摘要：本文依據室內模型試驗和野外測試情況，分析軟土側向變形控制因素，探討軟土側向變形時空分布規律。在相同條件下，荷載越大，加載時間越長，加載速率越快，軟土側向變形越大；軟土層越厚，側向變形越明顯；排水條件下軟土側向變形小于不排水條件下側向變形；硬殼層和土工布能減少軟土側向變形；軟土最大側向變形在軟土層0.35~0.45倍深度取得。

　　關鍵詞：軟土；側向變形；控制因素；分布規律

　　Abstract: based on the indoor model test and field test, this article analyzes the lateral deformation of soft soil control factor, discusses the soft soil lateral deformation time and space distribution rule. In the same condition, the load, the bigger the loading time to grow more, the faster loading rate, the greater the lateral deformation of soft soil; Soft soil layer is thicker, the more obvious lateral deformation; The drainage condition of the lateral deformation of soft soil under undrained condition is less than the lateral deformation; Mantle layer and geotextile can reduce the soft soil lateral deformation; Soft soil lateral deformation in the largest soft soil 0.35 ~ 0.45 times the depth to get it.

　　Key words: soft soil; The lateral deformation; Control factors; distribution

　　1概述

　　我國東南沿海淤泥及淤泥質軟土具高含水量、高壓縮性、低強度等特性，在外部荷載作用下，會發生較大的側向位移。軟土側向變形對路基上部土體產生拖拽力，帶動上部土體向兩側位移，引發諸如橋臺變形、道路開裂、路基失穩等工程問題。

　　基于國內高等級公路建設的迅猛發展現狀，軟土地區道路建設迫切需要掌握路堤荷載作用下軟土地基側向變形規律、計算方法和控制技術。

　　2室內試驗[1]

　　室內模擬試驗時，在軟土不同深度上分別放置四個隨動位移計，在加載區域進行靜荷載試驗，觀測軟土側向變形速率隨時間變化的規律。

　　試驗模型箱為一個透明容器，如圖2-1，在固定測斜管時埋放隨動位移計，隨動位移計間距為10cm。隨動位移計采用空心乒乓球，中間填充軟土，由于密度相同，可以隨軟土同步流動。

　　圖2-1 室內試驗模型箱

　　3側向變形控制因素分析

　　3.1荷載加載強度

　　室內試驗模擬三種加載強度下軟土側向變形，加載時間均為2小時，得到不同荷載強度下軟土側向變形隨深度變化特性，見圖3-1。

　　圖3-1不同荷載軟土側向變形深度變化特性

　　從圖3-1可以看出，相同條件下，荷載越大，軟土側向變形量也越大。

　　取深度為20cm的一點側向變形分析，可以得到其側向變形速率與加載強度之間的關系，如圖3-2。

　　圖3-2  荷載強度與側向變形速率關系

　　從圖3-1和圖3-2得出，荷載越大，側向變形速率越大，荷載較小時，側向變形速率呈線性變化，當荷載超過軟土極限荷載時，變形速率急劇增大。

　　3.2荷載加載速率

　　室內試驗采用快速和慢速加載兩種方式對軟土進行試驗。兩次試驗分級加載和總加載強度相同，快載和慢載時間間隔分別為3分鐘和10分鐘。兩次試驗軟土側向平均位移隨時間變化關系圖3-3所示。

　　圖3-3  不同加載速率軟土側向變形特性

　　從圖3-3可知，當荷載分級加載和總加載強度相同時，荷載加載速率越快，軟土的側向變形量越大。

　　3.3軟土層厚度

　　室內試驗未能模擬軟土層厚度對側向變形規律影響，故采用野外測斜管測試數據進行分析。分析廣東某高速試驗段A斜管和B斜管測得的軟土路基側向變形數據（兩管間距30m，軟土厚度分別為13.5m和16.5m）可知，A處軟土側向變形大小和速率均要大于B處。既軟土層厚度越大，則路堤下軟土側向變形越明顯。

