（道路与铁道工程专业论文）公路软土路基处理服务系统研究.pdf

重庆交通大学学位论文原创性声明 i ii ii i i1 111 11 11 1 11 1 y 19 0 2 2 8 2 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 丧永振 日期：加 年4 - 月昭e t 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： ，i 一 槿捌良 指导教师签名： 日期：洌f 年z f 月i 毽日 日期：加i 年坤月c8 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c m ( i 系列数据 库中全文发布，并按：中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者签名：粒采报 e lm ：少f 年4 月馏e l 指导教师签名： 魏棚 日期：沙f 年乍月他日 摘要 高速公路软基处理的研究还停留在局部的、分散的处理方案及效果评价方面，系统 的研究优化设计方面还是很少。论文通过对公路软土性质、软土地基处理方案、国内外 软土处理决策的总结和研究，分析和了解设计人员和管理人员等对该领域内知识的需求， 并根据软土处理方案决策的特点，采用基于专家评分方式的模糊综合评判理论，综合考 虑影响公路软土地基处理的各种因素，并且解决了对于评判指标的选取、影响因素的权 重分配等难点问题，从而得到优化的软土地基处理的方案。 在完成软土地基处理方案优化选择的基础上，论文通过总结常用地基处理方案的适 用条件、加固机理、设计要点和设计流程图，指明设计过程中应考虑的设计步骤和有关 参数选取，从而系统的完成整个地基处理的决策设计过程。此外论文还在v b 编程环境下 运用计算机技术手段开发了公路软土地基处理服务系统，将软土地基处理方案决策和方 案设计过程程序化。 论文研究成果有利于提高软基处理技术决策设计的数字化和智能化，并可为软基处 理技术人员开展工作提供一定帮助。 关键词：软基处理；模糊数学；综合评判；服务系统；方案设计；v b 编程 a bs t r a c t r e s e a r c ho nh i g h w a ys o f tf o u n d a t i o nt r e a t m e n ta l s os t a yi nl o c a la n dd l 比e 删砌 t r e a t m e n ts c h e m ea n dt h ea s p e c to fe f f e c te v a l u a t i o n , t h eo p t i m i z a t i o no fr e s e a r c h s y s t e ma r er a r e t h i sa r t i c l et h r o u g ht h es o f ts o i lp r o p e r t i e so fh i g h w a y , t h et r e a t m e n t s c h e m eo fs o f tf o u n d a t i o n , d o m e s t i ca n df o r e i g ns o f ts o i lt r e a t m e n td e c i s i o n - m a k i n g s u m m a r ya n dr e s e a r c h a n a l y s i s i n ga n du n d e r s t a n d i n gd e s i g ns t a 伍sa n dm a n a g e r si nt h e f i e l dw h a tt h e yw a n td e m a n d a n da c c o r d i n gt ot h es o f ts o i lt r e a t m e n ts c h e m e d e c i s i o n - m a k i n gf e a t u r e s ，b a s e do ne x p e r t sg r a d i n gb yw a yo ff u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nt h e o r y , t h e nc o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no ft h ei m p a c to fh i g h w a ys o i l f o u n d a t i o nt r e a t m e n to fv a r i o u sf a c t o r s a n ds o l v e dt h es e l