Diferentes departamentos profesionales y técnicos tienen diferentes definiciones de suelo blando, y no existe una conclusión unificada en el país y en el extranjero. Algunos definen como abreviatura el suelo blando, que se compone principalmente de suelo de grano fino. Algunas definiciones de suelo blando generalmente se refieren a suelos cohesivos con alto contenido de agua y relación de huecos, baja resistencia al corte y coeficiente de permeabilidad, y alta compresibilidad y sensibilidad. Otros generalmente se refieren a capas de suelo blando con baja resistencia al corte y alta compresibilidad depositadas en los tiempos modernos, principalmente arcilla blanda saturada, que a menudo se depositan alternativamente con turba o limo en perfiles estratigráficos naturales. Otra definición es que el suelo blando generalmente se refiere a sedimentos modernos dominados por partículas finas en aguas tranquilas o de flujo lento, es decir, en condiciones donde los cambios lentos en el caudal y la temperatura conducen a una reducción en la solubilidad y viscosidad de la suspensión, fina. -Los minerales arcillosos de grano saturado y la materia orgánica de los suelos arcillosos blandos cesan progresivamente. Otra definición de suelo blando se refiere a un tipo de suelo cohesivo con gran contenido de agua natural, alta compresibilidad y baja capacidad de carga, como limo, suelo limoso y otros suelos cohesivos saturados altamente compresibles y limo [2].
La definición anterior de suelo blando está estrechamente relacionada con el tipo de ingeniería y los problemas de ingeniería a resolver. Las propiedades blandas y duras del suelo blando son conceptos relativos, y sus propiedades blandas y duras no solo están relacionadas con la calidad del suelo, sino también con la ingeniería. La dureza del suelo blando debe estar relacionada con la calidad del suelo y las propiedades de ingeniería. La identificación de suelo blando en diversas industrias nacionales y extranjeras se basa en algunos indicadores característicos del suelo blando, y los indicadores específicos utilizados también son diferentes, como se muestra en la Tabla 1.1.
Tabla 1.1 Lista de indicadores característicos de zonificación de suelos blandos en varias industrias en China
Si observamos las explicaciones de suelos blandos en las especificaciones de la industria anteriores, aunque son diferentes, todas se basan La relación de huecos naturales y el contenido de humedad natural se utilizan como índice característico para identificar suelos blandos.
Los suelos blandos están ampliamente distribuidos en mi país, especialmente en zonas costeras y ríos y lagos interiores, como Tianjin, Lianyungang, Shanghai, Hangzhou, Ningbo, Taizhou, Wenzhou, Fuzhou, Xiamen, Zhanjiang, Guangzhou, Shenzhen y Zhuhai, zonas del interior como Kunming, Wuhan, Nanjing, Ma'anshan, etc. Los tipos de suelo blando son complejos e incluyen suelo blando costero, suelo blando de valle ahogado, suelo blando de laguna, suelo blando de delta, suelo blando de llanura aluvial, suelo blando de lago en forma de meandro, suelo blando de valle fluvial, suelo blando de lago y suelo blando de pantano. El suelo blando, la base del suelo blando y una serie de problemas geológicos de ingeniería causados por ellos se encuentran a menudo en proyectos reales, que están determinados principalmente por las características de ingeniería del suelo blando. En circunstancias normales, la capacidad de carga de los cimientos de suelo blando no puede cumplir con los requisitos de diseño y es necesario reforzarla. Los suelos blandos de diferentes orígenes y materiales tienen diferentes características de ingeniería, por lo que los planes de tratamiento de cimientos también son diferentes. Por lo tanto, es particularmente importante comprender las propiedades técnicas de los suelos blandos. Como principal objeto de interacción humana en la Tierra, el suelo tiene propiedades geológicas de ingeniería extremadamente complejas, que incluyen principalmente propiedades físicas, hidráulicas y mecánicas [10].
