不同地區(qū)軟土性質(zhì)對比分析

Comparative Analysis on the Property of Mollisol for the Different Area

韓柯柯,王振紅,朱喜濤,葛建剛HAN Keke, WANG Zhenhong, ZHU Xitao, GE Jiangang（浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江杭州310030）

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不同地區(qū)軟土性質(zhì)對比分析

Comparative Analysis on the Property of Mollisol for the Different Area

韓柯柯,王振紅,朱喜濤,葛建剛
HAN Keke, WANG Zhenhong, ZHU Xitao, GE Jiangang
（浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江杭州310030）

摘 要：我國沿海海域廣泛分布有厚度較大的軟土，其具有壓縮性高、含水量高、孔隙比大、強度低等特點。但不同地區(qū)、不同成因的軟土其性質(zhì)又存在差別。今根據(jù)溫州近海海域和珠海橫琴新區(qū)收集的資料，對兩工程區(qū)域軟土的物理力學(xué)性質(zhì)進行對比分析，并對含水量與相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)進行回歸分析，得出線性或非線性方程和相關(guān)系數(shù)，以總結(jié)兩區(qū)域淺表層淤泥的相同點和不同點。

關(guān)鍵詞：物理力學(xué)性質(zhì)；軟土；差異性；回歸分析

我國沿海廣泛分布有深厚的第四紀濱海相、海陸交互相的軟土，主要為淤泥、淤泥質(zhì)土，具有壓縮性高、含水量高、孔隙比大、強度低、靈敏度高等特點。由于形成條件、形成年代、組成成分、應(yīng)力歷史、溫度、濕度等環(huán)境條件的不同，各區(qū)域軟土具有各自特殊的工程特性，區(qū)域性明顯。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，特別是沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的需要，大量的工程建設(shè)都需要在軟土地基上進行。因此，須對軟土進行深入系統(tǒng)的研究，為工程建設(shè)服務(wù)。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆探資料，溫州近海海域與珠海橫琴新區(qū)區(qū)域均存在厚度大、范圍廣的軟土，兩區(qū)域軟土厚度一般均在30～40 m之間。兩區(qū)域軟土樣采取技術(shù)要求均嚴格按《巖土工程勘察規(guī)范（GB 50021—2001）》（2009年版）要求執(zhí)行，取樣器均為薄壁取土器，取樣后立即送往當(dāng)?shù)貙嶒炇疫M行試驗，盡最大可能以減少對土樣擾動的影響。試驗數(shù)據(jù)經(jīng)剔除異常值再進行數(shù)理統(tǒng)計后得出，數(shù)據(jù)均為原始數(shù)據(jù)。

通過對兩區(qū)域淺層軟土性質(zhì)的分析研究，總結(jié)兩區(qū)域軟土性質(zhì)的相同性和差異性，為兩區(qū)域工程建設(shè)提供借鑒。

1 兩區(qū)域地質(zhì)概況

溫州近海在大地構(gòu)造上屬華南褶皺系（Ⅰ2）、浙東南褶皺帶（Ⅱ3）、溫州—臨海拗陷（Ⅲ8）、泰順—溫州斷拗（Ⅳ12）。構(gòu)造形式以斷裂為主，褶皺不明顯，受NNE向和NNW向兩組斷裂影響較大，在現(xiàn)代的基本地貌單元上顯示比較突出，其余各組斷裂分布比較零星，規(guī)模較小，屬東西向構(gòu)造體系，為早白堊世末期燕山構(gòu)造運動的產(chǎn)物，具繼承性和多次活動特點。溫州近海海域位于甌江與飛云江之間，沉積物來源主要為甌江與飛云江攜帶的泥沙長期沉積而成［1］。

珠海橫琴在大地構(gòu)造上為中國東部新華夏系第二隆起帶與南嶺緯向構(gòu)造帶的復(fù)合部位，也是華夏系向斜的東南延伸部分。珠海橫琴位于珠江磨刀門出海口東北側(cè)，區(qū)內(nèi)原為淺海環(huán)境下的古海灣，沉積物來源主要為珠江攜帶的泥沙長期沉積而成［2］。

2 物理力學(xué)及原位測試指標(biāo)