e c t i o na b o u te v a l u a t i o ni n d e x ， i n f l u e n c ef a c t o r ss u c ha st h ew e i g h td i s t r i b u t i o np r o b l e m s i n f l u e n c ef a c t o r ss u c ha st h e w e i g h td i s t r i b u t i o np r o b l e m s ，t h u so b t a i n st h eo p t i m a ls c h e m eo fg r o u n dt r e a t m e n to f s o f ts o i l o nt h eb a s i so fo p t i m i z e ds e l e c t i o na b o u tc o m p l e t et h ep l a nt od e a lw i 也s o f ts o i l f o u n d a t i o n , 1 1 尬a r t i c l et h r o u g hs u m m a r yt h ea p p l i c a b l ec o n d i t i o no fc o m m o n l yu s e d t r e a t m e n tp l a n , r e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s m ，d e s i g ne s s e n t i a l s ，d e s i g nf l o wc h a r t i n d i c a t e d u r i n gt h ed e s i g np r o c e s ss h o u l db ec o n s i d e r e dd e s i g ns t e p sa n dr e l e v a n tp a r a m e t e r s e l e c t i o n t h u ss y s t e m a t i c a l l yt oc o m p l e t et h ed e c i s i o nd e s i g np r o c e s so ft h ee n t i r e f o u n d a t i o nt r e a t m e n t i na d d i t i o n , t h ea r t i c l eu s e st h em e a n sa b o u tt h ec o m p u t e r t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n th i g h w a ys o f ts o i lf o u n d a t i o np r o c e s s i n gs e r v i c es y s t e mu n d e r t h ev bp r o g r a m m i n ge n v i r o n m e n t m a k es o f ts o i lf o u n d a t i o nt r e a t m e n ts c h e m e d e c i s i o n - m a k i n ga n ds c h e m ed e s i g np r o c e s sp r o g r a m m e d 1 1 1 er e s e a r c hr e s u l t so ft h i sa r t i c l ec a nc o n d u c i v et oi m p r o v ed i g i t a la n di n t e l l i g e n t f r o mt h es o f tf o u n d a t i o nt r e a t m g ”n tt e c h n o l o g yd e c i s i o nd e s i g n p r o v i d es o m eh e i pt o s o f tf o u n d a t i o np a s o n n e lo ft r e a t m e n ta n dt e c h n i c a l k e yw o r d s ：s o f tf o u n d a t i o nt r e a t m e n t ；氨i z z ym a t h e m a t i c s ；c o m p r e h e n s i v ee a l u a t i o n ； s e r v i c es y s t e m ；s c h e m ed e s i g n ；v bp r o g r a m m i n g 