殷旭峰 劉 芳 鄧厚華 俞仙芳 吳錦躍 韋 政

(嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314000)

0 引言

土是尚未固結(jié)成巖的松軟堆積物，由巖石經(jīng)歷物理、化學(xué)、生物風(fēng)化等作用所生成，物理狀態(tài)多變，力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜。不同地區(qū)的同類土質(zhì)差別較大；即使是同一地區(qū)相同土層，其工程性質(zhì)差異也有可能較大。因此了解黏性土的工程性質(zhì)本質(zhì)顯得尤為重要，可以解決施工中的許多難題，預(yù)防工程地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

目前國(guó)內(nèi)外有較多學(xué)者使用回歸的方法研究黏性土物理力學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)性。如Kang等[1]研究了非飽和土塑性指數(shù)與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)間的相關(guān)性。夏銀飛等[2]收集了珠江三角洲地區(qū)原狀軟土的物理力學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)指標(biāo)的變化范圍、變異性、指標(biāo)間的相互關(guān)系和各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律進(jìn)行了深入研究。馬廣楠等[3]科學(xué)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)原理，對(duì)湖北武漢地區(qū)大量粉質(zhì)粘土土性參數(shù)進(jìn)行整理研究。王建等[4]利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，對(duì)河南嵩山地區(qū)的粉質(zhì)粘土參數(shù)進(jìn)行整理，得到重要的相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)公式并計(jì)算出了各指標(biāo)的相關(guān)性及變異系數(shù)大小。

嘉興地區(qū)場(chǎng)地屬于長(zhǎng)江三角洲太湖平原南緣，上海濱海平原西緣，場(chǎng)地地貌類型屬于沖海積平原，一般具有高含水率、大孔隙、低強(qiáng)度、高壓縮性、低滲透性等特點(diǎn)。本文土樣正是取自于嘉興市南湖區(qū)，通過對(duì)嘉興地區(qū)粘土實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)粘土的物性指標(biāo)之間、物性指標(biāo)與力學(xué)指標(biāo)間進(jìn)行相關(guān)性分析，得到相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式和相關(guān)系數(shù)R，研究成果可為嘉興地區(qū)未來設(shè)計(jì)建造建筑工程時(shí)提供理論依據(jù)。

1 嘉興地區(qū)黏性土的物理力學(xué)特性

本文土樣取土區(qū)域?yàn)榧闻d科技城復(fù)興苑安置房小區(qū)，共取40個(gè)鉆孔土樣，取離地面8.5 m～4.5 m深度的粘土層進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，獲得黏性土基本物理力學(xué)數(shù)據(jù)指標(biāo)，對(duì)數(shù)據(jù)間的相關(guān)性進(jìn)行系統(tǒng)的分析，得到嘉興地區(qū)黏性土的物理力學(xué)特點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1～表3所示。

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，嘉興地區(qū)黏性土具有如下特點(diǎn)：

1)天然含水率較高，孔隙比較大，飽和度較高。取土區(qū)域內(nèi)黏性土的含水率平均值達(dá)25.6%，最大值為27.0%。孔隙比平均值達(dá)0.756，最大值為0.794。飽和度平均值為92.9%，最大值為94.7%。

表1 黏性土物理性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表2 黏性土直剪條件下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表3 黏性土固結(jié)條件下物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

2)液限較高，液性指數(shù)、塑性指數(shù)較大。黏性土液限平均值達(dá)38.8%，最大值達(dá)39.6%。液性指數(shù)平均值達(dá)0.29，最大值達(dá)0.33，處于可塑狀態(tài)。塑性指數(shù)平均值達(dá)18.6，最大值為19.6。

3)抗剪強(qiáng)度低，直剪試驗(yàn)下得到的粘聚力平均值為42.8 kPa，最小值為41.0 kPa。內(nèi)摩擦角平均值為18.5°，最小值為17.6°。

4)壓縮性高，壓縮模量平均值為6.91 MPa，最小值為6.33 MPa。

由表1～表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，黏性土物性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值普遍較低。而強(qiáng)度指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值較大，尤其是直剪條件下粘聚力的標(biāo)準(zhǔn)值，達(dá)到了42.5 kPa。