1.2.1.2 Características de ingeniería de suelos blandos
Los seres humanos tienen una larga historia de construcción de casas y estructuras de retención sobre cimientos de tierra, y de uso del suelo como material de ingeniería para construir terraplenes. Sin embargo, la mecánica de suelos como ciencia técnica tiene sólo más de 80 años. Antes y después de que Karl K. Terzaghi publicara su famoso libro "Mecánica de suelos" en 1925, muchos estudiosos hicieron grandes contribuciones al estudio de los problemas de la ingeniería geotécnica. Muchas teorías clásicas de la mecánica de suelos todavía se utilizan hoy en día y siguen siendo una parte importante de la mecánica de suelos. Sin embargo, Terzaghi es considerado el fundador de la mecánica de suelos porque fue el primero en centrarse en las propiedades de ingeniería y las pruebas del suelo [11]. Hay muchos tipos de suelo y las propiedades técnicas de cualquier tipo de suelo varían mucho dependiendo de su estado existente y de las condiciones externas. Por lo tanto, las propiedades técnicas del suelo son muy complejas.
Los datos de suelos blandos de varios países y regiones se resumen. Los valores de rango de sus parámetros físicos y mecánicos se muestran en la Tabla 1.2 [12].
Tabla 1.2 Tabla estadística de indicadores de suelos blandos en algunas áreas extranjeras [12]
En comparación con países extranjeros, la investigación sobre la teoría de suelos blandos en mi país tiene una historia de casi 20 años. . La conservación del agua, los ferrocarriles, el transporte, la construcción, los puertos y otras industrias involucran temas de suelo blando y de ingeniería de suelo blando. Se han llevado a cabo una gran cantidad de experimentos y acumulación de propiedades de ingeniería básica del suelo blando, y se ha comprendido básicamente la distribución y las propiedades físicas y mecánicas del suelo blando en mi país. Existen suelos blandos marinos o lacustres en la bahía de Bohai, Tanggu, delta del río Yangtze, Zhejiang, delta del río Perla y la costa de Fujian. Además, hay suelos blandos montañosos en algunas zonas de las provincias de Guizhou y Yunnan. La Tabla 1.3 muestra las estadísticas de las propiedades físicas y mecánicas de los suelos blandos en todo el país [2].
Cuadro 1.3 Cuadro estadístico de propiedades físicas y mecánicas de suelos blandos a nivel nacional [2]
Continúa
Los suelos blandos se encuentran ampliamente distribuidos en las zonas costeras de mi país. Tomemos como ejemplo el área de distribución de suelo blando a lo largo de la costa sureste.
De norte a sur se encuentran Tianjin Tanggu, Lianyungang, Shanghai, Ningbo, Wenzhou, Fuzhou, Zhuhai y Shenzhen. Hay cuatro tipos típicos de suelo blando en las zonas costeras: limo, arcilla limosa, arcilla limo-limosa y arena mixta limosa. La Tabla 1.4 muestra la gama de propiedades técnicas de estos suelos blandos [13].
Tabla 1.4 Propiedades técnicas de cuatro suelos blandos típicos en zonas costeras de China [13]
Como se puede observar en la Tabla 1.4, las principales propiedades físicas y mecánicas de los suelos blandos en zonas costeras áreas se pueden resumir de la siguiente manera:
El contenido de agua de un suelo blando con alto contenido de agua natural generalmente está entre 35% y 90%, y su valor es generalmente mayor que el límite líquido, lo que indica que los poros de Estos suelos blandos están básicamente llenos de agua y el suelo se encuentra en estado fluido o plástico.
La proporción de huecos de los suelos blandos de alta compresibilidad y la proporción de huecos grandes está entre 1,0 y 1,3, y la proporción de huecos de algunos suelos blandos es superior a 1,5. El coeficiente de compresión correspondiente está entre 0,7 MPa-2,3 MPa-1, que es un suelo altamente compresible. Este tipo de suelo blando inevitablemente tendrá un gran asentamiento después de la carga.
El coeficiente de permeabilidad del suelo blando con baja permeabilidad está entre 10-6 ~ 10-8 cm/s. Los componentes de las partículas son principalmente partículas de arcilla y partículas de polvo, y los componentes minerales son principalmente minerales activos hidrófilos. , la permeabilidad es muy pequeña. Por tanto, el proceso de consolidación y asentamiento de este tipo de suelo bajo carga es muy lento.