目录 第一章绪论1 1 1 课题的提出1 1 2 国内外研究现状3 1 3 本文的工作思路和研究内容5 第二章公路软土地基处理的方法及其特点7 2 1 软土性质7 2 1 1 软土的定义7 2 1 - 2 软土主要岩土工程特性9 2 2 贵州省山区软基特点1 0 2 3 常用软土地基处理的方法1 2 2 4 软土地基处理方案选择的特点1 6 2 4 1 影响因素众多1 6 2 4 2 模糊性1 6 2 4 3 实时性1 6 2 5 本章小结1 8 第三章基于模糊综合评判法的软基处理方案选择2 0 3 1 模糊综合评判法步骤2 0 3 1 1 模糊综合评判的思想和原理2 0 3 1 2 模糊综合评判法的模型和步骤2 2 3 2 软土处理方案选择的模糊综合评判2 4 3 2 1 模糊综合评判因素集的确定2 4 3 2 3 建立综合评判的评价集2 5 3 2 3 影响因素的权重分配2 5 3 2 4 进行单因素模糊评判，并求得评判矩阵2 6 3 3 实例分析2 9 3 4 本章小结3 0 第四章常用软土处理方案设计3 1 4 1 常用软土处理方案要点3 1 4 1 1 换填垫层法设计3 l 4 1 2 强夯法3 3 4 1 3 强夯置换法3 6 4 1 4 振冲法3 7 4 1 - 5 砂石桩法3 9 4 1 6 水泥粉煤灰碎石桩法4 2 4 1 7 夯实水泥土桩法4 4 4 1 8 水泥土搅拌法4 6 4 1 9 高压喷射注浆法4 9 4 1 1 0 石灰桩法5 l 4 2 设计流程图5 2 4 2 1 垫层设计流程图5 2 4 2 2 刚性桩、半刚性桩复合地基设计流程图5 4 4 2 3 散体材料桩及柔性桩复合地基通用设计流程图5 5 4 2 4 强夯法设计流程图5 6 4 2 5 加固土桩设计流程5 7 4 2 6 深层搅拌法设计流程图5 8 4 3 本章小结5 9 第五章基于、b 编程的系统实现6 0 5 1v b 程序简介6 0 5 2 系统的总体结构及功能模块6 l 5 2 1 公路软土地基处理服务系统结构图6 l 5 2 2 系统模块组成6 2 5 3 程序部分功能及代码解析7 l 5 4 程序实现结果7 7 5 5 本章小节7 9 第六章结论与展望8 0 6 1 本文取得的主要成果8 0 6 2 展望8 0 致谢8 2 参考文献8 3 在学期问发表的论著及取得的科研成果8 5 第一章绪论1 1 1 课题的提出 第一章绪论 软土是指内聚力小，抗剪强度低，孔隙比大，压缩性高的过湿土、淤泥( 质 土) 及其它高液限、高含水量、高压缩性的特殊土。这类土是在静水或缓慢的流 水环境中沉积并经生物化学作用形成的，其主要特性为： 天然含水量高，大于液限，呈流塑状态； 孔隙比大于等于1 0 ； 强度低； 压缩性高，属高压缩性土； 渗透性差，地基工后沉降大，并需长时间才能稳定； 具有结构性，施工时扰动结构会使其强度降低。 软土地基是指在地表下相当深度范围内存在软弱土层的地基，具有强度低， 压缩性大、透水性小等特点。软土地基的强度、变形随时间的变化而变化，其变 化规律与土的类别、性质、边界排水条件、受荷载形式、时间等诸多因素有关。 软土地基如不进行处理或处理措施不当，将会造成高速公路路基强度低、工后变 形大、路基产生沉降和不均匀沉降、结构物下沉等问题，导致路基失稳、沉陷， 路面变形开裂等工程破坏，严重影响道路的正常使用。 随着国家交通发展和高速公路网建设的推进，近年来贵州省高速公路建设突 飞猛进，目前贵州省在建厦蓉高速公路贵州境内段、镇宁- 胜境高速公路等6 条 高速公路，总里程达7 0 0 多公里。贵州位于云贵高原东部，是隆起于四川盆地和 广西丘陵之间的亚热带高原地区，区内地形、地貌较复杂，气候潮湿、多雨，山 间沟壑分布较多的软土地基。与我国沿海及长江中下游平原地区普遍分布的软土 不同，贵州省的软土地基具有如下特点： 分布广泛，但较零星、土性复杂多变，软土多分布在一些山涧谷地、河流 两侧的平缓地段，由于受地质勘查工作量的局限，很多软土到施工阶段才发现， 是产生大量工程变更的主要因素之一； 纵横向厚度变化大，软弱层厚度不均匀，往往在较小的范围内软土层厚度 急剧变化； 地下水较丰富，山谷软土地带一般泉水较发育，地基过湿、排水困难； 软基处理受地形影响大，施工困难，由于软土常分布于沟壑地带，路基多 为高路堤或半填半挖路基，大型机械难以操作，软基处理技术难度大，选择处理 方案时受到较大限制。 2 第一章绪论 如果对软土地基处理不当，就会产生许多问题，例如： 堤整体滑动，桥台破坏； 构筑物与路堤衔接处产生差异沉降，引起桥头跳车及路面破坏； 涵身、通道凹陷，沉降缝拉宽而漏水： 路面横坡变缓，造成积水等。 以往修建低等级路时，由于路堤高度低、行车速度慢，所以即使建在软土地 基上，软土的危害程度显得不突出。但是高等级公路的情况则不同，由于行车速 度高，要求立交多、通道多，形成过密的桥梁、通道和桥头高路堤，路堤高度往 往超过软土地基的极限填土高度。