2 物理力學(xué)指標(biāo)的分析

掌握黏性土的工程特性對(duì)于人們?cè)谠O(shè)計(jì)和建造各種建筑工程時(shí)具有重大意義，因此對(duì)黏性土的各項(xiàng)物性力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析，以得到黏性土的工程特性變化規(guī)律顯得十分重要。本文采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的多項(xiàng)式、對(duì)數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)等回歸方法對(duì)指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行擬合，得到擬合關(guān)系式以及相關(guān)系數(shù)R。

2.1 物性指標(biāo)間的相關(guān)性

黏性土各個(gè)物理量之間具有相關(guān)性，本文將給出以含水率為自變量的物理性質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性，結(jié)果分析建立的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表如表4所示。

表4 含水率與其他物性指標(biāo)間的相關(guān)統(tǒng)計(jì)

由表4的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，嘉興地區(qū)黏性土的含水率與其他物性指標(biāo)之間的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)都在0.95以上。嘉興地區(qū)黏性土的塑性指數(shù)較高，意味著黏性土處于可塑態(tài)的含水量變化范圍大，表明土能吸附結(jié)合水越多，因此兩者相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.992 9。表4中的回歸方程可用于嘉興地區(qū)黏性土物性參數(shù)的預(yù)測(cè)和檢驗(yàn)。

2.2 物性指標(biāo)與變形指標(biāo)間的相關(guān)性

將含水率、孔隙比、密度作為自變量，壓縮模量及壓縮系數(shù)作為應(yīng)變量，進(jìn)行擬合。圖1，圖2為含水率與變形指標(biāo)相關(guān)關(guān)系擬合的結(jié)果。

由圖1，圖2可知，壓縮系數(shù)隨含水率的增加而線性增大，壓縮模量隨含水率的增加呈冪指數(shù)減小。猜測(cè)其原因是，土體壓縮發(fā)生變形，其中的空隙水被排除。

將含水率、孔隙比和密度等物性指標(biāo)與變形指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見表5。

表5 物性指標(biāo)與變形指標(biāo)間的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

由表5的結(jié)果可知，含水率、孔隙比和密度與變形指標(biāo)間的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)R都在0.9以上。其中孔隙比與變形指標(biāo)間的相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)R在0.97以上。

2.3 物性指標(biāo)與強(qiáng)度指標(biāo)間的相關(guān)性

繼續(xù)將含水率、孔隙比和密度作為自變量，將它們與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行擬合，分析它們之間的相關(guān)性以得出相應(yīng)的結(jié)論?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)來源于直剪試驗(yàn)。下面將給出含水率與直剪試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相關(guān)關(guān)系擬合結(jié)果，如圖3，圖4所示。

由圖3，圖4的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，含水率與粘聚力和內(nèi)摩擦角呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，推測(cè)其原因是水分起到了潤(rùn)滑作用，使內(nèi)摩擦角減小，同時(shí)隨著含水率的增加，黏性土的粘聚力減小。

將含水率、孔隙比和密度等物性指標(biāo)與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見表6。

表6 物性指標(biāo)與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)間的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

由表6可知，直剪強(qiáng)度試驗(yàn)下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與含水率和孔隙比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與密度呈正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)相關(guān)系數(shù)R的大小得到密度與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的相關(guān)性較低，相關(guān)系數(shù)R最低為0.893 2，其中孔隙比與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)R均在0.958以上。

3 結(jié)語

依據(jù)在嘉興科技城復(fù)興苑安置房小區(qū)工程取的多個(gè)鉆孔土樣，通過室內(nèi)土工試驗(yàn)，得到了嘉興地區(qū)黏性土的物性力學(xué)指標(biāo)，以及物性指標(biāo)間的相關(guān)性、物性指標(biāo)與變形指標(biāo)的相關(guān)性和物性指標(biāo)與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的相關(guān)性，通過分析研究，得出以下結(jié)論:

1)嘉興地區(qū)黏性土含水率較高，飽和度和孔隙比較大，液限較高，液性指數(shù)、塑性指數(shù)較大；抗剪強(qiáng)度低，壓縮性高。

2)物性指標(biāo)間的相關(guān)性較好，以及物性指標(biāo)與變形指標(biāo)和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)間的相關(guān)性也較好，說明嘉興地區(qū)黏性土的含水率、孔隙比等物性指標(biāo)對(duì)黏性土的變形、強(qiáng)度特性影響較大。

3)嘉興地區(qū)軟土的工程地質(zhì)較差，所以在設(shè)計(jì)和建造建筑物前要掌握它的工程特性，采取一定的防護(hù)措施，有效降低對(duì)建筑物的危害，保證建筑物的安全。