珠海横琴新区软土物理力学指标统计分析*

彭立才，温 勇，杨光华，姜 燕，杜秀忠，张 挺 ，张玉成

(1. 珠海市横琴新区建设工程质量监督检测站，广东 珠海 519000；2. 广东省水利水电科学研究院， 广东省岩土工程技术研究中心,广东 广州 510635；3. 中山大学 地球科学与地质工程学院，广东 广州 510275)



珠海横琴新区软土物理力学指标统计分析*

彭立才1，温 勇2，3，杨光华2，姜 燕2，杜秀忠2，张 挺2，张玉成2

(1. 珠海市横琴新区建设工程质量监督检测站，广东 珠海 519000；2. 广东省水利水电科学研究院， 广东省岩土工程技术研究中心,广东 广州 510635；3. 中山大学 地球科学与地质工程学院，广东 广州 510275)

根据珠海横琴新区内收集到的近13个工程，共计800余组软土试验成果，对珠海横琴新区软土基本物理力学指标进行了统计和分析，并根据软土含水率分区间统计，给出了强度指标与含水率、变形指标与含水率的关系。研究的结果可供珠海横琴新区的软土工程设计等参考或借鉴。

珠海横琴新区；软土；强度指标；变形指标；含水率；统计分析

1 概述

横琴岛是珠海市第一大岛，该岛位于珠海市南部，珠江口西侧，南濒南海，与澳门三岛隔河相望，最近处相距200 m左右。随着国家对珠海横琴新区的规划，市政基础建设已经进入实质性阶段。同时，珠海横琴新区分布着大量的第四系软土层，其分布广泛，层位稳定，厚度一般为20～50 m。珠海横琴软土主要是指淤泥和淤泥质土，具有天然含水率高、压缩性大、抗剪强度低、渗透性差等特征，在实际工程中表现为地基承载力小，在荷载作用下要经过很长时间才能完成固结沉降，而且会产生较大的最终沉降及不均匀沉降。由于对该地区软土特性了解不足而带来的难题甚至失败案例也是日益显现。因此，对珠海横琴新区软土特性开展进一步的研究工作，是横琴新区工程建设中亟待解决的问题。

软土力学参数是软土特性的具体体现，是软土地区工程设计的基础，其取值大小直接影响工程的安全和造价。如果所提供的参数偏低，则必然安全富余偏大，致使工程成本增加；而如果提供的参数偏高，则容易导致工程偏于危险，甚至造成工程事故。由于土的性质极为复杂，土工试验在岩土工程中极为重要，利用室内土工及现场试验成果进行统计分析是土力学研究的重要手段之一。目前，学者已对国内一些地区的软土进行了系统分析研究，对其软土物理力学性质的研究取得了较多成果[1-6]。根据成因学的基本原理，把某特定地质时代相同沉积环境下形成的、在工程性质上存在一定内在联系的、具有特性相近的土体划分为一个工程地质单元，从而形成一个独立的统计单元体。因此，可以认为珠海横琴新区软土是一个独立的统计单元体，利用数理统计的一些手段，对该地区的软土物理力学指标进行分析研究，有利于该地区软土工程的开展。

为了对珠海横琴新区软土物理力学指标进行统计分析，共调查和收集了横琴新区已建、在建的13个实际工程，800多个软土土样的试验成果，对其进行统计和分析。统计数据覆盖了横琴新区大部分区域，基本上能代表横琴新区软土的实际情况。

2 横琴新区软土物理力学特性的总体统计分析

采用传统数理统计法，对所有样点进行筛选、剔除异常值后进行统计和分析，得出横琴新区软土的物理力学指标统计结果，包括淤泥和淤泥质土，结果如表1、表2所示。

表1 淤泥的物理力学性质指标统计

表2 淤泥质土的物理力学性质指标统计

由横琴新区软土物理力学特性的总体统计分析结果可知，横琴新区软土具有以下特征：

1) 含水率高，天然孔隙比大。其中，淤泥含水率平均值为65.45%，孔隙比平均值为1.78；淤泥质土含水率平均值为45.92%，孔隙比平均值为1.28。

2) 接近完全饱和。其中，淤泥的饱和度均值为97.7%，淤泥质土的饱和度均值为96.34%。

3) 压缩性大，属于高压缩性土。其中，淤泥的压缩模量均值为1.69 MPa，淤泥质土的压缩均值为2.32 MPa。

4) 抗剪强度低。其中，淤泥的快剪强度指标参数：粘聚力均值为4.44 kPa，内摩擦角均值为2.87°；淤泥质土的快剪强度指标参数：粘聚力均值为8.12 kPa，内摩擦角均值为5.87°。

3 横琴新区软土强度指标与含水率关系的统计分析

在岩土工程中，抗剪强度指标c、φ是十分重要的设计参数。对于确定地基承载力、验算边坡稳定和设计挡土结构，c、φ指标取值的正确与否、对其离散性的评价以及其相互间的相关性，都直接影响工程的安全性与经济性。

影响软土抗剪强度的主要物理指标是软土的含水率。而由前面统计分析可知，在统计区间范围内，统计软土抗剪强度指标的变异系数较大，即c、φ指标取值离散性较大，这主要是由于统计软土含水率范围变化较大造成的。为此，按含水率分区来重新统计横琴新区软土的物理力学特性指标。根据统计样本的实际情况，淤泥含水率分区为：50%～59.9%、60%～69.9%、70%～79.9%，淤泥质土含水率分区为：40%～44.9%、45%～49.9%、50%～56%。抗剪强度指标与含水率关系的统计结果如表3、图1和表4、图2所示。