随之而来的是地基的沉降和路堤的稳定问题。 因此，加强高等级公路软基处理的研究，己经成为关系我国交通事业发展的一个 非常重要课题堙1 。 公路软土地基处理是一个复杂的系统工程，为保证地基处理的质量和道路的 使用质量，在基础资料获取( 包括地质勘探，室内试验、现场原位测试、成果报 告等) 、沉降与稳定计算( 包括计算方法、计算参数、经验系数等的选用) 、处理 方案设计( 考虑技术先进、稳妥可靠、经济可行、因地制宜的原则) 、施工及质量 控制( 包括施工机具配备、材料控制、施工检测等) 、路堤填筑( 路堤稳定监测仪 器埋设和观测) 、预压及沉降预测( 可靠的预测方法选取) 、卸载及施工路面结构 全部过程中的每一步，都需要技术人员利用丰富的实践经验和扎实的理论知识进 行合理的分析判断与决策。软土地基上的公路设计，地基是否需要处理是一个很 重要的决策问题，若对某些地质条件处理不当，会对土的天然结构产生扰动，引 起过大的附加沉降。对需要处理的地段。则需要对深层处理还是浅层处理做出决 策。浅层处理有换土垫层、抛石挤淤、夯实等方法；深层处理有砂井预压、塑料 排水板预压、加固土桩、粒料桩等，也需要做出决策。在施工阶段，为掌握路堤 的沉降变形和稳定动态并保证路堤的施工质量和稳定性，工程的每一步都要有正 确的决策。 在软土地基处理技术决策中，影响因素众多，需要计算的工作量大，而设计 理论又不尽完善，经验往往起到重要的作用。经验虽然是宝贵的，但经验性一般 都带有某种程度的不确定性，同样一个问题，不同的人可能凭经验给出不同的处 理方法，而这种处理方法在技术上不一定是最优的，或技术上很合理但是工程造 价却很高。比如对长路段的深厚软土的处理，在江苏多采用管桩，浙江则用大通 量塑料排水板预压，而广东采用辅以竖向排水体的“薄层轮加法川3 1 。还有一些软 土地基的处理方案，本来已经很成熟了，后来反而在一些地方不用了，如塑料排 水板、水泥搅拌桩都有过此“命运 。因此，如何在目前投资规模宏大的公路建设 中，使地基处理的设计与施工决策更具科学性，减小决策的主观性和盲目性，对 第一章绪论 3 于建设节约性社会，创新型国家是非常重要的。利用人工智能、知识工程、模糊 数学、决策分析、计算机技术等，来进行高速公路软基处理智能决策研究，无疑 是解决这一问题的有效途径h 1 。 为满足社会经济飞速发展的需要，目前我国公路建设速度很快，设计施工周 期都比较短，这样就造成在实际工作中出现许多复杂的技术问题，特别是需要时 间的软土地基处理问题更突出，这点己被国内大量的工程所证明。软土地基处理 中的技术问题往往需要专家在最短的时间内提出最优的处理方案，这对工程技术 人员的知识水平以及技术领导的决策水平都提出了严峻的挑战。要组织召集大批 专家在有限的时间内去处理问题，并不是一件容易的事，新的挑战要求我们采用 新的思想和方法去应对，而建立公路软土地基处理服务系统有助于解决问题。有 了这个系统，就如同给每个技术人员配了一个咨询专家，随时可以为软基处理决 策提供参考，为设计过程提供快速的电算化。软土地基处理服务系统是一种计算 机程序，简单地说就是存储在磁盘上的经验。它利用人工智能技术和计算机技术， 根据该领域多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策 过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题晦1 。研制和开发该服务系统，是 人工智能在岩土工程中应用的新的发展，是一项很实用的技术。本课题研究对于 贵州山区高速公路建设具有十分重要的指导作用及实用价值。同时本课题对进一 步提高我国山区高速公路软土地基处理技术与水平，推动交通行业科技进步具有 重要的意义。 1 2 国内外研究现状 近年来在软土处理方面研究人员取得了不小的进展，先后提出了很多地基处 理决策方法，比如评分优化法、层次分析法、模糊评判法、神经网络法、灰色关 联法及范例推理法等。 基于评分优化法的软基处理方案决策模型1 评分优化法就是指选择合理的指标体系，根据专家评分来决定最优方案的一 种系统工程方法。所选常见指标一般包括工程造价、施工工期、施工技术可靠性、 施工复杂程度、环境影响等。评分标准通常采用很低、低、一般、高、很高：很 简单、简单、一般、复杂、很复杂等，在考虑各个指标的影响权重后，选择综合 分值最高的方法作为软基处理方法。 基于模糊评价的软基处理方案决策模型 模糊评价是应用模糊数学理论对系统进行综合评价的一种方法，即根据给出 的评价标准和实测值，经过模糊变换后对事物做出评价。这种方法将不确定的信 4 第一章绪论 息用定量的方法加以处理，变定性决策为定量决策，增加判断的直观性和准确性。 软土处理方案评价中的许多因素有模糊性，如处理效果的好坏、对环境影响的大 小等已成为人们的共识，为了处理影响软基处理方案评价中因素的模糊性，许多 研究人员应用模糊数学理论来解决软基处理方案评价问题。