地质成因代号
淤泥的地质成因：
淤泥是静水或缓慢的流水环境中沉积、经生物化学 作用形成、天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土。在有微生物参与作用的条件下形成近代沉积物，富含有机物，通常呈灰黑色;力学强度低，压缩性强。
淤泥是一种天然含水量大于流性界限，孔隙比大于1.5的软土。是海湾、湖沼或河湾中水流缓慢的环境中有微生物参与作用的条件下所形成的一种近代沉积物。富含有机物，常呈灰黑色，力学强度低，压缩性强。地基中如有淤泥则易引起建筑物沉陷。
7. 淤泥的成因
在静水或缓慢的流水环境中沉积，经物理化学和生物化学作用形成的，未固结的软弱细粒或极细粒土。属现代新近沉积物。淤泥按粒度组成可以是粉土质的或粘土质的，细砂质或极细砂质的极少。海滨淤泥的粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主，淡水淤泥则是以伊利石和高岭石为主。淤泥含有较多的(2～3%)和多的(10～12%)有机质，其含量随深度而减少。淤泥的主要特性是：天然含水率高于液限，孔隙比多大于1.0；干密度小,只有0.8～0.9克/立方厘米;压缩性特别高,压力自9.8×10帕增加到19.6×10帕时，压缩系数为a1-2>0.05，压力自9.8×10帕增加到29.4×10帕时压缩系数a1-3>0.1;强度极低，常处于流动状态，视为软弱地基。淤泥按孔隙比可再细分为淤泥（孔隙比大于 1.5）和淤泥质土（孔隙比为1～1.5）。淤泥的自然结构变化十分敏感，结构及其强度受力破坏后能自动复原，这就是所谓的触变性。淤泥不宜作天然地基，因为它会产生不均匀沉降，使建筑物产生裂缝、倾斜、影响正常使用。在淤泥上进行建筑时必须采取人工加固措施。如压密、夯实，用垂直砂井排水，加速淤泥固结。有时可采用柱基，或在建筑物上部采用适应于不均匀沉降的刚性圈梁，沉降缝等结构措施，以保证建筑物的稳定安全。
8. 淤泥软土土工参数统计特征研究
根据勘察报告资料[171][175][176]，本书通过对温州浅滩研究区域内29个勘探钻孔共312个原状淤泥土样的土工试验结果进行整理分析，统计其各项物理力学性质指标的特征，得到各土工参数的统计特征见表3.2。
表3.2 温州浅滩淤泥物理力学参数统计特征汇总表
*相当于压应力从 100kPa变化到 200kPa时对应的指标值；关于固结系数的讨论详见第四章。
表中温州浅滩淤泥软土的主要物理力学性质指标的取值范围、均值、方差、标准差、点变异系数、偏度、峰度、置信区间等统计特征一目了然，还可以根据其偏度、峰度值判断各项指标的分布形态，是否符合正态分布，以及与正态分布的差异等。最后，给出了各项土性参数的设计标准值。
通过对表3.2中数据的综合分析可以发现，温州浅滩淤泥的物理性质指标的点变异性比其力学性质指标的点变异性要小，一般其物理性质参数的点变异系数δ＜0.1，属于变异性很小；而其力学性质参数的点变异系数0.1＜δ＜0.3，属于变异性小 中等，但总体而言，研究区域内淤泥软土的各项指标值均具有较好的稳定性。此外，温州浅滩淤泥的物理性质指标一般不服从正态分布，而其力学性质指标基本符合正态分布的规律。
综上所述，温州浅滩淤泥软土的主要工程特性可以概括为“四高二低”，即天然含水率高、孔隙比高、压缩性高、灵敏度高、渗透性低、抗剪强度低，归纳概括如下：
（1）天然含水率高
温州浅滩淤泥的天然含水率w均大于50.0%，且均大于其液限值wL（w＞wL），w超过wL为2%～2 0%，大部分土样的天然含水率超过其液限值 10%左右。淤泥液性指数IL在0.86～2.07之间，属于软塑 流塑状态。且淤泥饱和度高，Sr基本在93%～101%之间，大部分土样的饱和度大于95%，基本属于饱和黏土。
（2）孔隙比大、压缩性高
温州浅滩淤泥的初始孔隙比e在1.370～2.190之间，其值均大于1，且当压应力从100kPa增加到200kPa的过程中，淤泥的平均压缩系数a为1.41MPa-1，平均压缩模量Es为1.90MPa，平均压缩指数Cc为0.543，属于高压缩性土。
（3）渗透性差
温州浅滩淤泥的竖直向渗透系数Kv平均值为3.9×10-7cm/s，水平向渗透系数Kh平均值为4.2×10-7cm/s，较竖直向渗透系数大（kh＞kv），渗透系数小，渗透性差。土体受压后，其渗流固结过程将十分缓慢。
（4）抗剪强度低
由不同抗剪强度试验方法得到的土样抗剪强度指标来看，淤泥黏聚力（cq，ccq，cuu）及内摩擦角（φq，φcq，φuu）均较小，这是影响地基承载力和路堤抗滑稳定的关键参数。温州浅滩淤泥的抗剪强度指标小，则天然地基承载力低，易产生滑动失稳、塌陷等破坏。
（5）灵敏度较高
温州浅滩淤泥的灵敏度St为2.02～3.68，平均为2.84，属于中等灵敏土。淤泥软土灵敏度高，说明其结构性强，受到扰动后，其结构强度将大大降低。
9. 什么是淤泥和淤泥质
淤泥和淤泥质土地基是指由淤泥及淤泥质土组成的高压缩性软弱地基。淤泥及淤泥质土是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并伴有微生物作用的一种结构性土。
就其成因看有滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积及沼泽沉积四种。
地基的沉降由固结沉降、侧向挤出和次固结沉降三部分组成。当荷载小于比例界限值（即从荷载试验曲线得到的直线段）时，沉降主要由固结所引起。在相同条件下淤泥及淤泥质土地基沉降量比一般第四纪粘性土天然地基大若干倍。
(9)淤泥压缩性扩展阅读：
1、沉降速率较大且沉降稳定历时较长，沉降速度与施工的快慢和活载堆积的速率有关。缓慢的加荷，如一般民用房屋或工业建筑的活载较小者,竣工时速度大约为0.5～1.5毫米/日，施工期间沉降量约为总量的20%。
2、淤泥固结后的抗剪强度和压缩模量比固结前有很大的提高，预压加固地基的方法就是根据这个原理提出的。
3、在地震周期荷载作用下淤泥地基将出现附加下沉，下沉量与周期荷载的大小、循环次数及地基中的静剪应力状态有关。