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作者；張毅

   隨著中國(guó)西部山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展，高填方地基日益增多，其長(zhǎng)期工后沉降直接關(guān)系到機(jī)場(chǎng)、高速公路和鐵路等設(shè)施的正常使用。目前對(duì)于碳酸鹽巖的室內(nèi)試驗(yàn)已經(jīng)獲得大量成果，但是對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的研究還處于起步階段。本文通過(guò)高填方碳酸鹽巖塊石地基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果，以回歸參數(shù)模型和廣義開(kāi)爾文模型為研究手段，對(duì)碳酸鹽巖高填方地基工后沉降進(jìn)行了深入研究。

1  地基巖層分布

  本試驗(yàn)依托于貴州盤(pán)縣“煤（焦、化）-鋼-電”一體化循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目。填方區(qū)自上而下構(gòu)成為：①四系地層( Q4pd)耕植土  含植物根系和殘?bào)w，表面裂隙比較發(fā)育，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度0.3~0. 8m;②()紅黏土  硬塑~可塑狀態(tài)，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度3～5m；填方區(qū)下伏基巖主要為薄層灰?guī)r，少量中厚層泥質(zhì)石灰?guī)r。本工程巖層巖體較破碎，主要為中風(fēng)化。巖石主要為中厚—厚層白云巖、薄~厚層灰?guī)r及中厚~厚層含泥質(zhì)灰?guī)r。填料黏土含量≤5%，填料均采用粒徑≤500mm自然級(jí)配塊石。地基處理方式為強(qiáng)夯處理，對(duì)強(qiáng)夯不能處理的區(qū)域，使用振動(dòng)碾壓的方式處理。

2蠕變?cè)囼?yàn)設(shè)施

  試驗(yàn)平臺(tái)按順序布置4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，各試驗(yàn)平臺(tái)平面布置如圖1所示。其中1號(hào)和4號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)底部尺寸為3. 0m×3.0m，2號(hào)和3號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)底部尺寸為5. 0m×5.0m。1號(hào)和2號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行濕潤(rùn)狀態(tài)的蠕變?cè)囼?yàn)，3號(hào)和4號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行自然狀態(tài)下的蠕變?cè)囼?yàn)。試驗(yàn)場(chǎng)地剖面如圖2所示，各平臺(tái)觀測(cè)及注水裝置如圖3所示。

3試驗(yàn)結(jié)果

  4個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)加載方式分為8級(jí)加載，加載歷時(shí)101d，最終加載完成后保持所有試驗(yàn)平臺(tái)底部應(yīng)力為420kPa。對(duì)1，2號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)在濕潤(rùn)狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，注水過(guò)程中擬定濕潤(rùn)碎石填料深度為5倍平臺(tái)寬度，即5m，3m平臺(tái)分別為25，15m，注水?dāng)U散角為300。加載結(jié)束后繼續(xù)沉降觀測(cè)到第311d，得到試驗(yàn)平臺(tái)沉降與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4所示，試驗(yàn)平臺(tái)沉降量取各平臺(tái)4個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的平均值。

  4個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)經(jīng)過(guò)蠕變?cè)囼?yàn)，對(duì)比尺寸相同的試驗(yàn)平臺(tái)，圖4中濕潤(rùn)狀態(tài)下1號(hào)平臺(tái)的總沉降量明顯大于自然狀態(tài)下4號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)的總沉降量，濕潤(rùn)狀態(tài)下2號(hào)平臺(tái)的總沉降量明顯大于自然狀態(tài)下3號(hào)平臺(tái)的總沉降量，說(shuō)明濕潤(rùn)狀態(tài)下對(duì)于地基蠕變有著很大的影響。對(duì)比底部應(yīng)力相同、濕潤(rùn)狀態(tài)相同的1號(hào)和2號(hào)平臺(tái)，2號(hào)平臺(tái)的沉降量明顯大于1號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)，說(shuō)明平臺(tái)底面積與平臺(tái)沉降值成正相關(guān)，這個(gè)現(xiàn)象對(duì)比自然狀態(tài)下的3號(hào)和4號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)同樣可以得出。4個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)在應(yīng)力作用下的最大沉降為2號(hào)平臺(tái)的沉降值75. 85 mm，表明無(wú)論自然狀態(tài)或濕潤(rùn)狀態(tài)下地基均能夠滿(mǎn)足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011對(duì)地基變形沉降的要求。

4蠕變模型

4.1經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?