La resistencia no drenada del suelo blando de baja resistencia está entre 5 ~ 5 ~ 30k pa. La baja resistencia del suelo blando es la razón principal de la insuficiente capacidad de carga y la inestabilidad de la base del suelo blando.
Para explicar sistemáticamente las características y el mecanismo interno del suelo blando, el profesor Gao, un famoso erudito chino, estudió sistemáticamente la composición material y la microestructura del suelo blando basándose en la teoría de la electroquímica y la química coloidal [14 ]. Por otro lado, el académico Shen Zhujiang estudió sistemáticamente las características del suelo blando, especialmente las características de resistencia. Los resultados de su investigación crearon una nueva situación en la ingeniería de suelos blandos y propusieron el establecimiento de un modelo estructural como núcleo en el siglo XXI [15 ~. 17]. Los principales contenidos de la mecánica de suelos moderna son la teoría de la consolidación del suelo insaturado, la teoría de la falla por licuación y la teoría de la falla progresiva.
Académicos nacionales y extranjeros han realizado muchas investigaciones sobre las propiedades de ingeniería básica del suelo blando. Osipov [18] estudió la microestructura del suelo blando y sus cambios tixotrópicos. Sun Gengsheng et al. [19] obtuvieron la relación estadística de sus propiedades físicas y mecánicas a través de investigaciones en suelos blandos de Shanghai. Según la investigación de Shen Zhujiang [16], el suelo blando natural tiene las características de una alta proporción de huecos, una fuerte permeabilidad al agua, una curva de compresión pronunciada y una envoltura de resistencia a la rotura. Xu Zezhong [20] y Liang Tao [21] estudiaron las propiedades de ingeniería del suelo blando en la autopista Shanghai-Nanjing y del suelo blando en la autopista en la región del delta del río Perla, respectivamente. Yvonne Wang et al. [22] resumieron e introdujeron el estado de la investigación de los suelos blandos poco consolidados ampliamente distribuidos en las zonas costeras de mi país y sus problemas de ingeniería geológica y geotécnica. Lei Huayang [23], Liang [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30] et al estudiaron respectivamente el suelo blando marino de Tianjin, el suelo blando costero de Zhejiang y. Se investigaron suelos blandos, suelos blandos a lo largo de la costa sureste de Zhejiang y suelos blandos en Wenzhou y Taizhou. Takaharu Shogaki et al. [31 ~ 33] realizaron estudios experimentales sobre el entorno de depósito, la microestructura, las propiedades físicas y mecánicas y las características de consolidación de la arcilla del Holoceno en Busan, Corea del Sur, y realizaron análisis estadísticos sobre los patrones cambiantes de sus parámetros. усюэтин [34] estudió la composición de partículas, la composición mineral y las propiedades fisicoquímicas de la arcilla depositada en la llanura aluvial del río Moskva. Tamotsu Matsui et al. [35] estudiaron en detalle los datos de perforación de suelos blandos profundos en la Bahía de Osaka, Japón, y resumieron las características de ingeniería del suelo blando. Zhou et al. [36] discutieron y dividieron el rango de distribución del suelo blando sedimentario marino en el delta del río Perla, y analizaron y estudiaron las características microestructurales del suelo blando representativo. J. Hossam et al. [38] realizaron pruebas en interiores y en campo sobre la conductividad térmica de la arcilla blanda saturada en Bangkok y concluyeron que la conductividad térmica de la arcilla aumenta con el aumento de la densidad del suelo. Al mismo tiempo, se discutió la confiabilidad de los resultados de las pruebas bajo diferentes métodos de prueba, proporcionando una base para que la tecnología de tratamiento térmico mejore el proceso de consolidación de la arcilla blanda. En los últimos años, la investigación de mi país sobre suelos blandos ha abarcado cada vez más campos y aspectos.
