南京市浦口濱江大道軟土參數(shù)相關(guān)性分析

韓 旭，李少雄，丁 磊

(長江水利委員會(huì)長江巖土工程總公司(武漢)，湖北武漢 430010)

1 工程概況

根據(jù)南京市浦口區(qū)城市總體規(guī)劃，浦口濱江大道是浦口新市區(qū)總體規(guī)劃中重要組成部分，地處南京市西北部，長江北岸，與南京市雨花臺(tái)區(qū)、江寧區(qū)隔江相望。建成后將串起長江大橋和長江三橋，總長約20 m，雙向四車道，以觀光、休閑、防汛為主的景觀生態(tài)道路。

道路沿線廣泛分布有長江近岸漫灘相軟土地層，其強(qiáng)度低、厚度大、埋藏淺，對(duì)工程建設(shè)影響較大。因此，利用先進(jìn)的勘察手段，科學(xué)分析該層軟土的工程特性，為設(shè)計(jì)和施工部門提供準(zhǔn)確合理的地基設(shè)計(jì)參數(shù)，具有非常重要的意義。

2 軟土特征

2．1 軟土的分布特征

南京市浦口濱江大道沿線軟土地層主要分布有兩層(圖1):

圖1 浦口濱江大道典型地質(zhì)剖面Fig.1 Typical geological profile of Binjiang Avenue

①-1層為新近沉積的淤泥，灰黑色，流塑狀，夾有少量生物殘骸，具腥臭味。該層零星分布在水塘、溝渠底部，一般厚度為0．3 ～1．5 m，局部厚度達(dá)2．5 m。

②-2層為淤泥質(zhì)土，灰色、灰黑色，間夾薄層粉土或粉細(xì)砂，軟塑狀為主。該層廣泛分布在工程沿線，分布厚度變化較大，一般為3．0～15．0 m，局部厚度達(dá)20 m，頂板埋深2．0～8．0 m。該層軟土整體上具有兩端薄、中間厚特征，即南京長江大橋和長江三橋附近該層軟土的厚度相對(duì)較薄，一般為1～3 m，中間相對(duì)較厚，厚度一般為10～20 m。

其中②-2層淤泥質(zhì)土為本文的主要研究對(duì)象。

2．2 軟土的物理力學(xué)特征

經(jīng)過對(duì)南京浦口濱江大道土工試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1、表2)，該層軟土具有如下主要物理力學(xué)特征:

(1)天然含水率高、孔隙比大。天然含水率平均值37．0%，大于液限36．1%;天然孔隙比平均值1．089，最大值1．469，均＞1;天然飽和度平均值94%。

(2)壓縮性大。平均壓縮系數(shù) 0．64 MPa－1，＞0．5 MPa－1;平均壓縮模量 3．5 MPa，＜ 5 MPa，屬于高壓縮性土。

(3)低透水性。平均滲透系數(shù)為3．43×10－6cm/s，具微透水性。

(4)抗剪強(qiáng)度低。天然快剪C值9．4 kPa、φ值7．1°;十字板剪切 CU平均值20．9 kPa;比貫入阻力 Ps平均值 0．32 MPa。

(5)靈敏度 St值為 3．2～5．2，屬中等靈敏—靈敏［1］。

表1 軟土主要物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of main physical and mechanical parametes of soft soil

表2 軟土原位試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of in-situ test results

3 軟土主要物理力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性

采用SPSS分析軟件［1］，對(duì)軟土的主要物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行一元線性回歸分析，可獲得各參數(shù)間的規(guī)律性關(guān)系，并建立地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)公式，通過較易取得的參數(shù)反演較難得到的參數(shù)，可以為該地區(qū)的工程建設(shè)提供借鑒。

相關(guān)性強(qiáng)弱的判別依據(jù)相關(guān)系數(shù)R的絕對(duì)值的大小，通常按下述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行:|R|＞0．8，顯著相關(guān)性;0．8 ＞ |R|＞0．3，弱相關(guān)性;|R|＜0．3，無相關(guān)性。