  本試驗(yàn)的沉降過(guò)程分為2個(gè)階段：荷載加載階段瞬時(shí)沉降和加載結(jié)束后的蠕變沉降。針對(duì)加載過(guò)程中荷載逐級(jí)增大的情況，此時(shí)地基沉降主要以瞬時(shí)沉降為主，對(duì)于加載過(guò)程中忽略蠕變沉降的影響。通過(guò)分析，其瞬時(shí)變形值與兩級(jí)荷載之間的關(guān)系用復(fù)指數(shù)函數(shù)擬合較為合適。瞬時(shí)沉降值△ε12的計(jì)算方法如下：

式中：n和C為試驗(yàn)常數(shù)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得出。

  針對(duì)蠕變階段，經(jīng)驗(yàn)公式采用雙曲線(xiàn)函數(shù)，其表達(dá)式如下：

式中：A，B為回歸常數(shù)；t為蠕變持續(xù)時(shí)間。

  采用回歸分析，得出1～4號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)的沉降隨時(shí)間關(guān)系的參數(shù)如表1所示。

  擬合時(shí)未考慮第一級(jí)加載，上述公式的擬合曲線(xiàn)與實(shí)際曲線(xiàn)如圖5所示，擬合程度較好。蠕變的經(jīng)驗(yàn)公式很多，受巖石成分結(jié)構(gòu)、應(yīng)力和溫度的影響，公式的形式也不盡相同，使用時(shí)需要注意條件。表1提供了碳酸鹽巖在濕潤(rùn)狀態(tài)下和自然狀態(tài)下，隨時(shí)間沉降關(guān)系的回歸參數(shù)模型值，為實(shí)際工程提供參考和依據(jù)。

4.2廣義開(kāi)爾文模型（見(jiàn)圖6）

  碳酸鹽巖應(yīng)力與軸向應(yīng)變?nèi)�過(guò)程可以分為4個(gè)階段，即：壓密、彈性、應(yīng)變強(qiáng)化、應(yīng)變軟化階段。結(jié)合實(shí)際工程，巖石地基的應(yīng)變階段一般在第2階段，此時(shí)碳酸鹽巖蠕變曲線(xiàn)中包含瞬時(shí)變形階段，蠕變黏性階段。當(dāng)時(shí)間趨向無(wú)窮大時(shí)，蠕變量趨于恒定值，這與開(kāi)爾文模型類(lèi)似。因此，蠕變模型應(yīng)該包含彈性元件和開(kāi)爾文模型，這里選取廣義開(kāi)爾文模型作為蠕變模型。目前尚無(wú)理論模型可以描述卸載有殘余變形的蠕變特征，因此廣義開(kāi)爾文模型僅適用于加載狀態(tài)，不適用于卸載狀態(tài)。其蠕變方程如下：

5  結(jié)語(yǔ)

  1)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，地基的沉降變形主要發(fā)生在加載階段，待加載完成后，地基蠕變速率明顯變慢，在試驗(yàn)?zāi)┢�，試�?yàn)平臺(tái)沉降基本趨于穩(wěn)定，其中4號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)沉降值最小，2號(hào)試驗(yàn)平臺(tái)的沉降值最大，同時(shí)沉降量均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

  2)試驗(yàn)表明，相同狀態(tài)下不同尺寸的試驗(yàn)平臺(tái)，平臺(tái)底面尺寸越大，其蠕變沉降值越大。

3)通過(guò)蠕變?cè)囼?yàn)曲線(xiàn)，通過(guò)復(fù)指數(shù)函數(shù)擬合出加載階段的碳酸鹽巖地基蠕變階段的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，使用雙曲線(xiàn)函數(shù)擬合出蠕變階段的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｍㄟ^(guò)對(duì)蠕變?cè)囼?yàn)曲線(xiàn)的分析，找出廣義開(kāi)爾文模型作為蠕變的組合模型，所得組合模型曲線(xiàn)與實(shí)際試驗(yàn)曲線(xiàn)相關(guān)性較好。

6[摘要]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)碳酸鹽巖塊石高填方地基蠕變?cè)囼?yàn)的研究表明：長(zhǎng)期處于濕潤(rùn)狀態(tài)下的巖石，其在相同應(yīng)力作 用下，在加載過(guò)程中濕潤(rùn)狀態(tài)的瞬時(shí)沉降量明顯大于自然狀態(tài)的瞬時(shí)沉降量，但是在加載結(jié)束后，兩種狀態(tài)下的蠕 變沉降相差不大。根據(jù)自然狀態(tài)和濕潤(rùn)狀態(tài)下碳酸鹽巖地基蠕變的沉降監(jiān)測(cè)值，建立了碳酸鹽巖的經(jīng)驗(yàn)力學(xué)模型和蠕變力學(xué)模型。