第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
随着我国“一带一路”的不断推进，一些重点工业项目落户我国北部湾沿岸地区，其中就包括宝钢湛江钢铁项目。该地区广泛分布的湛江组结构性黏土，因其土层厚度一般数米～十几米不等，且具有较高的力学强度，致使其成为湛江地区建(构)筑物的主要基础持力层之一[1-2]；又因其孔隙比大、含水率高、天然重度小等较差的基本物理性质，多年来，给实际工程带来的一系列的岩土工程问题[3]。在宝钢湛江钢铁项目建设中，如打桩、基坑开挖、强夯等都不可避免对周围土体产生扰动甚至破坏。因此加强对湛江组结构性黏土的研究对整个北部湾沿岸地区的工程建设和地质灾害预防有着重要实际应用意义。
已有研究表明：结构性黏土受施工扰动后，会导致其微观结构损伤及宏观强度降低，极易发生严重工程危害现象[4-6]。湛江中富容器有限公司生产车间与豪丰华庭商住小区由于贯入度过大，导致单桩竖向承载力不能达到设计要求[1]；湛江一区码头在施工及运用期间因堆载过大而持续发生位移 [7]；湛江电机厂 2 号职工宿舍楼因在建造时未对其地基土进行处理，导致出现较为严重的墙裂现象[8]；在外部动力、荷载联合作用下，古河道新近沉积松散充填物出现不均匀沉降[9]；琼州海峡铁路轮渡项目北港东西防波堤爆破挤淤施工过程中，防波堤核心处抛石未能达到原设计标高要求[10]；其他不良地质现象，如滑坡和水土流失，都与湛江组的结构性黏土有关[11]。由以上工程实例可知，湛江组结构性黏土受到外力扰动后，结构强度会发生剧烈变化，给工程设计与施工带来极大挑战。因此深入研究扰动对湛江组结构性黏土的影响，对解决以该土为基础的工程地基稳定性具有重要指导意义。
湛江组结构性黏土因其强结构性，受工程活动扰动后，土体强度迅速降低，静置后，其触变强度不断恢复。扰动对湛江组结构性黏土触变性具有重要影响，且扰动程度不同，触变强度恢复程度也不同。基于此，本文选用湛江组结构性黏土为试验对象，展开室内模型试验研究，探讨扰动程度对湛江组结构性黏土触变性的影响，进而得到在相同扰动程度及不同扰动程度下湛江组结构性黏土的触变规律。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 湛江组结构性黏土研究现状
湛江组结构性黏土因其性质的特殊性，在实际工程中出现越来越多的工程问题，引起了广大学者的关注。自上世纪初，人们便开始对湛江组结构性黏土进行了大量研究。
林晓东[12]通过对矿物成分、表面微结构及相关实验资料的分析，自北向南将雷州半岛的湛江组地层沉积相依次划分为河流相、河口相、浅海相、滨海相及河流相。 吕海波等[13-14]对浅海相黏土展开试验，深入研究该黏土的结构性。结果表明：由于该黏土的物质组成及沉积后的外部条件等因素使其结构性具有极强的区域差异性。郑郧等[15]通过对比以往湛江组结构性黏土的区域特征研究，发现该黏土具有横向区域特征，且黏土所处的区域不同，其结构强度也不尽相同。
沈建华等[3,16]对雷州半岛地区进行工程钻探，以此得到该地区不同区域的典型地层剖面图，结果表明，沉积环境不同，湛江灰色黏土的沉积韵律、埋藏深度及地层厚度也不同，并对不同区域的湛江组灰色黏土进行微观试验，从微观结构角度说明了湛江组灰色黏土具有强结构性的微观机制，并且因沉积环境不同，微观结构的类型存在差异，从而结构性强度不同。这表明沉积环境对土体微观结构机制存在明显的影响，是影响土体工程特性的主要因素之一。
罗鸿禧、谭罗荣、拓勇飞、张先伟等[17-20]研究了湛江组结构性黏土的微观结构、物质组成、物理性质及物理化学等因素，研究发现，湛江组结构性黏土的结构是以片状颗粒为主的絮凝结构，且土颗粒间有较强的胶结作用，这直接导致湛江组结构性黏土的物理性质差、力学特性较好。
田金花等[21]从抗剪强度特性这一角度对湛江组结构性黏土进行研究，结果表明，天然含水率、黏粒含量、结构联结及剪切方向等因素对湛江组结构性黏土的 c、φ 值有明显影响，其中天然含水率、黏粒含量及结构联结对其影响最大。
以上研究从土的沉积环境、区域分布特性、微观特性、强度特性等方面对湛江组结构性黏土进行了大量研究，使人们对该黏土有了较为全面的了解，也为人们深入研究湛江组结构性黏土的触变性奠定了基础。