表3 淤泥的抗剪强度指标与含水率统计关系

图1 淤泥的抗剪强度指标与含水率统计关系

表4 淤泥质土的抗剪强度指标与含水率统计关系

图2 淤泥质土的抗剪强度指标与含水率统计关系

由以上结果可知：随着含水率的增加，软土抗剪强度指标均相应地减小。其中，淤泥按含水率分区(从小到大)统计得到的抗剪强度指标c、φ均值依次为：5.17 kPa、3.37°，4.53 kPa、2.94°，3.38 kPa、2.09°，1.24 kPa、1.00°；淤泥质土按含水率分区(从小到大)统计得到的抗剪强度指标c、φ均值依次为：8.75 kPa、6.53°，7.9 kPa、5.63°，6.59 kPa、4.3°。

4 横琴新区软土变形指标与含水率关系的统计分析

根据软土的变形机理和试验结果认为，影响软土压缩性能的主要物理指标是软土的天然含水率。因此，可以研究软土压缩变形指标与天然含水率之间的相互关系和规律。

为此，和前面的抗剪强度指标统计一样，按含水率分区来统计分析横琴新区软土的压缩变形指标(这里指压缩模量Es)。同样，根据统计样本的实际情况，淤泥含水率分区为：50%～59.9%、60%～69.9%、70%～79.9%、80%～89.9%，淤泥质土含水率分区为：40%～44.9%、45%～49.9%、50%～56%，则横琴新区软土压缩模量与含水率关系的统计如表5、图3和表6、图4所示。

表5 淤泥的压缩模量与含水率统计关系

图3 淤泥的压缩模量与含水率统计关系

表6 淤泥质土的压缩模量与含水率统计关系

图4 淤泥质土的压缩模量与含水率统计关系

由以上结果可知：随着含水率的增加，软土压缩变形指标相应地减小。其中，淤泥按含水率分区(从小到大)统计得到的压缩模量Es均值依次为：1.88 MPa、1.7 MPa、1.49 MPa、1.37 MPa；淤泥质土按含水率分区(从小到大)统计得到的压缩模量Es均值依次为：2.38 MPa、2.31 MPa、2.14 MPa。

5 结论及建议

1) 珠海横琴新区软土具有含水率高、天然孔隙比大、饱和度高、压缩性大、抗剪强度低等特征；同时，珠海横琴新区软土含水率变化范围较大，而软土的含水率是影响软土强度变形性能的主要物理指标，造成软土强度变形指标变异性也较大，因此，应根据含水率分区间进行统计分析。

2) 按软土含水率分区间进行统计分析，得到了珠海横琴新区软土强度变形指标与含水率的统计关系。由结果可知，随着含水率的增加，强度变形指标c、φ、Es相应地减小。得到的每个含水率区间的强度变形指标值，可供珠海横琴新区的软土工程设计等参考或借鉴。

3) 由于土体性质的复杂性，室内试验取样扰动后往往破坏了土的结构性，使得室内试验得到的参数容易失真，从而造成室内试验参数应用于工程设计时可能会存在较大误差。与室内试验相比，原位试验可以在土体原来所处位置，基本保持的天然结构及天然应力状态下，测定土体的工程力学性质指标，可避免取样过程中应力释放的影响，获得的试验结果更符合实际情况。因此，建议有条件时进一步开展珠海横琴新区软土的一些原位试验研究，如CPTU、十字板剪切试验等，使参数取值更为可靠和合理。

[1] 陈晓平， 黄国怡， 梁志松. 珠江三角洲软土特性研究[J]. 岩石力学与工程学报， 2003， 22(1):137-141．

[2] 刘慧明.闽东南沿海地区软土物理力学性质研究[D].福州：福州大学， 2005．

[3] 彭立才， 蒋明镜， 朱合华，等. 珠海地区软土物理力学指标统计分析[C]∥第六届全国青年岩土力学与工程会议暨岩土工程系列学术研讨会， 2007．

[4] 夏银飞， 吴代华， 文建华. 珠江三角洲软土物理力学指标统计分析[J]. 公路交通科技， 2008， 25(1):47-50．

[5] 尹利华， 王晓谋， 张留俊. 天津软土土性指标概率分布统计分析[J]. 岩土力学， 2010(S2):462-469．

[6] 屈若枫， 徐光黎， 王金峰，等. 武汉地区典型软土物理力学指标间的相关性研究[J]. 岩土工程学报， 2014(S2):113-119．

(本文责任编辑 王瑞兰)

Statistic Analysis of Physical and Mechanical Indexes of Soft Soil in Zhuhai Hengqin New Area

PENG Licai1, WEN Yong2, 3, YANG Guanghua2, JIANG Yan2, DU Xiuzhong2,ZHANG Ting2, ZHANG Yucheng2

(1. Zhuhai Hengqin New Area Center for Supervision and Inspection on Quality of Infrastructure Engineering, Zhuhai 519000, China;2. Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower,Geotechnical Engineering Technology Center of Guangdong Province, Guangzhou 510635, China;3. School of Earth Science and Geological Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China)

Based on the test results of eight hundred groups of data from 13 projects in Zhuhai hengqin new area, the statistic analysis about physical and mechanical indexes of soft soil were made. And according to water content range, the relationship between strength index and water content, deformation index and water content were further analyzed. Research results of this paper can provide references for the soft soil engineering in Zhuhai hengqin new area.

Zhuhai hengqin new area； soft soil； strength index； deformation index； water content； statistic analysis

2016-03-22;

2016-05-09

国家自然科学基金资助项目(51378131)；广东省水利科技创新基金项目(No. 2009-25)；广东省岩土工程技术研究中心开放基金(201404002)。

彭立才(1978)，博士，主要研究软土宏微观特性、桩基工程和基坑工程等方面的研究和管理工作。

U412.22+1