廣東省平興高速公路山區(qū)軟土物理力學(xué)特性及相關(guān)性分析研究

徐光波

摘要：通過分析大量室內(nèi)土工試驗結(jié)果，分析了平興高速山區(qū)軟土的物理力學(xué)特點及與珠三角平原軟土的區(qū)別，并在此基礎(chǔ)上，分析歸納了平興高速山區(qū)軟土多項物理力學(xué)指標(biāo)之間相互關(guān)系的經(jīng)驗公式，有助于提高對山區(qū)軟土的認(rèn)識及對其物理力學(xué)指標(biāo)的掌握，從而促進勘察設(shè)計工作質(zhì)量。

Abstract： By sorting a large number of indoor soil test results， this paper analyzed the physical and mechanical characteristics of mountain soft soil in PingXing highway and the differences between the Pearl River Delta plain soft soil. On this basis， this paper analyzed and summarized the empirical relationship between the several physical and mechanical indexes of the mountain soft soil in PingXing highway， to help improve understanding of the mountain soft soil and master their physical and mechanical properties， thereby contributing to the quality of survey and design work.

關(guān)鍵詞： 山區(qū)軟土；平興高速；物理力學(xué)性質(zhì)

Key words： mountain soft soil；PingXing highway；physical and mechanical properties

中圖分類號：TU447 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）23-0126-03

0 引言

目前廣東省已建的高速公路大部分位于珠江三角洲地區(qū)，沿線多為軟土地基路段，經(jīng)過多年的工程實踐和理論研究，工程界對這類地區(qū)軟土的工程特性與加固技術(shù)已了解較深。而隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，廣東省山區(qū)高速公路越來越多，業(yè)界對于分布于山間谷地的山區(qū)軟土了解甚少。

山區(qū)軟土因形成環(huán)境、組成成份、成因多樣化，其物理力學(xué)性質(zhì)與認(rèn)知度較高的平原軟土性質(zhì)差異較大，為實現(xiàn)山區(qū)軟土處理設(shè)計與施工的可靠性、經(jīng)濟性和安全性，必須準(zhǔn)確掌握山區(qū)軟土的工程特性。本文旨在通過分析平興高速山區(qū)軟土特性及其相關(guān)性，以求進一步提高對山區(qū)軟弱土的認(rèn)識。

1 工程概況

濟南至廣州國家高速公路平遠(yuǎn)（贛粵界）至興寧段是項目全長99.544km，全線設(shè)計速度100km/h，路基寬度26m，路橋比為0.75：0.25，最大路基填高31m，全線路基填高20m以上的路段多達47處 [1]。沿線軟土主要分布于沖積平原區(qū)、河流谷地及山間洼地，主要由第四系沼澤相淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及淤泥組成，其中平原區(qū)軟土呈片狀分布，山間洼地（或魚塘塘底）軟土呈點狀或帶狀隨機分布。全線主線軟土分布共144路段，累計長度為16.6km。軟土的厚度一般為0.4～5.95m，局部達到7.2～8.10m，上層覆蓋層一般為耕植土、素填土及粉質(zhì)粘土，厚度為0～9.40m[2]。軟土主要物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。施工圖設(shè)計針對軟土分布厚度、埋深、路基高度的具體情況，綜合采用了清淤換填、直接預(yù)壓、袋裝砂井堆載預(yù)壓、水泥攪拌樁、CFG樁和管樁復(fù)合地基等方法進行軟基處理。

2 山區(qū)軟土形成機理

廣東區(qū)域山區(qū)軟土基本處于亞熱帶季風(fēng)型氣候，是南亞熱帶和中亞熱帶氣候區(qū)的過渡地帶，受海洋季風(fēng)的影響明顯，氣候溫和潮濕，雨量充沛，雨季長，夏季濕熱，多臺風(fēng)暴風(fēng)雨。平興高速公路軟土的形成，主要是由于當(dāng)?shù)氐哪嗷規(guī)r、頁巖、泥巖的風(fēng)化產(chǎn)物和有機物質(zhì)，受到雨水的影響，經(jīng)水流搬運沉積于原始地形低洼處（如沖溝、谷地、河流階地等洼地），長期泡水軟化的結(jié)果，其成因以坡洪積、湖積、沖積三種為主。

3 平興高速公路軟土物理力學(xué)特性

平興高速沿線孔隙比e≥1.0、液性指數(shù)IL≥1.0的軟土物理力學(xué)統(tǒng)計如表1所示。據(jù)表1可見，平興山區(qū)軟土含水量、孔隙比、壓縮模量、直接快剪黏聚力與內(nèi)摩擦角平均值分別為54.1%、1.5、2.6MPa、10.0kPa、7.4°，滲透系數(shù)平均值為2.48E-06cm/s，具有高含水量、高壓縮性、低強度、低滲透性的特點。

為進一步了解平興山區(qū)軟土的特點，將其與廣東省平原軟土進行對比分析，如表2、表3所示，其中廣東省平原軟土物理力學(xué)特性指標(biāo)引用《廣東省公路軟土地基設(shè)計、施工地方規(guī)定研究》課題研究總結(jié)報告[3]。據(jù)表可知：①相對平原軟土，平興山區(qū)軟土的物理力學(xué)指標(biāo)的變異系數(shù)普遍較大，說明山區(qū)軟弱土的性質(zhì)變化較大。②平興山區(qū)軟土的天然狀態(tài)指標(biāo)與平原軟土非常接近；壓縮模量Es1-2為平原軟土1.42倍；直接快剪的黏聚力與內(nèi)摩擦角分別為平原軟土1.43倍、2.47倍；滲透系數(shù)為平原軟土的24.3倍。