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第 2 章 湛江组结构性黏土物理力学性质试验
2.1 确定试验场地、现场勘查、取样
2.1.1 确定试验场地及现场勘查
根据工程地质调查结果，选取典型地层进行勘察，最终选取广东省湛江市东海岛宝钢湛江钢铁基地为取样区域，如图 2.1 所示。在该区域共计三个地点取样，其中土样 1取样地点经纬度为东经 110°29′17″，北纬 21°2′46″，海拔 10m；土样 2 取样地点经纬度为东经 110°28′16″，北纬 21°2′43″，海拔 30m；土样 3 取样地点经纬度为东经 110°28′16″，北纬 21°2′40″，海拔 13m。
图 2.1 取样地点示意图
本文取土方法采用快速静力连续压入法，取土时沿土体表面往下挖，挖至未氧化面处，用修土刀小心将土体修成直径略大于自制取土器直径的孤岛（避免修土时对所取土样产生扰动），如图 2.2 所示，随后采用取土器进行现场取样，取土器底部为一个角度为60°的刃口，将取土器垂直置于土体上方，用一块直径略大于取土器的钢板均匀覆盖在其顶部，之后快速静压，直到达到预定深度后停止下压。小心清理取土器周围土体，用一根细铁丝将所取土样与土体分割开，以此取得三种土的未扰动土样。取土时分别用微型十字板剪切仪测定原状土不排水抗剪强度，土样 1、土样 2 及土样 3 的原状土不排水抗剪强度分别为 162 kPa、121 kPa、62 kPa。土样 1、土样 2 及土样 3 各取 30 个试样，其中土样 1、土样 2 和土样 3 所取试样分别编号为 A1~A25、 B1~B25、C1~C25。将所取试样中的 A16~A20、B16~B20、C16~C20 共 15 个试样制成直径略大于 39.1mm，高度略大于 80mm 的圆柱形试样。
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2.2 湛江组结构性黏土物理力学性质试验
为探究不同取土地点的湛江组结构性黏土物理力学性质，根据《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）[66]分别对三个不同取土地点的湛江组结构性黏土进行含水率试验、密度试验、土粒比重试验、界限含水率试验以及无侧限抗压强度试验，并将三种湛江组结构性黏土室内物理性质进行对比分析。
2.2.1 含水率试验
黏土的含水率是指黏土高温蒸发所失去的水质量与到达恒重时干土质量的比值，用百分数表示。本文对所取湛江组结构性黏土原状土进行含水率试验的方法为烘干法，具体操作步骤为：将称好质量的黏土试样放在恒温 105～110℃的电热烘箱中烘干，时间不低于 8 h，将黏土烘至恒重后取出，冷却至室温时称盒加干土的质量。
湛江组结构性黏土作为一种强结构性黏土，受各种工程活动（如强夯、打桩等）扰动时，其结构更容易发生破坏，从而导致其土体结构强度的降低，随着时间的增加，土体抗剪强度恢复，表现出明显的触变性。扰动程度不同，其抗剪强度恢复程度也不同。为探究扰动程度对湛江组结构性黏土触变性的影响规律，开展模型试验研究。
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第 3 章 扰动程度与静置时间对湛江土触变性影响的室内模型试验 ................................ 15
3.1 引言 .......................................... 15
3.2 室内模型试验 ........................................ 15
第 4 章 土体触变性随静置时间变化的规律 ............................................ 22
4.1 引言 ................................................ 22
4.2 结果分析 .............................................. 22
第 5 章 土体触变性随扰动程度变化的规律 ..................................... 40
5.1 引言 ..................................................... 40
