石汉生，姬 静

（广东省建筑设计研究院 广州 510010）

0 前言

软土土性参数是软基处理设计依据，软土土性参数具有很强的地域特征和显著的不确定性，但软土土性参数之间具有很强的相关性，通过建立软土土性参数之间的相关关系，佐证软土土性参数试验值的确定方法和判别软土土性参数的可信度。当前，国内对软土土性指标的分析主要集中在长江三角洲、珠江三角洲等少量典型软土地区。

金鑫等人［1］对盐靖高速公路盐城北的工程地质和水文地质条件进行了分析评价，对沿线砂土液化特性进行了详细分析，统计了软土代表性物理力学指标之间的相互关系。张继周等人［2］基于江苏中部某高速公路工程地质勘察所提供的大量室内试验测试数据，运用随机场理论，将土层剖面模拟为随机场而非传统意义上的随机变量，提出了基于随机场理论、考虑空间趋势分量的土性参数变异性统计方法，系统地统计分析了苏中腹地湖相软土土性参数的变异特性，对比了实验室物理性质指标参数、变形参数和强度参数变异性特征。尹利华等人［3］将天津软土作为一个独立的统计单元体，研究了该地区软土物理力学指标的变化范围、变异性、指标间的相互关系和各指标的概率分布模型，得到了天津软土物理指标与压缩指标、强度指标间的统计关系经验公式以及土性指标的概率分布模型，并分析了直剪试验、三轴试验、十字板剪切试验3 种不同方法抗剪强度试验结果的相互关系，提出了利用随机因子分析法对试验方法不确定性进行概率评定。陈延猛［4］对广东地区原状软土的物理力学指标相互关系进行了研究。阙金声［5］分析了广州大学城软土的物理力学参数统计值，获得了大学城软土的工程地质特性。夏银飞［6］对珠江三角洲原状软土的物理力学指标的变化范围、变异性、指标间的相互关系和各指标的统计分布规律进行了研究。阮波、陈晓平等人［7，8］根据在珠江三角洲内收集到的近千个软土土样的试验成果，对其基本物理、力学指标进行了统计和分析，根据实测资料和室内试验成果，分折了软土的非线性特征和蠕变特征。范明桥和盛金宝［9］在研究分析确定适合的φ、c 统计方法后，对土的φ、c 相关特性进行了研究，以土坡滑动稳定计算为例，说明了如何考虑这种相关性以及相关性对土工可靠度的影响。

针对长江漫滩沉积软土的物理力学参数统计研究成果少，本文以江苏某典型长江漫滩沉积软土为研究对象，统计分析了软土物理力学参数间的相关关系，得到了软土物理力学参数相关指标间的经验公式，为软土地区工程土工参数的取值提供了依据和参考。

1 地质条件

1.1 工程地质

试验场地地形为冲积漫滩相地貌单元，地形较平坦，钻孔地面高程在2.50～3.97 m，河流两岸局部稍有起伏，土性较均匀，场地内工程地质条件相似。主要由粉、细砂组成，东部淤泥质粉质亚粘土夹层较厚，工程地质性质一般。地层主要为第四纪全新世冲击相沉积物，土层以软～流塑粉质土和中密～密实的砂性土为主，表层分布有一层素填土，厚度为0.50～6.40 m。

场地内连续分布有薄～中厚层状软土，软土以淤泥质粉质粘土，局部夹淤泥，普遍混粉砂和夹少量贝壳。软土地层主要：②1B淤泥质粉质粘土层：灰色，夹少量粉土，含有机质，夹少量腐木碎屑，流塑状态，高孔隙比，高压缩性，低强度；②1粉土夹粉砂层：灰黄色，中密～密实，夹少量粉砂，含少量贝壳残骸，不匀质，局部淤泥，中压缩性，中低强度。

场地深20 m 内以浅②1粉土夹粉砂、②2粉砂夹粉土和②3粉细砂为砂性土。本区位于华北地震区东南部长江中下游-南黄海地震带范围内，所在地区地震基本烈度为Ⅶ度。按Ⅶ度设防时：②1～②2层局部为可液化土，液化指数为2.04～4.52，综合判断为轻微液化场地。其中，②1层为粉土夹粉砂，中压缩性，中低强度，场地内连续分布，层顶埋深1.60～10.15 m，层厚约3.45～9.45 m；②2层为粉砂夹粉土，饱和，中密，夹少量粉土及细砂，场地内连续分布，层顶埋深5.40～16.55 m，层厚约6.50～12.45 m，土层具有轻微的液化潜势。

1.2 水文地质

场地受北高南低的地势控制，河水流向自北向南流经场地，对场地的地下水头起控制作用。区内河流雨季是淮河入江通道，在旱季靠抽提芒稻河水供灌溉之用。

在工程影响深度内，地下水主要为孔隙潜水，勘探期间稳定水位埋深0.50～1.40 m，水位变化受区内河水、长江水及季节影响，年变幅约1.50 m，汛期（7～9月）水位较高，枯水期（1～3月）水位较低。砂性土层属于弱～强渗透水层，地下水对混凝土无腐蚀性。