王建华、李夕兵提出 的将模糊优选理论运用到评价和选择地基处理方案中，利用相对优属度来选择最 佳处理方案盯1 。刘国用模糊数学中的聚类分析方法分析几种常用的软基处理方案的 技术、造价、工期等指标，并对其处理方案进行模糊选择是一种比较直观的数学 方法，它解决了模糊语言的归属问题阳1 。评价借助于计算机，所考虑的因素较多， 模糊矩阵样本容量增大，那么选择的方案越接近实际。但是，在用模糊数学来选 择软基加固方案是隶属度和样本数据的确定，需要对大量的实际数据进行整理、 统计，需要有较丰富经验的人员参与确定，否则聚类动态分析时可能出现“失效 或失真 现象。 基于层次分析法的软基处理方案决策模型 层次分析法憎1 是系统工程中的一种决策方法，它首先把问题层次化，然后根据 问题的性质和要求达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间 的相互关联影响以及隶属关系将不同层次聚集组合，形成一个层次阶梯模型，并 最终把系统分析归结为最低层相对最高层的相对重要性权值的确定和相对优劣次 序的排列问题，从而选出最优方案。刘挺、蔡升华将软基处理方案投资、工期、 质量、效果作为准则层，地基处理费用、施工工期、技术成熟性等1 2 个指标作为 指标层，运用层次分析对软基处理方案做出了综合评价n 伽。冯仲仁、朱瑞赓建立了 高速公路软基处理方案的多层次模糊决策 i t l 。但层次分析法一般只用于结构性较好 的决策，而且评价主体的偏好信息和评价对象都要求量化。 基于神经网络的软基处理方案决策模型 人工神经网络( a n n ) 是二十世纪八九十年代发展起来的基于模仿生物大脑的 结构和功能而构成的一种信息处理系统，它最大的特征是其固有的并行结构和大 规模并行处理，信息的分布式存储，连续时间非线性动力学，全局集体作用，高 度的容错性和鲁棒性，自组织、自学习和实时处理，特别是它可以从积累工程实 例中学习知识，尽可能多地把各种定性与定量的影响因素作为变量加以输入，建 立各影响因素与结论之间的高度非线性映射，采用自适应模式识别方法完成预测 任务n 引。神经网络为完成某一特定的任务，通常采用“训练 的办法。这种“训练 实质上是网络的学习过程，一般它根据事先定义好的“学习规则 ，按照提供的特 定作业的学习实例，调节网络系统各节点之间相互连接的权值大小，从而达到记 忆、联想、归纳等目的。它已广泛应用于分类、诊断、评估、预测等领域。软基 处理方案决策是一个受多因素影响的、非线性的动态系统决策问题，舢州对解决 第一章绪论 5 这一问题奠定了基础n 引。通过研究土的物理力学指标之间的相关关系，选用5 个输 入参数( 软土厚度、软土压缩模量、地表硬壳层厚度、硬壳层压缩模量和路堤高 度) ，3 个输出参数( 即处理方法：不处理、浅层处理和深层处理) ，建立了基于 b p 神经网络的高速公路软基处理方案决策模型。 基于灰色关联理论的软基处理方案决策模型 灰色关联分析的基本思想是通过确定参考数列和若干比较数列的几何形状相 似程度来判断其联系是否紧密，它反映了曲线间的关联程度，大者为优。灰色关 联分析实质上是比较一系列数据对一条参考曲线的拟合程度。显然，某组数据的 变化趋势越接近参考曲线，其关联度也越大，该组数据代表的主体也越符合设想 的要求。在软基处理方案决策过程中，有些信息如工程造价、施工工期等可通过 计算成为已知信息；有些信息如施工难度、处理效果、技术可靠性等只能定性描 述而不能定量，且信息并不十分完全，各因素间的关系也不很明确，因此软基处 理方案选择实质上是灰色系统问题。应用灰色关联分析法可以解决这一问题。冯 仲仁，陈向阳等n 引运用灰色系统理论，建立的软基处理方案决策模型，合理确定了 方案决策评价指标及其权重，根据计算出的灰色关联度来实现对拟选方案的优选 和排序，从而对方案做出决策，实例分析表明，该模型使用方便、决策结果合理， 具有实用价值。 基于范例推理的软基处理方案决策模型 范例推理( 简称c b r ) 的思想就是通过访问范例库中过去相关的事例的求解 利用类比推理而获得当前问题解，其推理过程蕴含了学习和归纳的功能，从而简 化了知识的获取过程n 们。在软土地基上修建高速公路，首先需要对是否进行处理 做出决策，某些地质条件若处理不当，会对土的天然结构产生扰动，引起过大的 附加沉降。对需要处理的地段，则需对采用深层处理还是浅层处理做出决策。影 响高速公路软基处理方案决策的因素很多，有地质因素( 土的压缩模量、强度、 硬壳层厚度等) 、工程因素( 填土高度、施工难度等) 、经济因素( 投资、维护费 用等) 及环境影响因素等。长期以来，研究人员已经对软基处理方法进行过深入 的研究，获得了比较明确的结论。冯仲仁，陈向阳等提出了基于范例推理的软基 处理决策模型n 7 1 ，在大量的软基处理工程实例的基础上，利用类比推理的方法来获 得软基处理方式，原理简单、直观，使用方便。 