3．1 主要物理參數(shù)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系

(1)含水率ω與孔隙比e的關(guān)系 根據(jù)土力學(xué)定義，孔隙比是土孔隙體積與固體顆粒的體積之比。一般認(rèn)為，在地下水位以下的土是飽和的，孔隙比與含水率之間應(yīng)表現(xiàn)為線性正比關(guān)系。

含水率ω與孔隙比e的關(guān)系散點(diǎn)圖如圖2所示，用最小二乘法進(jìn)行數(shù)值分析，其回歸方程如下:

圖2 含水率—孔隙比關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter diagram of relation between content and void ratio

上式二變量的相關(guān)系數(shù)達(dá)0．945，表明含水率和孔隙比之間具有非常顯著的線性正相關(guān)性。

(2)含水率ω與密度ρ的關(guān)系 含水率與的密度關(guān)系見圖3所示，其回歸方程可表示為:

ω = －68．517ρ+161．027

上式二變量之間的相關(guān)系數(shù)為－0．711，表明含水率ω和密度ρ之間具有線性弱負(fù)相關(guān)性。

圖3 含水率—密度關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter diagram of relation between water content and density

(3)孔隙比e與密度ρ的關(guān)系 孔隙比e和密度ρ的散點(diǎn)關(guān)系如圖4所示，二變量的回歸方程關(guān)系式為:

e= －2．361ρ+5．332

回歸方程表明，孔隙比e和密度ρ之間為一種線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為－0．902，相關(guān)性非常顯著。

圖4 孔隙比—密度關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.4 Scattcer diagram of relation between void ratio and density

3．2 主要物理參數(shù)與力學(xué)參數(shù)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系

(1)壓縮系數(shù)αv與含水率ω的關(guān)系 壓縮系數(shù)αv與含水率ω的散點(diǎn)關(guān)系如圖5所示，兩者之間的回歸方程表達(dá)式為:

αv=0．024ω －0．311

由回歸方程可見，其相關(guān)系數(shù)為0．766，壓縮系數(shù)αv與含水率ω呈現(xiàn)一種線性弱正相關(guān)性。

圖5 壓縮系數(shù)—含水率關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.5 Scatter diagram of relation between compressibility and water content

(2)壓縮系數(shù)αv與孔隙比e的關(guān)系 壓縮系數(shù)αv與孔隙比e的散點(diǎn)關(guān)系如圖6所示，兩者之間的回歸方程表達(dá)式為:

圖6 壓縮系數(shù)—孔隙比關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.6 Scatter diagram of relation between compressibility and void ratio

由回歸方程可見，其相關(guān)系數(shù)為0．764，壓縮系數(shù)αv與孔隙比e呈現(xiàn)一種線性弱正相關(guān)性。

(3)壓縮模量Es與含水率ω的關(guān)系 壓縮模量Es與含水率W的散點(diǎn)關(guān)系如圖7所示，兩者之間的回歸方程表達(dá)式為:

由回歸方程可見，其相關(guān)系數(shù)為－0．723，壓縮模量Es與含水率ω呈現(xiàn)一種線性弱負(fù)相關(guān)性。

(4)壓縮模量Es與孔隙比e的關(guān)系 壓縮模量Es與孔隙比e的散點(diǎn)關(guān)系如圖8所示，兩者之間的回歸方程表達(dá)式為:

由回歸方程可見，其相關(guān)系數(shù)為－0．749，壓縮模量Es與孔隙比e呈現(xiàn)一種線性弱負(fù)相關(guān)性。

3．3 主要力學(xué)參數(shù)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系

(1)壓縮系數(shù)αv與凝聚力C、內(nèi)摩擦角φ的關(guān)系隨著壓縮系數(shù)αv的增加，凝聚力C、內(nèi)摩擦角φ呈遞減的趨勢(shì)，如圖9、圖10所示。用最小二乘法來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，壓縮系數(shù)αv與凝聚力C的線性相關(guān)系數(shù)為－0．104，無相關(guān)性;壓縮系數(shù)αv與內(nèi)摩擦角φ的線性相關(guān)系數(shù)為－0．411，參數(shù)間屬弱負(fù)相關(guān)性。壓縮系數(shù)αv與內(nèi)摩擦角φ相應(yīng)的回歸方程為:

圖7 壓縮模量—含水率關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.7 Scatter diagram of relation between compression modulus and water content

圖8 壓縮模量—孔隙比關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.8 Scatter diagram of relation between compression modulus and void ratio

(2)壓縮模量Es與凝聚力C、內(nèi)摩擦角φ的關(guān)系隨著壓壓縮模量Es的增加，凝聚力C、內(nèi)摩擦角φ呈遞增的趨勢(shì)，如圖11、圖12所示。用最小二乘法來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，壓縮模量Es與凝聚力C的線性相關(guān)系數(shù)為0．299，參數(shù)間無相關(guān)性;壓縮模量Es與內(nèi)摩擦角φ的線性相關(guān)系數(shù)為0．606，參數(shù)間屬弱正相關(guān)性。壓縮模量Es與內(nèi)摩擦角φ相應(yīng)的回歸方程為:Es=0．183φ +2．251

圖9 壓縮系數(shù)—凝聚力關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.9 Scatter diagram of relation between compressibily and cohesiveness

圖10 壓縮系數(shù)—內(nèi)摩檫角關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.10 Scatter diagram of relation between compressibility and internal frictional angle

(3)凝聚力C與內(nèi)摩擦角φ的關(guān)系 凝聚力C與內(nèi)摩擦角φ的散點(diǎn)關(guān)系如圖13所示，兩者之間的回歸方程表達(dá)式為:

C=0．512φ +5．262

由回歸方程可見，其相關(guān)系數(shù)為0．627，凝聚力C與內(nèi)摩擦角φ具有線性弱正相關(guān)性。

圖11 壓縮模量—凝聚力關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.11 Scatter diagram of relation between compression modulus and cohesiveness

4 主要物理力學(xué)參數(shù)隨深度變化的統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)一元線性回歸統(tǒng)計(jì)分析，②-2層軟土主要物理力學(xué)參數(shù)隨深度變化的回歸方程及相關(guān)系數(shù)見表3。

圖12 壓縮模量—內(nèi)摩檫角關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.12 Scatter diagram of relation between compression modulus and internal frictional angle

圖13 凝聚力—內(nèi)摩擦角關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.13 Scatter diagram of relation between cohesiveness and internal frictiond angle

由統(tǒng)計(jì)分析表明，隨著取土深度增加，含水率、液限、液性指數(shù)呈遞減的趨勢(shì)，具線性弱負(fù)相關(guān)性，孔隙比、密度、塑限、塑性指數(shù)、壓縮系數(shù)、壓縮模量、凝聚力、內(nèi)摩擦角與取土深度均無明顯的相關(guān)性。

表3 主要物理力學(xué)參數(shù)隨深度變化分析Table 3 Main physical and mechanical parameters with the change of depth

5 結(jié)論

本文對(duì)南京浦口濱江大道路基軟土的分布、物理力學(xué)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析，并運(yùn)用數(shù)值分析方法，分析了軟土的主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)間的相關(guān)性，對(duì)相關(guān)性較密切的參數(shù)間建立了回歸方程，對(duì)于指導(dǎo)軟土路基處理設(shè)計(jì)、工程施工，具有重要的理論與工程實(shí)際意義。

［1］ 工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì)．工程地質(zhì)手冊(cè)［S］．第三版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992．

［2］ 張文彤．SPSS統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)教程［M］．北京:高等教育出版社，2004．