El área de investigación cubre Tianjin[39], el puerto de Huanghua[40], el lago Dongting[41], el lago Taihu[42], Shenzhen[43], Guangzhou[44], Zhuhai[45], el delta del río Perla[46][47 ], Qingdao [48] y Wenzhou [
Cada vez más estudios experimentales y prácticas de ingeniería han demostrado que la naturaleza estructural del suelo blando natural es ubicua y tiene un impacto importante en sus propiedades de ingeniería. La estructura del suelo se refiere a las propiedades, la disposición (o estructura) de las partículas y los poros del suelo y la interacción de fuerzas entre las partículas [51][52]. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, a menudo se usa para referirse a las propiedades mecánicas del suelo que son diferentes de las del suelo remodelado correspondiente [49].
Ya en 1925, Terzaghi [53] señaló la importancia de la investigación de la estructura del suelo, propuso por primera vez el concepto de microestructura del suelo y definió la estructura alveolar. Luego, Casagranda[54],[55][56], Elmore[57], Van Olfen[58], Seid y Baden[59], Mitchell[60], Gao [61], Leruel [62] y otros estudiosos han hizo lo mismo. En los últimos años, el estudio de las estructuras de suelos blandos ha atraído una amplia atención por parte de académicos nacionales y extranjeros. El estudio de las propiedades estructurales del suelo blando no es sólo el análisis de su microestructura, sino que también involucra las propiedades de ingeniería y los modelos constitutivos del suelo estructural. Shen Zhujiang [63] calificó el estudio de la estructura del suelo como la cuestión central de la mecánica de suelos en el siglo XXI. Xie Defining et al. [64] creen que la naturaleza estructural del suelo es el factor interno fundamental que determina las propiedades mecánicas del suelo. Se puede ver que el estudio de las propiedades estructurales del suelo blando se ha convertido en la tendencia de desarrollo de la investigación teórica sobre suelo blando en el futuro. Al mismo tiempo, la investigación sobre las propiedades estructurales de los suelos blandos también es inseparable de los parámetros obtenidos de ensayos en interiores y ensayos in situ. Entonces, la investigación sobre tecnología y métodos de prueba será la premisa y base para el desarrollo de disciplinas de suelos blandos, y también será la dirección del desarrollo futuro. Muchos académicos han realizado investigaciones relevantes sobre estructuras de suelos blandos y han llegado a conclusiones significativas [65 ~ 71].
1.2.1.3 Investigación de confiabilidad en parámetros geotécnicos
La aplicación de la teoría de la confiabilidad en estructuras de ingeniería civil es un campo temprano. Ya en 1947, el gobierno de la Unión Soviética [72] propuso un método para estimar la probabilidad de falla estructural utilizando la teoría de momentos de primer orden y segundo orden. El estadounidense A.M. Freudenthal[73] inició los trabajos de investigación sobre seguridad estructural en los Estados Unidos en 1954. Posteriormente, C.A.Cornell[74] y A.H.Ang[75] en los Estados Unidos desarrollaron los conceptos y métodos de aplicación de la probabilidad a la tecnología de ingeniería. La ingeniería geotécnica es un campo importante para la aplicación de la teoría de la confiabilidad. a. Casagrande [76] propuso el problema del cálculo de riesgos en ingeniería geotécnica y de cimentaciones. Posteriormente, un gran número de académicos se dedicaron a la investigación de la confiabilidad en ingeniería geotécnica, entre los cuales se encuentran pioneros influyentes P.D. En nuestro país, las investigaciones sobre confiabilidad en mecánica de suelos recién se iniciaron a fines de los años 1970. La investigación actual involucra las leyes estadísticas de los parámetros geotécnicos [81], modelos probabilísticos de parámetros geotécnicos, problemas de filtración, análisis de probabilidad de asentamiento de consolidación [82] ~ [84], análisis de probabilidad de capacidad de carga de cimientos y análisis de probabilidad de estabilidad [85]. Por ejemplo, Zhang Zheng et al. [87] consideraron los parámetros geotécnicos como variables regionales con características aleatorias y estructurales, y dieron un modelo matemático de la estructura espacial de los parámetros geotécnicos. Meng Qingshan et al. [88] utilizaron un modelo de distribución de probabilidad para analizar estadísticamente los parámetros geotécnicos de cierta arcilla blanda saturada en Guangxi, lo que proporcionó una base confiable para la selección de parámetros geotécnicos en los cálculos de ingeniería. La investigación de Li [89] demostró que la optimización estadística de la distribución de probabilidad de los parámetros geotécnicos se puede lograr mediante la prueba de confiabilidad de los datos experimentales y la prueba de bondad de ajuste del modelo probabilístico. Xie et al. [90] estudiaron las características de probabilidad espacial del coeficiente de consolidación y su influencia en el grado de consolidación. Gong et al. [91] propusieron el método de difusión de información normal para inferir la función de densidad de probabilidad de parámetros geotécnicos de muestras pequeñas, y utilizaron el método de prueba K-S con mayor precisión para demostrar teóricamente la exactitud de la función de densidad. Además, Wang Yuhui [92], Wu Changfu [93] y Xu Leiyun [94] realizaron análisis estadísticos probabilísticos de los parámetros del suelo limoso en Taiyuan, Hangzhou y el este de China, respectivamente.