　　3.4加載時間

　　劉增賢，湯連生[2]指出側向變形不但在加載時發生，而且在加載結束后很長時間內持續發生，甚至成為工后沉降的重要部分。但側向變形速率會在加載完成后隨時間會逐漸減小。

　　室內模型試驗觀測軟土側向變形隨時間變化規律，試驗觀測數據繪制成圖后見圖3-4。

　　圖3-4軟土側向變形隨深度和時間變化特性

　　從上圖可知：軟土側向變形隨時間增加而增大，但側向變形速率隨時間增加而逐漸減小。

　　3.5軟基排水條件

　　室內模型試驗未能模擬軟基排水狀況對軟土側向變形的影響。Jose′Leita?o Borges等[3]認為在荷載作用下地基排水狀況，對軟土側向變形有顯著影響，主要表現在對路堤填筑過程結束和土完全固結后軟土側向位移大小的影響，如圖3-5。

　　圖3-5  排水條件對軟土側向變形的影響

　　在排水條件下，路堤填筑和土完全固結結束后，軟土側向位移明顯小于其在不排水條件下的側向位移

　　3.6外部因素

　　1）填土幾何形狀：路堤邊坡越緩，軟土側向變形量越少。

　　2）硬殼層及土工織物：能起到墊層作用，均化上覆土壓力，減小坡腳處剪應力，從而減少側向變形。

　　4軟基側向變形規律

　　4.1軟土側向變形沿深度分布規律

　　軟土側向變形隨深度剖面分布如圖3.1和3-4。軟土側向變形實質是在附加荷載作用下，土中有水平應力作用，導致軟土產生側向變形。

　　土體在豎向均布荷載下水平應力分布可根據下面公式計算 [4]

　　式中，為豎向均布荷載角點下水平應力分布系數；為荷載強度。

　　根據上述公式解加載區域兩側應力分布隨深度變化如圖4-1所示。

　　圖4-1 均布荷載下土中應力深度分布圖

　　比較圖3-1、3-4和4-1，軟土中側向變形隨深度變化趨勢實際上反應了土體應力隨深度變化的趨勢。土體中應力越集中的部位，越容易發生剪切破壞，產生側向變形越大。

　　室內試驗表明，軟土側向變形滿足如下規律：單層均質軟土層側向變形在深度上并不隨加載強度和加載速率改變而改變。均布荷載下最大側向變形發生在軟土層的0.4~0.5倍深處。

　　而野外現場資料表明：軟土側向變形最大位移發生在0.3~0.4倍深處。

　　考慮室內模型試驗因軟土厚度小且為單層軟土，無應力擴散現象，導致實際觀測軟土最大側向變形深度倍數取值偏大；而野外觀測試驗因測斜管自身剛度和邊界條件影響，導致最大側向變形深度倍數取值偏小。因此，取兩者中間值0.35~0.45倍深度作為軟土最大側向位移深度，軟土層及其上硬殼層越厚，最大側向位移深度倍數取值越小。

　　4.2軟土側向變形隨時間分布規律

　　比較室內試驗曲線圖和野外觀測曲線圖得出：隨加載時間增長，軟土側向變形分布規律并不改變，變形曲線形狀相似。加載時間越長，側向變形越大。在軟土層邊界處，受邊界摩擦力影響，軟土層邊界處側向變形變化不大，但最大側向變形隨加載時間增長而略向深處靠攏。

　　5小結

　　本文根據室內模型試驗和野外測試情況，得出主要結論如下：

　　1）相同條件下，荷載越大，加載時間越長及速率越快，軟土側向變形越大，變形速率隨時間增加而逐漸減小；軟土層越厚，軟土側向變形越明顯；路堤填筑和土完全固結后，排水條件下軟土側向變形小于不排水條件下變形；填土幾何形狀、硬殼層與土工織物均會影響到軟土側向變形。

　　2）均質軟土層側向變形在深度上規律不隨加載強度、速率和時間變化。軟土最大側向變形在軟土層0.35~0.45倍深度取得。

　　參 考 文 獻

　　[1] 公路軟基側向擠出變形及測試方法報告.中山大學地球科學系,2005年4月.

　　[2] 劉增賢,湯連生.路堤荷載下軟土側向擠出沉降分析.工程勘察,2003,2:1~4.

　　[3] Jose′ Leita?o Borges. Three-dimensional analysis of embankments on soft soils incorporating vertical drains by finite element method.Computers and Geotechnics,2004,31:665~676.

　　[4] 高大釗.土力學與基礎工程.同濟大學出版社,2001.

　　[5] 李飛,程鵬環等.軟土路基側向變形影響因素分析與監測研究.工程勘察,2004(2).