强夯过程中饱和土发生压缩变化
在强夯过程中,饱和土会发生显著的压缩变化。这种变化主要由以下几个因素共同作用导致:
一、气体压缩与孔隙水排出
饱和土中通常含有1%~4%的封闭气体和溶解在液相中的气体。在强夯过程中,落锤反复夯击土层表面,产生很大的冲击能,形成很大的动应力。这种动应力导致土体中的气体体积首先被压缩,孔隙水压力随之加大,产生超孔隙水压力。随后,气体有所膨胀,但此时孔隙水已经开始排出,孔隙水压力逐渐减少。在此过程中,土中的固相体积保持不变,而液相体积和气相体积均有所减少。每夯击一遍,液相和气相体积都会进一步减小,导致土体发生有效的压缩沉降。
二、土体结构变化
强夯冲击波还会破坏土中原来相对平衡状态的颗粒、阳离子、定向水分子等结构。水分子的定向排列被打乱,颗粒结构从原先的絮凝结构变成一定程度的分散结构,粒间联系削弱,强度降低。这种结构变化使得土体更容易被压缩。同时,在夯击过程中,土颗粒相互靠拢,土颗粒表面的薄膜水受到挤压,部分薄膜水由物理-化学吸附作用转变为自由水流向土颗粒之间,形成一定孔隙水量后从地表逸出。由于薄膜水的减薄,土颗粒发生相对位移,进一步挤密,使孔隙大小达到比较均匀的状态。
三、局部液化与触变恢复
在强夯的反复作用下,饱和土中将产生很大的超孔隙水压力,导致土中有效应力减小。当土中某点的超孔隙水压力等于或超过上覆的土压力时(对于饱和粉细砂)或等于上覆土压力加上土的黏聚力时(对于粉土、粉质黏土),土中的有效应力完全消失,土的抗剪强度降为零,土颗粒将处于悬浮状态,即达到局部液化。液化后的土体结构被破坏,渗透系数大大增加,孔隙水在很大水力梯度作用下迅速排出,加速了饱和土体的固结。
此外,饱和土在强夯后还具有触变恢复特性。经过一段时间的休置期后,土骨架中细小颗粒(如胶体颗粒)的水分子膜重新逐渐联结,恢复其原有的稠度和结构,与自由水又粘结在一起,形成一种新的空间结构。于是土体又恢复并达到新的更高强度。这一过程有助于进一步提高土体的承载力和稳定性。
综上所述,强夯过程中饱和土的压缩变化是由气体压缩与孔隙水排出、土体结构变化以及局部液化与触变恢复等多个因素共同作用的结果。这些变化共同导致土体发生显著的压缩沉降和固结作用。