1 3 本文的工作思路和研究内容 本文的主要工作是建立适合于项目依托的贵州在建山区高等级公路建设实际 的公路软土路基处理服务系统r f d s 。r f d s 系统作为专家服务软件工具，是在软 6 第一章绪论 土理论研究、专家调查、参考相关地基处理规范的基础上编写完成。在对软土处 理影响因素做出快速判定的前提下，使用r f d s 系统在为工程设计、建设管理提 供优化的软基处理方案，并可为相应的处理方案提供辅助设计支持。 本文将专家调查法和模糊综合评判方法同时用于解决地基处理方案的决策优 化，使用户多方位把握对问题的处理，确保设计方案的经济性与合理性。 对于上述理论的具体应用开展以下方面的研究： 介绍了国内外公路工程软土路基处理服务系统的研究现状和发展趋势，根 据我国的实际情况，提出建立公路实用软土地基处理服务系统的必要性和本系统 主要的组成结构： 介绍国内外不同领域从不同的工程角度对于软土的定义，总结出常见的软 土处理的方法和它们各自的特点以及它们的适用条件、加固机理和处理效果； 在专家调查的基础上采取模糊综合评判理论对不同性质的软土路基的处 理方案进行优化选择； 以：地基处理技术规范和建筑地基基础设计规范为基础，提炼出常 用的几种软土地基处理的设计要点和设计流程图； 在v b 编程环境下实现处理方案选择和设计的电算化，公路软土路基处理 服务系统是把模糊而复杂的计算变成直观简单的参数选择和输入，并且计算的程 序化方便了用户调整某些参数的大小，确保了设计的合理性，在很大程度上提高 了软土处理方案设计的效率。 第二章公路软土地基处理的方法及其特点7 第二章公路软土地基处理的方法及其特点 2 1 软土性质 2 1 1 软土的定义 软土的定义各专业技术部门都不尽相同，国内外也均无统一的结论。有的定 义软土是一种简称，主要由细粒土组成。有的定义软土一般是含水量、孔隙比大， 抗剪强度、渗透系数低，且压缩性、灵敏度高的粘性土的统称。还有的将软土泛 指近代沉积的剪切强度低，压缩性大的软弱土层，主要为饱和软粘土，在天然地 层剖面上，它往往与泥炭或粉砂交错沉积。还有的定义软土一般是静水或缓慢水 流中以细颗粒为主的近代沉积物，即流速减缓与温度变化使微细粒的粘土矿物和 有机质在悬浮液溶解力与粘滞性降低的条件下，逐渐停积的饱和软弱粘性土。还 有定义软土是指天然含水量大、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的 粘性土，如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。 工程地质手册第四版( p 4 5 5 ) 对软土的定义：“软土是指天然孔隙比大于或等 于1 0 ，且天然含水量大于液限的细粒土。包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土 等川蚓，分类标准如表2 1 所示。 表2 1 工程地质手册中对软土的分类标准 t a b l e2 1t h es o t ts o i lc l a s s i f i c a t i o ns t a n d a r d si ne n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lm a n u a l 土的名称划分标准 备注 淤泥 p 1 5 ，五 l 淤泥质土 1 5 p 1 0 l 广天然孔隙比 i l 一液性指数 泥炭比 6 0 w u 一有机质含量 泥炭质土 1 0 0 6 呒6 0 0 6 国标 ：岩土工程勘察规范( p 7 3 ) 对软土是这样定义：“天然孔隙比大于或等 于1 0 ，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥 炭、泥炭质土等川娜。 公路路基设计规范( 2 0 0 4 ) 中第7 部分( p 6 9 ) 提出的软土鉴别依据见下表2 2 所示啪1 。 8 第二章公路软土地基处理的方法及其特点 表2 2 公路路基设计规范中软土鉴别指标 t a b l e2 2t h es o f ts o i li d e n t i f i c a t i o ni n d e xi nh i g h w a yr o a d b e dd e s i g ns p e c i f i c a t i o n 天然含水量 天然孔 直剪内摩十字板剪切压缩系数a o 1 川2 土类 ( ) 隙比擦角( 。)