疏浚土物理力学指标的相关性分析

陈明，房宇航

（1.神华天津煤炭码头有限责任公司，天津 300452；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，港口岩土工程技术交通行业重点实验室，天津市港口岩土工程技术重点实验室，天津 300222）

0 引言

随着经济的发展，围海造陆已成为我国突破土地资源紧缺瓶颈问题的重要措施之一。为了满足环保的要求，围海造陆工程中多采用航道疏浚出来的土料直接作为原料，进行吹填造陆。由于疏浚土本身具有含水率高、渗透性差、承载力低等特点，且不同地区的疏浚土具有明显的差异性，其地基加固效果还有待进一步明确[1]。

关于疏浚土加固方法的研究很多，目前常见的加固方法多以真空预压为主。梁志荣等[2]对由于真空预压而引起的沉降变形、分层沉降、孔隙水压力等试验结果进行了系统分析，在上海等软土地区，进行真空预压对大面积地基进行处理，取得良好效果。过程中由于前期没有对该地区软土进行细致的相关性分析，在施工方法及工艺的选择上走了弯路。近些年来，邹峰等[3]针对疏浚土形成的地基，开展了不同施工工艺的加固效果研究，对比了直排式、常规式和增压式3 种不同方法的加固效果及经济性；诸葛爱军等[4]运用有限元仿真技术对疏浚土地基的加固过程进行仿真分析，明确了疏浚土地基在加固过程中的沉降变化和孔隙水消散规律；刘文彬等[5]针对天津滨海地区的某疏浚土地基，开展现场监测和数值模拟研究，对疏浚土地基的长期沉降量及沉降特点进行预测，揭示了疏浚土地基的长期沉降发生机理；刘飞禹等[6]针对疏浚淤泥采用真空预压联合间歇电渗法加固，得到通电时间长加固效果好的结论，但超过24 h后加固效果减弱。冯军等[7]针对黄骅电厂试桩区真空预压效果进行现场研究，得出不同土性对真空预压固结效果有较大影响。这些学者均认为疏浚土加固工艺的选择，取决于疏浚土的物理力学特点，由于疏浚土的工程特性会因地域不同而呈现不同的特点，因此，对于疏浚土地基的研究首先应落脚于对其物理力学特性研究。

本文以连云港疏浚土地基为主要研究对象，通过现场大量取样和室内试验，获取了大量疏浚土的含水率、孔隙比、液限、塑限、塑性指数和压缩模量等指标，同时运用数学的方法建立了各个指标之间的相关性，可为该地区的疏浚土工程提供全面而准确的土体参数，为其加固方法的选择提供数据支持。

1 工程概况

本项研究依托某吹填造陆工程，原地基由疏浚土吹填形成，具有含水率高（120%～130%）、承载力极低（接近0 kPa）、渗透性很差（小于10-7cm/s）的特点，其地层分布及土体特性如表1 所示。

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

该工程采用真空预压方法[8]对疏浚土地基进行加固处理，表面铺设0.5 m 厚中粗砂，设计真空荷载为85 kPa，抽真空天数为150 d，采用B 型塑料排水板，排水板打入深度18 m，排水板间距1 m，正方形布置。

2 疏浚土的力学特性

要明确疏浚土的物理力学特性及各指标之间的相关性，采用一元线性回归方法，通过3 258组室内试验，分析得到以下结果。图中两条回归线分别取3 258 组试验数据中大小占比前20%的特征值（用下脚标1 表示）与占比后20%的特征值（用下脚标2 表示）。

1）含水率与孔隙比的关系

吹填陆域疏浚土的天然含水率ω 与孔隙比e的相关关系如图1 所示。

图1 土体天然含水率与孔隙比的相关图Fig.1 Correlation diagram of soil natural water content and void ratio

从天然含水率ω 和孔隙比e 的散点关系图可知，天然含水率和孔隙比呈现较好的线性递增，随着含水率的增加，孔隙比也逐渐增加。运用最小二乘法归纳推导出其在式（1）、式（2）两个线性方程范围内相关系数R2分别为0.997 1、0.997 5，有较好的相关性。

2）液限与塑限的关系

液限ωL与塑限ωP的相关关系如图2 所示。

图2 液限与塑限相关图Fig.2 Correlation diagram of liquid limit and plastic limit

从图2 可知，液限ωL与塑限ωP近似符合线性关系，随着液限的增加，塑限也逐渐增加。液限数据集中在20%～70%，塑限数据集中在10%～40%；运用最小二乘法归纳推导出其在式（3）、式（4）两个线性方程范围内相关系数R2分别为0.923 6、0.912 3，有较好的相关性。

3）含水率与压缩模量的关系

土的天然含水量ω 与压缩模量Es之间的相关关系如图3 所示。

图3 含水率和压缩模量相关图Fig.3 Correlation diagram of water content and modulus of compression

从图3 可知，含水率ω 与压缩模量Es在一定范围内近似符合幂函数关系，随着含水率的增加，压缩模量逐渐减小最后趋于定值。当含水率小于50%的时，对应压缩模量的范围较大；但当含水率大于50%时，对应压缩模量的值范围较小；归纳推导出其在式（5）、式（6）两个幂函数范围内相关系数R2分别为0.947 9、0.953 2，有较好的相关性。

4）含水率与压缩系数的关系

土的天然含水量ω 与压缩系数av之间的关系分析如图4 所示。

图4 含水率和压缩系数相关图Fig.4 Correlation diagram of water content and compressibility coefficient

由图4 可知，含水率ω 与压缩系数av在一定范围内近似符合幂函数关系，压缩系数随着含水率的增加而增加；归纳推导出其在式（7）、式（8）两个幂函数范围内相关系数R2分别为0.975 2、0.959 8，有较好的相关性。

3 结语

本文针对真空预压方法加固的疏浚土用统计学理论分析了疏浚土物理力学指标并建立了各指标之间的相关性；总结出经验公式，可为当地的加固方法与施工工艺的选择提供数据支持，得到主要结论如下：

1）该疏浚土地基的天然含水率ω 与孔隙比e相关性明显，孔隙比随着含水率的增加而增加，两者具有较好的线性相关性，可为该地区疏浚土的含水率与孔隙比提供借鉴。

2）该疏浚土的液限与塑限相关性明显，塑限随着液限的增加而增加，具有较好的线性相关性，可为该地区疏浚土的液塑限提供借鉴。

3）该疏浚土的天然含水量ω 与土的压缩模量Es呈现幂函数变化的关系，疏浚土压缩模量Es随着含水量ω 的增加而减小，具有较好的幂函数相关性，对于含水率大于50%的疏浚土，该经验公式更为适用。为该地区疏浚土压缩模量提供借鉴。

4）该疏浚土的天然含水量ω 与土的压缩系数av呈现幂函数变化的关系，疏浚土压缩系数av随着含水量ω 的增加而增大，具有较好的幂函数相关性。