疏浚土物理力學指標的相關性分析

陳明，房宇航

（1.神華天津煤炭碼頭有限責任公司，天津 300452；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，港口巖土工程技術交通行業重點實驗室，天津市港口巖土工程技術重點實驗室，天津 300222）

0 引言

隨著經濟的發展，圍海造陸已成為我國突破土地資源緊缺瓶頸問題的重要措施之一。為了滿足環保的要求，圍海造陸工程中多采用航道疏浚出來的土料直接作為原料，進行吹填造陸。由于疏浚土本身具有含水率高、滲透性差、承載力低等特點，且不同地區的疏浚土具有明顯的差異性，其地基加固效果還有待進一步明確[1]。

關于疏浚土加固方法的研究很多，目前常見的加固方法多以真空預壓為主。梁志榮等[2]對由于真空預壓而引起的沉降變形、分層沉降、孔隙水壓力等試驗結果進行了系統分析，在上海等軟土地區，進行真空預壓對大面積地基進行處理，取得良好效果。過程中由于前期沒有對該地區軟土進行細致的相關性分析，在施工方法及工藝的選擇上走了彎路。近些年來，鄒峰等[3]針對疏浚土形成的地基，開展了不同施工工藝的加固效果研究，對比了直排式、常規式和增壓式3 種不同方法的加固效果及經濟性；諸葛愛軍等[4]運用有限元仿真技術對疏浚土地基的加固過程進行仿真分析，明確了疏浚土地基在加固過程中的沉降變化和孔隙水消散規律；劉文彬等[5]針對天津濱海地區的某疏浚土地基，開展現場監測和數值模擬研究，對疏浚土地基的長期沉降量及沉降特點進行預測，揭示了疏浚土地基的長期沉降發生機理；劉飛禹等[6]針對疏浚淤泥采用真空預壓聯合間歇電滲法加固，得到通電時間長加固效果好的結論，但超過24 h后加固效果減弱。馮軍等[7]針對黃驊電廠試樁區真空預壓效果進行現場研究，得出不同土性對真空預壓固結效果有較大影響。這些學者均認為疏浚土加固工藝的選擇，取決于疏浚土的物理力學特點，由于疏浚土的工程特性會因地域不同而呈現不同的特點，因此，對于疏浚土地基的研究首先應落腳于對其物理力學特性研究。

本文以連云港疏浚土地基為主要研究對象，通過現場大量取樣和室內試驗，獲取了大量疏浚土的含水率、孔隙比、液限、塑限、塑性指數和壓縮模量等指標，同時運用數學的方法建立了各個指標之間的相關性，可為該地區的疏浚土工程提供全面而準確的土體參數，為其加固方法的選擇提供數據支持。

1 工程概況

本項研究依托某吹填造陸工程，原地基由疏浚土吹填形成，具有含水率高（120%～130%）、承載力極低（接近0 kPa）、滲透性很差（小于10-7cm/s）的特點，其地層分布及土體特性如表1 所示。

表1 疏浚土特性Table 1 Characteristics of dredged soil

該工程采用真空預壓方法[8]對疏浚土地基進行加固處理，表面鋪設0.5 m 厚中粗砂，設計真空荷載為85 kPa，抽真空天數為150 d，采用B 型塑料排水板，排水板打入深度18 m，排水板間距1 m，正方形布置。

2 疏浚土的力學特性

要明確疏浚土的物理力學特性及各指標之間的相關性，采用一元線性回歸方法，通過3 258組室內試驗，分析得到以下結果。圖中兩條回歸線分別取3 258 組試驗數據中大小占比前20%的特征值（用下腳標1 表示）與占比后20%的特征值（用下腳標2 表示）。

1）含水率與孔隙比的關系

吹填陸域疏浚土的天然含水率ω 與孔隙比e的相關關系如圖1 所示。

圖1 土體天然含水率與孔隙比的相關圖Fig.1 Correlation diagram of soil natural water content and void ratio

從天然含水率ω 和孔隙比e 的散點關系圖可知，天然含水率和孔隙比呈現較好的線性遞增，隨著含水率的增加，孔隙比也逐漸增加。運用最小二乘法歸納推導出其在式（1）、式（2）兩個線性方程范圍內相關系數R2分別為0.997 1、0.997 5，有較好的相關性。

2）液限與塑限的關系

液限ωL與塑限ωP的相關關系如圖2 所示。

圖2 液限與塑限相關圖Fig.2 Correlation diagram of liquid limit and plastic limit

從圖2 可知，液限ωL與塑限ωP近似符合線性關系，隨著液限的增加，塑限也逐漸增加。液限數據集中在20%～70%，塑限數據集中在10%～40%；運用最小二乘法歸納推導出其在式（3）、式（4）兩個線性方程范圍內相關系數R2分別為0.923 6、0.912 3，有較好的相關性。

3）含水率與壓縮模量的關系

土的天然含水量ω 與壓縮模量Es之間的相關關系如圖3 所示。

圖3 含水率和壓縮模量相關圖Fig.3 Correlation diagram of water content and modulus of compression

從圖3 可知，含水率ω 與壓縮模量Es在一定范圍內近似符合冪函數關系，隨著含水率的增加，壓縮模量逐漸減小最后趨于定值。當含水率小于50%的時，對應壓縮模量的范圍較大；但當含水率大于50%時，對應壓縮模量的值范圍較小；歸納推導出其在式（5）、式（6）兩個冪函數范圍內相關系數R2分別為0.947 9、0.953 2，有較好的相關性。

4）含水率與壓縮系數的關系

土的天然含水量ω 與壓縮系數av之間的關系分析如圖4 所示。

圖4 含水率和壓縮系數相關圖Fig.4 Correlation diagram of water content and compressibility coefficient

由圖4 可知，含水率ω 與壓縮系數av在一定范圍內近似符合冪函數關系，壓縮系數隨著含水率的增加而增加；歸納推導出其在式（7）、式（8）兩個冪函數范圍內相關系數R2分別為0.975 2、0.959 8，有較好的相關性。

3 結語

本文針對真空預壓方法加固的疏浚土用統計學理論分析了疏浚土物理力學指標并建立了各指標之間的相關性；總結出經驗公式，可為當地的加固方法與施工工藝的選擇提供數據支持，得到主要結論如下：

1）該疏浚土地基的天然含水率ω 與孔隙比e相關性明顯，孔隙比隨著含水率的增加而增加，兩者具有較好的線性相關性，可為該地區疏浚土的含水率與孔隙比提供借鑒。

2）該疏浚土的液限與塑限相關性明顯，塑限隨著液限的增加而增加，具有較好的線性相關性，可為該地區疏浚土的液塑限提供借鑒。

3）該疏浚土的天然含水量ω 與土的壓縮模量Es呈現冪函數變化的關系，疏浚土壓縮模量Es隨著含水量ω 的增加而減小，具有較好的冪函數相關性，對于含水率大于50%的疏浚土，該經驗公式更為適用。為該地區疏浚土壓縮模量提供借鑒。

4）該疏浚土的天然含水量ω 與土的壓縮系數av呈現冪函數變化的關系，疏浚土壓縮系數av隨著含水量ω 的增加而增大，具有較好的冪函數相關性。