5.2 结果分析 ..................................... 40
第 5 章 扰动程度对土体触变性影响的规律
5.1 引言
已有研究表明：在工程施工中，土体离扰动中心的距离不一样，因扰动所引起的结构破坏程度也不一样[75-78]。湛江组结构性黏土作为一种强结构性黏土，在不同扰动程度下，其结构破坏程度也不尽相同，静置一段时间后，其触变强度恢复程度也不同。因此，本章主要探究不同扰动程度对湛江组结构性黏土触变性的影响规律，揭示三种湛江组结构性黏土在相同静置时间下，其强度恢复程度、触变恢复强度比随扰动程度变化的规律，并通过拟合得到三种土样在各静置时间下触变性参数与扰动程度的关系式。
根据表 3.3 建立三种土样在不同静置时间下微型十字板不排水抗剪强度与扰动程度的关系，如图 5.1~图 5.5 所示。
图 5.1 土样静置 0 d 时不排水抗剪强度与扰动程度的关系
土样灵敏度不同，其微型十字板不排水抗剪强度随着扰动程度增大而降低的速率与幅度也不同。扰动程度分别为 0、33%、66%及 100%时，土样 1 的微型十字板不排水抗剪强度分别为 162 kPa、122 kPa、75 kPa 及 36 kPa，因扰动而损失的强度分别占原状土不排水抗剪强度的 0%、24.7%、53.7%、77.8%；土样 2 的微型十字板不排水抗剪强度分别为 121 kPa、94 kPa、62 kPa 及 34 kPa，因扰动而损失的强度分别占原状土不排水抗剪强度的 0%、22.3%、48.8%、71.9%；土样 3 的微型十字板不排水抗剪强度分别为 62 kPa、52 kPa、42 kPa 及 32 kPa，因扰动而损失的强度分别占原状土不排水抗剪强度的 0%、16.1%、32.3%、48.4%。表现为土样灵敏度越高，土样微型十字板不排水抗剪强度随着扰动程度的增大而降低的速率与幅度越大。
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第 6 章 结论与展望
6.1 结论
基于现场原位十字板剪切试验，设计模型装置，采用室内振动试验模拟土样受扰过程，在不同扰动程度（0、33%、66%、100%）、不同静置时间（0 d、7 d、28 d、56 d、91 d）下对三种土样进行微型十字板剪切试验，在相同扰动程度（66%）、不同静置时间（0 d、7 d、28 d、56 d、91 d）下对三种土样进行无侧限抗压强度试验，分别测试各静置时间下的微型十字板不排水抗剪强度和无侧限抗压强度，分析扰动程度对土体触变恢复强度的影响规律。 本文主要研究成果如下：
（1）湛江组结构性黏土具有高含水率、高液限、高塑性指数及较大孔隙比等较差物理性质，且具有较高的力学强度。
（2）三种湛江组结构性黏土的灵敏度分别为 4.42、3.28、1.96，根据规范可将土样1、土样 2、土样 3 分别划分为高灵敏度土、中灵敏度土、低灵敏度土。
（3）湛江组结构性黏土扰动程度为 33%，66%和 100%时，灵敏度为 4.42 的土样 1所需扰动时间分别为 60min、90min、130min，灵敏度为 3.28 的土样 2 所需扰动时间分别为 40min、60min、90min，灵敏度为 1.96 的土样 3 所需扰动时间分别为 10min、20min、40min。表明土样 1、土样 2 及土样 3 所需扰动时间均随扰动程度的增大而增加，且灵敏度越高，达到相同扰动程度所需扰动时间越长。
（4）三种湛江组结构性黏土在扰动程度为 0 时其微型十字板不排水抗剪强度及强度恢复程度均不随着静置时间的增加而变化；扰动程度为 33%、66%、100%时，三种湛江组结构性黏土的微型十字板不排水抗剪强度、强度恢复程度以及触变恢复强度比均随着静置时间的增加而增大，前期增长快，后期增长慢且逐渐趋于平缓，呈明显的幂函数关系，通过拟合得到三种土样在各扰动程度下强度恢复程度、触变恢复强度比与静置时间的相关关系式；且土样结构性越强，微型十字板不排水抗剪强度、强度恢复程度以及触变恢复强度比增大的幅度与速率越大。
（5）扰动程度为 66%时，三种湛江组结构性黏土的的触变灵敏度均随静置时间的增加而逐渐降低，前期降低速率快，后期降低速率慢且逐渐趋于平缓，且土样灵敏度越高，触变灵敏度降低的幅度与速率越大。
参考文献（略）