兩區(qū)域淺表層均為灰黃色淤泥。根據(jù)對兩區(qū)域淺表層淤泥的物理力學(xué)指標(biāo)和原位測試指標(biāo)統(tǒng)計，溫州近海海域淺表層和珠海橫琴淺表層淤泥的主要物理力學(xué)指標(biāo)和原位試驗指標(biāo)見表1、表2。

表1 兩區(qū)域地基土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計成果表

表2 兩區(qū)域地基土原位測試成果表

由表1可以看出，兩區(qū)域淺表層淤泥均具有含水量高、孔隙比大、高壓縮性、抗剪強度低等特性。通過對兩區(qū)域淤泥物理力學(xué)指標(biāo)對比發(fā)現(xiàn)，物理指標(biāo)方面，溫州近海海域淺表層淤泥含水量、孔隙比平均值均比珠海橫琴小，而天然密度相反；珠海橫琴淺表層淤泥含水量和孔隙比平均值約是溫州近海淺表層淤泥的1.2倍，天然密度平均值約是0.95倍。力學(xué)指標(biāo)方面，溫州近海海域淺表層淤泥壓縮系數(shù)平均值比珠海橫琴小，而壓縮模量、固結(jié)快剪c值的均值相反。從以上分析可知，溫州近海海域淺表層淤泥性質(zhì)比珠海橫琴淺表層淤泥性質(zhì)好。從統(tǒng)計的物理力學(xué)指標(biāo)范圍看，總體上珠海橫琴淺表層淤泥數(shù)據(jù)離散性大，而溫州近海數(shù)據(jù)離散性小。這與兩區(qū)域淺表層淤泥沉積環(huán)境及統(tǒng)計樣本數(shù)量不同有關(guān)。

從表2中可以看出，溫州近海淺表層淤泥的原狀土十字板剪切強度小于珠海橫琴軟土的原狀土十字板剪切強度；重塑土十字板剪切強度溫州近海淤泥較珠海橫琴大，靈敏度溫州近海淤泥較珠海橫琴小。從表2中還可看出，溫州近海淤泥的靈敏度為1.9，而珠海橫琴淤泥的靈敏度為4.9，根據(jù)《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程（JGJ 83—2011）》第4.4.17節(jié)表4.4.17判定，溫州近海淤泥為不靈敏土，而珠海橫琴淤泥為高靈敏性土。珠海橫琴試驗數(shù)據(jù)較接近實際，而溫州近海相差較多。靜力觸探結(jié)果顯示，溫州近海淺表層淤泥錐尖阻力平均值為0.08 MPa，小于珠海橫琴淺表層淤泥的0.29 MPa，其范圍值更小。試驗結(jié)果與表1物理力學(xué)性質(zhì)正好相反。

根據(jù)原位測試現(xiàn)場試驗條件對比分析，認為以下幾種原因是影響原位測試數(shù)據(jù)的主要因素：

1）溫州近海原位試驗為近海原位測試試驗，試驗期間受風(fēng)浪、潮流、涌浪等影響較多，試驗儀器在其外力作用下，上下運動，試驗數(shù)據(jù)失真較多；而珠海橫琴原位試驗位于橫琴新區(qū)天沐河兩側(cè)魚塘塘埂上，試驗儀器固定，受外力影響小，數(shù)據(jù)較真實；

2）溫州近海原位試驗與鉆探一起進行，鉆探設(shè)備與原位試驗設(shè)備兩者相距約5 m，鉆探設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的上下振動、左右晃動等使原位試驗儀器一起作用，影響原位數(shù)據(jù)真實性；而珠海橫琴原位試驗單獨工作，不受鉆探等外力影響，數(shù)據(jù)較真實；

3）《港口巖土工程勘察規(guī)范（JTS 133—1—2010）》第10.3.4條文說明中指出：“根據(jù)多年的水上十字板剪切試驗的經(jīng)驗，一般在水深不超過10 m的淺水區(qū)和風(fēng)力小于6級的工況條件下，也就是自然條件不足以影響試驗正常進行的情況下，可以采用這種水上十字板剪切試驗作業(yè)工藝方法。”而溫州近海原位試驗水深約10 m，風(fēng)力一般在6～7級，試驗條件差，影響試驗結(jié)果較大。