强度( k p a ) ( m p a 1 ) 粘质土 3 5 液 1 0宜 o 5 有机质土 4 0 1 2 0 0 5 9 5 3 0 0 9 5 o 3 9 3 1 5 港口工程技术规范( 1 9 8 2 ) 中把软土定义为：塑性指数大于3 的土为粘性 土，其中：第四纪晚更新q 3 及其以前形成的粘性土统称为老粘性土；第四纪全新 世q 1 形成的粘性土称为一般粘土；近代水下沉积形成、天然含水量大于液限、天 然孔隙比大于1 o 而小于1 5 的亚粘土、粘土，分别称为淤泥质亚粘土、淤泥质粘 土；近代水下沉积形成，天然含量大于液限、天然孔隙比大于或等于1 5 的亚粘土、 粘土称为淤泥。把淤泥、淤泥质土以及天然强度低、压缩性高、透水性差的一般 粘性土统称为软土。 第九届亚洲地区土力学基础工程会议上，m k a m a n 在土耳其总报告中把高速 公路路基软土定义为：标准贯击数小于4 、无侧限抗压强度小于5 0 k p a 、含水量大 于5 0 的粘性土和标准贯击数小于1 0 、含水量大于3 0 的砂性土统称为软土1 。 日本道路公团1 9 8 7 年提出的软土地基的标准如表2 4 所示。 第二章公路软土地基处理的方法及其特点 9 表2 4 日本道路公团1 9 8 7 年提出的软土地基的标准 t a b l e2 4j a p a ng o n g t u a n19 8 7r o a dp r o p o s e ds t a n d a r do fs o rs o i lf o u n d a t i o n 地层泥炭质地基粘土质地基砂质地基 层厚 1 0 m n ( 标准贯入击数) 4 6 1 0 吼( 无侧限抗压强k p a ) 6 0 1 0 0 吼( 荷兰式贯入指数k p a ) 8 0 0 1 2 0 0q o o o 德国地基基础规范( d i n4 0 8 4 ) 中：软土指“很容易搓捏的土一，相当软塑 状态的土；而将液塑状的土称为“浆糊状土( 拳头紧握它时，会从指缝间挤出) 川矧。 上述诸多定义多与其工程类型及解决的工程问题有关。尽管有的把软土视为 软粘土的简称，有的把软土视为整个软弱土质( 高压缩性的有机土、可液化的砂 土、软粘土等) 的简称，有的则把软土视为软弱土基的简称。但无论软土还是软 土地基，它的软硬都是相对的，软硬不但对土质而且对工程而言也是相对的。软 硬应与土质、工程性质两者相关。因此软土应是与土质、工程性质相关的高孔隙 比、大含水量、低强度、高压缩性及低渗性的以软弱粘性土为主的软弱土层的统 称1 。 2 1 2 软土主要岩土工程特性 软土本身的成因及其物理力学性质决定软土具有如下的岩土工程特性嗡矧： 含水量高 淤泥和淤泥质土的含水量多为5 0 - 7 0 ，液限一般为4 0 - 6 0 ，天然含水 量随液限的增大而增加。 孔隙比大 天然软土的孔隙比往往要比同一垂直压力下的重塑土的孔隙比高出0 2 - 0 4 。 渗透性小 其渗透系数值一般在l x l 0 。4 一 - - - 1 x 1 0 - s c m s 之间。而大部分淤泥和淤泥质土地区， 由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉砂、细砂、粉土等，故在垂直方向 的渗透性比水平方向要小。 压缩性高 淤泥和淤泥质土的压缩系数l m 一般为0 7 1 5 m p a 二1 ，最大达4 5 m p a 1 ，且 随着土的液限和天然含水量的增大而增高。 抗剪强度低 软土的抗剪强度与加荷速度及排水固结条件密切相关。直剪快剪内摩擦角一 1 0第二章公路软土地基处理的方法及其特点 般为2 0 , - - - 5 0 0 ，粘聚力为lo , - - - 15 k p a ： 触变性 由于软土的结构性在其强度的形成中占据相当重要的地位，所以触变性也是 软土的一个突出的特点。软土的触变性是指土体强度因受扰动而降低，又因静置 而增长的特性。软土中因打桩扰动引起孔隙压力增加，随后因孔隙压力消散而引 起地面沉降和负摩擦的问题早就有人研究过。这些现象也充分说明了保护天然软 粘土结构性具有重要意义。 此外淤泥质土中有机质的组成很复杂，有未经分解的动植物残体，也有高度 分解的腐殖质等有机化合物。有机质在土中有的呈游离状态，其含量较高时，土 的工程性质欠佳。含大量有机质的泥炭，分散度高，表面积大、吸附性强，具海 绵状，含水量可达6 0 0 以上。泥炭具有干容重小、孔隙比大、压缩性和膨胀性大、 承载力小等工程特性。在土坝设计中限定筑坝土料的有机质含量不得超过5 ，而 作为防渗结构的土料有机质含量不得超过2 心7 1 。 2 2 贵州省山区软基特点 贵州属岩溶山区，其中9 2 5 的面积为山地和丘陵，软土类型属于谷地沉积 类型。山区的软土地基与内陆平原和沿海地区是不同的，其成因与地形地貌、地 质构造、地层岩性、气候环境与水文地质条件等有密切的关系。在山区或者丘陵 区，含有大量有机质的粘性土汇积于平缓谷地之后，随流速减低而淤积形成软土。 在贵州地区软土地基分布广泛，典型的地区有六盘水地区呈片状、带状分布，靠 山边浅，谷中心深，具有较大的横向坡，颗粒由山前到谷中心逐渐变细。常见的 有鸡爪沟软土、斜坡软土。 西南山区尤其是贵州山区鸡爪沟软土地基沉积形成的环境与性质不同于内陆 平原和沿海地区的淤泥、淤泥质土。