明世丰
山东建勘集团有限公司，山东济南，250031
摘要：直观地定义了结构性土，对于笔者试验中发现的一种特殊结构性土的常规试验结果进行了归纳分析，试验表明结构性土与非结构性土的物理力学指标并不一致，在当前对于结构性土研究不成熟的时期，对于实际工程取值计算，给出了经验性建议。建议了桩基参数侧摩阻力qsik取值可使用纵向抗剪强度（直剪），对于实际的岩土工程设计有一定指导意义。
关键词：结构性土；结构力屈服强度；桩基侧摩阻力
作者简介：明世丰：高级工程师，长期从事岩土试验及测试
一、引言
结构性土的研究从二十世纪三十年代起步，近几十年对于特殊结构性土-黄土的研究已经比较成熟，相关内容已列入教科书及规范，对于工程已经有了具体可行的建议参考。但对于深度（埋深）较大的结构性土（非湿陷性黄土类）的研究一直停留在理论研究与或仅局限于试验室。很多岩土工程从业者对此不甚了解，规范方面也很少提及，由于其特殊的物理力学表现，使得各项指标表现出异常，往往做为异常值剔除。基于近年的高铁建设以及高层建筑的发展，钻孔深度逐步增大，埋藏深度较大的非湿陷性结构性土（一般位于水位以下）频频出现，厚度也比较大，因此正确认识此类土，确定符合实际的岩土工程参数就具有实际的应用意义。
土力学强度理论几乎都是建立在重塑土的基础上，即土颗粒相互之间相对自由，而对于工程中经常遇到的结构性土体的强度准则的研究就很不充分。笔者在大型工程的试验中，比如郑州地铁、济南-青岛高铁等工程中发现大量的不符合土力学强度理论的土样，指标显得离散异常，此种情况下，笔者参阅了前辈们对于结构性土的研究成果，结合工程实际中对于结构性土的试验研究，对结构性土进行了归纳分析并提出了建议。
二、结构性土定义与分类
正常土体颗粒之间除了电荷作用，水膜作用及物理接触外无其他相互作用力，结构性土是另外的胶结物使得土颗粒之间具有了胶结性，土体有了结构，土颗粒不是完全分散的，是不自由的。因此结构性土不是完全的刚性体，也不是完全的塑性体。
按照胶结物的类别及胶结程度（强度）可分为以下几类。按胶结物的溶解性可分为水溶性胶结物结构性土与不溶性（难溶性）胶结物结构性土，黄土大多为水溶性胶结物。
按胶结程度（结构力）可分为弱结构，中等结构，强结构三类。黄土大多为弱结构。
鉴于黄土的研究已经够充分，本文不再讨论黄土类土。重点讨论埋深较大的一般处于水位以下的不溶性（难溶性）胶结物结构性土。
三、结构性土分布与常见伴生条件
结构性土多见于Q3地质时代以前的老地层中，常见于山区及古平原，丘陵区，总体而言凡是老的地层土体大多具备一定结构性，一般较弱，在工程上可以不予考虑，本文重点讨论的是中等结构类土，即其结构力表现不能被忽略的结构性土。
结构性土的形成必须具备两个条件，一是区域地质状况中有中溶或难溶于水的胶结物，二是形成年代比较久远，在多次长期水流作用下，由于客观条件（水位升降，土体饱和度频繁变化等）的变化与多次作用水中的中溶或难溶的胶结物析在土颗粒周围，使得土体形成结构，在此种情况下，因为结构的存在固化了一部分水（弱或强结合水），这与沉积成岩的化学机理相同。伴生条件一般与灰岩质碎石类土伴生，我们所发现的中等结构性土伴生的碎石类土都有不同程度胶结，以钙质胶结为主。结构性土如果视为胶结体，可以视为无基质胶结，它是介于一般土体与胶结的中间形态。
四、结构性土物理力学表现特征与直观鉴定
4.1结构性土物理力学表现特征
笔者结合经手的济南至青岛高速铁路工程，典型的结构性土的物理指标一般如下图（图1）：
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图2
无侧限qU原状土试验表现如下（图3）：
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图3
另外此类土的灵敏度可高达10以上，静力触探的摩阻比可达8以上。
以上的土的物理力学表现特征可作如下推论：
1、结构性土的孔隙比相对较大，揭示了年代比较久远，有多次地下径流作用；
2、结构力的存在使得结构性土的固结不符合常规固结理论；
3、结构力屈服前（屈服荷载小于结构力）土体不表现塑性状态，更多的表现胶结状态（中等胶结），具备一定刚度与弹性。一旦结构力屈服则土体迅速失去强度。
4.2 结构性土的直观鉴定与试验要点
在结构性土的分布区域内从事岩土工程时就得注意对这类土的正确识别，然后针对这种特殊结构的土合理安排试验项目并合理提出岩土工程参数。
通过我们在试验室内部开土的过程中，发现这种土在直观鉴定上有如下特点：土的密度一般小于上下相邻土层，土的塑性指数普遍不高（黏性低），一般IP在10.5-13.0之间，手握大块土体感觉土的整体强度较大，对小块土样的捻搓会感觉土越来越软（结构破坏，因结构固化的结合水变为自由水的过程），可以感觉土的液性指数接近1.0。土样掰开后肉眼可见纵向直径0.2-0.8mm左右的垂直孔隙。掰开时一般不可见明显的较大湿度，只有撮捻时才见含水较多。
此类土在试验时应注意避免试样的边角扰动，试验切取环刀及制作各种试样时不得补土。由于土具有脆性，试样加工时应力度适中，预加工尺寸尽量接近试件尺寸。
五、结构性土极限侧摩阻力标准值qsik建议
由于结构性土具有上述特征，因此其物理力学指标的使用时应格外注意。由于其物理力学性的不协调，指标应当以力学性为使用重点，同时应加强对现场力学试验的测试。
结构性土的极限侧摩阻力标准值qsik取值不能按照一般黏性土来给出，因为其结构特征在相当程度上涵盖了土的粒径、密度和湿度的影响，这点在谢定义等的研究中已有明确概念[1]。
结构性土的各项异性明显。我们选取典型的结构性土（同地层）对于纵横向直剪强度做了对比，结果如下图（图4）：
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图5
由上表总体来说，qsik值略大于C值，因此在指导性规范暂时缺失的情况下，可以直接使用结构性土的纵向抗剪强度（直剪）的黏聚力C值作为桩的钻孔灌注桩侧摩阻力应该是合理的。
（注：由于土样大小、实验数量偏少及模型所限，不同桩径qsik的修正还需要大量的实验做规律总结。）
六、结论与建议
结构性土的特性不同于正常固结土，在实际工作中已有大量发现，其工程设计参数的确定缺少依据，虽然前辈专家对于结构性土的研究已经很多，但仅停留在理论阶段，实际的工程应用指导尚缺，同时此类土受认知所限，工程上得不到足够重视，往往作为异常值剔除。我们从实践出发，在从事了大量结构性土的试验后，本着解决实际工程问题的思想，提出了结构性土的简单分类、鉴别、物理力学性状表现，同时对于最常用的极限侧摩阻力标准值qsik的取值建议了一种方法。供岩土工程从业者正确识别此类土提供了实践性参考。
参考文献：
[1]：《土的结构性参数及其与变形-强度的关系》 谢定义 （1999年第10期《水力学报》）
[2]：《结构性土的强度准则》 刘恩龙，沈珠江（2006年《岩土工程学报》）