Las rocas y el suelo se formaron a lo largo de un largo tiempo geológico y han sufrido diversos cambios. Por tanto, las propiedades técnicas de los materiales geotécnicos presentan una gran variabilidad.
La ingeniería geotécnica a menudo se diseña bajo muchas condiciones inciertas, pero los métodos de diseño tradicionales adoptan un enfoque "determinista", que puede estar lejos de la respuesta real, como lo ilustran muchas observaciones de prototipos y análisis de accidentes [86].
Debido a la falta de fiabilidad de las predicciones en ingeniería geotécnica, los pronosticadores a menudo necesitan utilizar datos de observación reales para corregir sus estimaciones. Peck [95] resumió el método de investigación sistemático a lo largo de todo el proceso de estudio, diseño y construcción en ingeniería geotécnica, que se denomina método de observación. El método de análisis posterior es una mejora del método de observación y ha sido ampliamente utilizado en cálculos de ingeniería [96].
Deng Yongfeng[97] invirtió el coeficiente de consolidación del suelo en capas basándose en el método Asaoka. Xia [98] realizó un análisis de ajuste de hipérbola sobre los datos medidos de la carretera de circunvalación de Harbin y calculó el coeficiente de consolidación y el coeficiente de permeabilidad de la capa de suelo. Los resultados del cálculo del análisis posterior son significativamente más altos que los valores de las pruebas en interiores. Peng Jie et al. [99] utilizaron el método compuesto para analizar y calcular los parámetros basándose en los datos de asentamiento medidos del proyecto del puerto de Xuanmen en la bahía de Wenzhou Yueqing, y aplicaron los parámetros obtenidos del análisis al elemento finito. cálculo del método. Los resultados muestran que el análisis retroactivo puede estimar bien los parámetros del modelo constitutivo. Liang Xing et al. [100] calcularon el índice de compresibilidad de la capa de suelo utilizando el asentamiento medido en el frente de la terminal portuaria del corredor occidental Shenzhen-Hong Kong. El índice de compresión calculado es mayor que el valor de la prueba interior y el módulo de compresión calculado es menor que el valor de la prueba, lo que es consistente con el hecho de que el asentamiento medido es mayor que el asentamiento teóricamente previsto. Peng Tao [101] utilizó el método Kadada y los datos de asentamiento medidos del Canal Occidental Shenzhen-Hong Kong para realizar un análisis de inversión del coeficiente de consolidación durante el proceso de carga en todos los niveles. Zhou Jian et al. [102] basándose en los resultados del monitoreo de asentamientos posteriores a la construcción a corto plazo de una base de puerto de aguas profundas, invirtieron y analizaron el coeficiente de consolidación de la capa del suelo, y compararon el asentamiento posterior a la construcción a corto plazo calculado por el Coeficiente de consolidación inverso con el asentamiento post-construcción medido a corto plazo. Se realizó una comparación. Los resultados muestran que el coeficiente de consolidación invertido es confiable.