与内陆平原与沿海地区的软土地基相比，山 区鸡爪沟软土地基分布上的显著特点是分布面积不大、厚度变化悬殊。因此处理 山区鸡爪沟地形的软土地基时，应根据处理目的，结合具体的地形条件，选择符 合要求且经济实用的处理方法，解决好非等厚软土不均匀沉降、高填方路基修筑 和鸡爪处理方式等问题。 斜坡软土也是西南山区，特别是贵州省、四川省山区特有的一种软土型式。 这种软土通常分布在斜坡上，甚至还有分布于斜坡上凸起的山梁、台地等处，同 时具有分布不连续性和不均匀性特征，在斜坡上时断时续，厚度变化极大。为了 强调其位于山坡斜坡的分布特征，区别于一般山区沟谷洼地的沉积型软土，简称 其为“斜坡软土 。斜坡软土的工程特性与沉积型软土具相似性，天然含水量高、 第二章公路软土地基处理的方法及其特点1 l 孔隙比大、高压缩性、低强度性、流变性、触变性等特点。还兼有膨胀性( 弱中等 膨胀性) ，具有明显湿胀干缩效应特征。斜坡软土因地处山体斜坡地段，由于母岩 风化差异及地形起伏不同，使同一斜坡地段的软土具有不连续、不均匀性、厚度 变化大等特点，往往呈透镜状、囊状、似层状形态分布。形成了斜坡软土地基的 不均匀性及非稳定性。 上述对西南山区，特别是贵州山区软基特点作了概况描述，总结起来，贵州 山区软基有如下几个特点： 软土多分布于较为狭窄的沟谷中，且分布广泛，较为零星。软弱土层为冲 沟中淤积，从而一般呈一条狭长的软弱带。由于这种软土在勘察时期较为隐蔽， 加之受到地质勘查工作量的局限，很多软土到施工阶段才被发现，这也是产生大 量工程变更的主要因素之一。 有时软土地基表面或软土地基底部，具有一定向外的斜坡，且地基土松散， 具有低强度或高压缩性，纵横向厚度变化大，软弱层厚度不均匀，往往在较小的 范围内软土厚度急剧变化； 软土以软粘性土、淤泥性土为主，含少量泥炭，部分为粘土、亚粘土，一 般呈褐灰、深灰色，局部夹亚砂土，软、可塑状。孔隙比0 6 - - - 1 1 ，含水量2 0 - - - 6 0 不等，差别较大。 地下水较丰富，山谷软土地带一般泉水较发育，地基过湿，排水困难；软 基处理受地形影响大，施工困难，由于软土分布于沟壑地带，路基多为高路堤或 半填半挖路基，大型机械难以操作，软基处理技术难度大，选择处理方案时受到 较大的限制。 由于山区软土成因及其工程性质都有其特殊性，从而使得山区软土路基在破 坏形式上也有别于一般内陆平原和东部沿海地区的软基。在山区，大多路段与沟 谷或河道并行，许多还经过冲、洪积扇的前缘，使软土路基很容易遭到水的浸透 和冲蚀，尤其是暴雨、滑坡和泥石流等灾害的频繁发生，更会使软土路基遭到严 重的毁坏。针对此类状况，对山区软土路基毁坏形式进行了分析和总结，将山区 软土路基破坏的主要类型初步归纳为剪切拉裂破坏、浸水沉陷破坏、剥蚀坍塌破 坏和推挤滑动破坏四种类型。 剪切拉裂破坏 该类型破坏主要是指软土路基在强烈的行车荷载及自重作用下发生的破坏。 具有高触变性的软土在振动荷载或自重力的作用下，强度下降，表现出很强的流 变性，导致软土层侧向滑动挤出，路基发生不均匀沉降。主要表现为临空面一侧 或两侧的车道发生沉陷，道路出现隆起现象；在剪切和拉裂作用下，路面形成裂 缝，裂缝不断发展，并不断贯通，最终导致公路毁坏。尤其是在公路的弯道处， 1 2第二章公路软土地基处理的方法及其特点 路面受力极不均匀，更易发生此类破坏。 浸水沉陷破坏 在山区，雨水较集中，且在地表易于汇集，因此在排水不畅的路段，水很容 易浸入路基，在土体自重、行车荷载及气温变化等诸多因素作用下，路基发生不 均匀沉陷变形，引起路面破损开裂，水渗入裂缝后常导致路面馏浆 ，形成常说的 “橡皮路 。常常表现为路面局部凹陷，行车震颤、颠簸及桥头错台跳车等现象。 有些路段位于冲、洪积扇的前缘，往往是地下水溢出带，若路基处理不当，很容 易被水浸入而导致公路毁坏。 剥蚀坍塌破坏 山区公路路基的坍塌破坏主要是由剥蚀作用引起。如风蚀、流水冲蚀、泥石 流的剥蚀等。主要是以水的冲蚀作用为主。软土松散，抗蚀能力弱，在雨季期， 洪水或泥石流不断冲刷沿河路基，严重的侧淘蚀作用常使路基边坡被淘空，导致 路基边坡下滑和坍塌，毁坏临河路基。尤其是高填土路堤，在不是全防护的情况 下，裸露部位更易遭到流水冲刷，造成路堤滑塌和路面损坏。 推挤滑动破坏 该类型破坏主要是指滑坡等的推挤作用对路基、路面的破坏，其结果常导致 路基路面下滑、断裂、错台和沉陷。随着滑坡体与路基位置关系的不同，路基的 破坏程度也有所不同。如果路基处在滑坡体上，一旦滑动，整段路基和路面都将 被毁掉。 2 3 常用软土地基处理的方法 根据软土的特点，公路以软土作为地基是十分不利的。由于软土的强度很低， 天然地基土的强度很低，其承载力特征值一般为5 0 一- 8 0 k p a ，不能承受较大的荷载。 因此，在软土地基上修筑路堤，要求对软土地基进行处理。地基处理的目的主要 是改善地基的工程