4 軟土物理指標(biāo)相關(guān)性分析

巖土的物理力學(xué)指標(biāo)并非相互獨立，各指標(biāo)之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性[4]。通過分析大量的勘察數(shù)據(jù)，可建立各物理力學(xué)指標(biāo)間的地區(qū)經(jīng)驗公式，對實際的工程建設(shè)具有指導(dǎo)性的作用。尤其是在山區(qū)軟基路段勘察條件較差這種情況下，軟基加固設(shè)計中各項重要軟土指標(biāo)更難直接獲取，通過較易獲得的物理力學(xué)指標(biāo)來估算其它指標(biāo)更具有重要意義。

采用平興高速孔隙比e≥1.0的409個軟土樣本的物理力學(xué)指標(biāo)進行相關(guān)性分析，通過回歸分析，物理性指標(biāo)之間相關(guān)系數(shù)≥0.5的結(jié)果如圖1～圖5和表4所示。

由上述圖表可知：①含水率與孔隙比呈線性遞增關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.8109，有良好的相關(guān)性；②含水率與液性指數(shù)總體呈線性遞增關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.5952，有一定的相關(guān)性；③孔隙比與天然密度總體上呈線性遞減關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.6047，有一定的相關(guān)性；④液限與塑限呈線性遞增關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.6872，有較好的相關(guān)性；⑤液限與塑性指數(shù)呈線性遞增關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.6602，有較好的相關(guān)性。

5 軟土力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性分析

壓縮系數(shù)和壓縮模量分別是評價地基土的壓縮性和剛度的重要指標(biāo)，平興高速軟土上述兩個指標(biāo)之間的關(guān)系如圖6所示，壓縮系數(shù)與壓縮模量存在良好的冪數(shù)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.9411，具顯著的相關(guān)性。由于直接快剪凝聚力與摩擦角這兩個力學(xué)指標(biāo)離散性很大，與其它力學(xué)指標(biāo)之間均無明顯相關(guān)性。

6 物理與力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性分析

壓縮系數(shù)是表征土體壓縮性的重要指標(biāo)之一，是軟土加固設(shè)計時的一個非常重要指標(biāo)，該指標(biāo)的獲得一般是通過室內(nèi)壓縮試驗。因室內(nèi)壓縮試驗結(jié)果受影響因素較多，試驗結(jié)果往往離散性較大，因此，建立壓縮系數(shù)與其它物理指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系具有重要的工程實踐意義。與壓縮系數(shù)有一定相關(guān)性的回歸分析結(jié)果見圖7～圖9和表5，據(jù)圖表可知：①壓縮系數(shù)與含水率總體呈線性遞增關(guān)系，但相關(guān)性不明顯，相關(guān)系數(shù)僅為0.3690；②壓縮系數(shù)與天然密度總體呈線性遞減關(guān)系，關(guān)系系數(shù)為0.4981，有一定的相關(guān)性；③壓縮系數(shù)與孔隙比總體呈線性遞增關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.5392，有一定的相關(guān)性。

7 結(jié)語

①相對平原軟土，平興山區(qū)軟土的物理力學(xué)指標(biāo)的變異系數(shù)普遍較大，說明山區(qū)軟弱土的性質(zhì)變化較大。②平興山區(qū)軟土的天然狀態(tài)指標(biāo)與平原軟土非常接近；壓縮模量Es1-2為平原軟土1.42倍；直接快剪的黏聚力與內(nèi)摩擦角分別為平原軟土1.43倍、2.47倍；滲透系數(shù)為平原軟土的24.3倍。③平興山區(qū)軟土的物理指標(biāo)參數(shù)中，含水率與孔隙比、含水率與液性指數(shù)、天然密度與孔隙比、液限與塑限、液限與塑性指數(shù)具有一定的相關(guān)性，其余物理指標(biāo)之間并無明顯的相關(guān)性。④平興山區(qū)軟土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)中，壓縮系數(shù)與壓縮模量存在良好的冪數(shù)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.9411，其它力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之間無明顯的相關(guān)性。⑤平興高速公路軟土的物理與力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之間，壓縮系數(shù)與天然密度、壓縮系數(shù)與孔隙比具有一定的相關(guān)性，其它物理指標(biāo)與力學(xué)指標(biāo)之間并未有明顯的相關(guān)性。

參考文獻：

[1]濟南至廣州國家高速公路平遠(yuǎn)（贛粵界）至興寧段施工圖設(shè)計[Z].

[2]濟南至廣州國家高速公路平遠(yuǎn)（贛粵界）至興寧段詳細(xì)工程地質(zhì)勘查報告[R].

[3]《廣東省公路軟基地基設(shè)計、施工地方規(guī)范研究》總結(jié)報告[R].

[4]劉吉福，高玉峰.廣東軟粘土物理力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性分析[J].路基工程，2013（02）：47-52.