2 土性参数分析

土的力学性质由相关的物理力学指标衡量。与工程有关的主要力学指标有孔隙比、含水量、强度、压缩性、渗透性等。软土的主要特征为高孔隙比、高含水量、高压缩性、低强度和低渗透性。由于软土的这些特性，造成软土强度不足，修建于软土上的建筑物的后期沉降变形较大。因此，当天然含水量接近或大于液限，孔隙比大于1.0，压缩模量小于4 000 kPa，标贯击数小于2，静力触探贯入阻力小于700 kPa，不排水强度小于25 kPa 时，即可认定为软土。

2.1天然孔隙比与天然含水量的关系

饱和软土的天然孔隙比与天然含水量是软土的基本参数，根据大量的土工测试结果，软土的天然孔隙比e 与天然含水量w 统计于图1中，其相关关系为：

图1为不同土质的统计关系。

图1天然孔隙比与天然含水量的相关关系Fig.1 Relationship between Natural Void Ratio and Natural Water Content

2.2天然孔隙比与压缩系数的关系

天然孔隙比与压缩系数存在相关关系。一般来说，孔隙比越大，压缩性越强，土的工程性质越差。如图2所示，软土的天然孔隙比与压缩系数成指数关系，其相关关系为：

式中：α1-2是土的压缩系数（MPa-1）；e 是孔隙比。拟合结果在95%置信区间。从图2中可以看出：淤泥质粉质黏土的压缩性最大，而后依次为粉质黏土、粉土、细砂和粉砂，粗砂的压缩性最小。

图2 压缩系数与孔隙比的相关关系Fig.2 Relationship between Compression Coefficient and Void Ratio

2.3 塑性指数与液限的关系

塑性指数反映了土体中储存结合水的能力，塑性指数越大，土中存储结合水的能力越强，与土颗粒的矿物成分、粒径等影响因素有关。液限表示土的稠度状态。当土中含水量超过液限时，土失去可塑性而呈流动状态。因此，土的塑性指数与液限相互关联。如图3所示，塑性指数和液限存在线性相关关系：

2.4 塑性指数与粒径＜0.002mm的颗粒含量关系

细颗粒土的性质不仅与颗粒粒径和级配有关，与土体本身结构、矿物成分等都有关系。因此，土的黏粒含量是一个重要的影响因素。当黏粒含量发生变化时，土的物理力学性质也会发生变化，相应的表现为塑性指数变化。当黏粒含量增多时，塑性指数相应增大，土处于可塑状态的含水量范围越大。塑性指数是衡量土体中结合水含量的物理量，当土中能够含有的结合水越多时，塑性指数越大。该能力与土颗粒粒径、土颗粒矿物质种类含量密切相关。土的塑性指数与粒径＜0.002 mm 的颗粒含量关系如图4所示，塑性指数与黏粒含量存在着明显的线性关系：

图3 土的塑性指数与液限的相关关系Fig.3 Relationship between Plastic Index and Liquid Limit

式中：P0.002为粒径＜0.002 mm 的颗粒含量。图4中的系数0.55＜0.75，表明土是非活性的。

图4 塑性指数与黏粒含量的相关关系Fig.4 Correlation of Plastic Index to the Content of Clay Particles

2.5 强度指标与含水量的关系

土的剪切强度参数，即粘聚力和内摩擦角可以根据直剪试验得到。土的粘聚力与含水量的关系如图5所示，随着含水量w 的增加，粘聚力c 减小，c 与w 呈线性关系。当土中含水量逐步增大，土中的自由水含量随之增大，会引起毛细水压力减小，从而导致土的粘聚力迅速降低。利用最小二乘法对试验数据进行拟合，得到粘聚力与含水量的相关关系：

式中：c 为土的粘聚力；w 为土的含水量；a、b 分别为直线的斜率和截距（见表1）。细砂的粘聚力与含水量无明显的相关关系，基本不变。

图6表示了土的内摩擦角与含水量的相关关系。从图6可看出：在含水量小于液限的情况下，内摩擦角与含水量之间无明显的相关关系，基本不变；当含水量大于液限时，内摩擦角随含水量增加迅速减小。

图5 粘聚力与含水量的关系Fig.5 Correlation of Cohesion to Water Content

表1 参数a和b及R2的值Tab.1 Parameters a and b and the Value of R2

图6 内摩擦角与含水量的关系Fig.6 Correlation of Internal Friction Angle and Water Content

3 结论

通过对软土的物理力学参数指标的统计分析，得出如下结论：

⑴软土的天然孔隙比与天然含水量，天然孔隙比与压缩系数之间存在很好的相关性。

⑵塑性指数与液限，塑性指数与粒径＜0.002 mm的颗粒含量之间存在很好的线性正相关关系。

⑶除细砂外，土的粘聚力与天然含水量之间呈线性负相关关系，内摩擦角基本与天然含水量无关，只有含水量大于液限后，内摩擦角迅速减小。