3 物理力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性分析

根據(jù)兩區(qū)域?qū)\表層淤泥各項物理力學(xué)指標(biāo)分析，以含水量為自變量，其他相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)為因變量-對兩區(qū)域含水量-天然密度、含水量-孔隙比、含水量-壓縮系數(shù)、含水量-固結(jié)快剪c值進行回歸分析［3-6］。回歸分析模式分布選擇線性回歸和非線性回歸，以相關(guān)系數(shù)最大者為擬合方程。所用回歸模式見式（1）～（4）：

相關(guān)系數(shù)是對變量之間關(guān)系密切程度的度量指標(biāo)。相關(guān)系數(shù)R以數(shù)值的方式反應(yīng)兩個變量之間線性關(guān)系的強弱程度，相關(guān)系數(shù)取值范圍在-1和+ 1之間，R＞0表示正相關(guān)，R＜0表示負相關(guān)。

如果|R|≥0.8，則兩個變量之間為高度相關(guān)；

如果0.5≤|R|＜0.8，則兩個變量之間為中度相關(guān)；

如果0.3≤|R|＜0.5，則兩個變量之間為低度相關(guān)；

如果0＜|R|＜0.3，則兩個變量之間相關(guān)程度極弱。

根據(jù)以上公式，對溫州近海和珠海橫琴淺表層淤泥各物理力學(xué)指標(biāo)與含水量w進行回歸分析，得出最優(yōu)回歸方程和相關(guān)系數(shù)，見圖1～圖8。

圖1 溫州近海w-ρ關(guān)系曲線

圖2 珠海橫琴近海w-ρ關(guān)系曲線

圖3 溫州近海w-e關(guān)系曲線

圖4 珠海橫琴近海w-e關(guān)系曲線

圖5 溫州近海w-a0.1-0.2關(guān)系曲線

圖6 珠海橫琴近海w-a0.1-0.2關(guān)系曲線

圖7 溫州近海w-c關(guān)系曲線

圖8 珠海橫琴近海w-c關(guān)系曲線

由圖1～8可知，兩區(qū)域含水量w與天然密度ρ、孔隙比間的擬合較好，相關(guān)系數(shù)R≥0.8，為高度相關(guān)，含水量w與壓縮系數(shù)a0.1-0.2擬合一般，相關(guān)系數(shù)0.5≤|R|＜0.8，為中度相關(guān)，含水量w與固結(jié)快剪c值擬合較差，相關(guān)系數(shù)0＜|R|＜0.3，兩變量之間相關(guān)程度極弱，數(shù)據(jù)分散。從圖1～8還可看出，溫州近海淺表層淤泥含水量與各物理力學(xué)指標(biāo)之間的相關(guān)程度較珠海橫琴好。

4 結(jié) 語

通過以上分析，可得出如下結(jié)論：

1）溫州近海與珠海橫琴淺表層淤泥均為海陸交互相沉積，長期接受河口帶來的泥沙沉積。

2）溫州近海與珠海橫琴淺表層淤泥均為含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的軟土；溫州近海淺表層淤泥物理力學(xué)性質(zhì)較珠海橫琴好，物理力學(xué)性質(zhì)差別明顯。

3）溫州近海原位測試由于受外力等因素影響，數(shù)據(jù)失真，而珠海橫琴原位測試時受外力影響較小，數(shù)據(jù)較真實。

4）兩區(qū)域含水量與天然密度、含水量擬合較好，高度相關(guān)；與壓縮系數(shù)a0.1-0.2擬合一般，為中度相關(guān)。固結(jié)快剪c值擬合較差，相關(guān)程度極弱；溫州近海淺表層淤泥含水量與各物理力學(xué)指標(biāo)擬合較珠海橫琴好。

參考文獻

［1］中國海灣志編纂委員會.中國海灣志（第六分冊）［M］.北京：海洋出版社，1993.

［2］中國海灣志編纂委員會.中國海灣志（第九分冊）［M］.北京：海洋出版社，1998.

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［6］王振紅，潘永堅，潘國富，等.舟山-岱山間西部海域第四紀海底沉積物物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計分析［J］.海洋通報，2011，30（5）：101-105.

中圖分類號：TU447

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-3707（2016）02-0022-04

收稿日期：2015-11-10

作者簡介：韓柯柯（1984—），男，河南洛陽人，工程師，從事巖土工程勘察工作。