广州软土的力学特性及相关性分析

丁 雷，江永建，陈多才，张先宇

(1.中冶集团 武汉勘察研究院有限公司，武汉 430080;2.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088;3.大庆市绿化工程有限责任公司，黑龙江 大庆 163001)

广州市地处中国大陆南部，珠江三角洲的北缘，西江、北江、东江水道在此汇合，南部濒临中国南海，珠江入海口，毗邻港澳。在长期的河流冲积和海潮的进退作用下，该地区沉积了深厚的软土，软土分布厚度由西北向东南逐渐加大，最大可达40 m左右。广州软土具典型的三角洲软土的特性，因江水与海潮的复杂交替作用，该区的淤泥与薄层砂交错沉积，加之广州地区气候炎热、雨量充沛、植物茂盛、河网纵横，致使广州软土具有独特的工程性质[1-2]。

软土的工程性质同生成环境及外界条件变化关系密切，同一区域因历史变迁相近，软土的工程性质往往表现出一定的规律性[3]。近年广州市区面积扩大并采取“北优、南拓、西联、东进”的总体城市规划思想，大量的大型建设项目如广州地铁、黄埔开发区、京珠高速公路广珠段、南沙开发区等建于广州软土地区，特别是在建的广州南沙地区的淤泥物理力学性质极差。掌握广州软土的成因、分布、物理、力学特性等，对选择最优的地基处理方案，建立实用的设计计算模型，采取合理的施工技术措施，对岩土工程有至关重要的作用。

因此，通过对广州软土形成及其特征的调查，对广州软土的各项物理、力学性质指标进行统计，其成果不仅可以为主管部门及政府决策部门提供有效的参考，而且可以提高工程质量，降低工程造价，使工程真正做到安全、经济、合理;同时还可以通过积累资料，丰富土力学理论，也为完善我国区域性土的研究作出贡献[4-5]。

1 广州软土的形成与分布

广州软土是由大量淤泥、淤泥质土等第四系海相沉积物堆积而成的。目前研究表明，广州软土属于新近沉积软土，沉积时间较短。位于珠江三角洲上部的新三角洲相，由距今六千年以来沉积的第四系物质组成，其厚度分布不均匀，位于三角洲腹地一带的软土厚度可达40 m以上。而珠江三角洲软土形成于晚更新世以来的两次海侵，构成了新、老两套三角洲沉积，其中上层淤泥质土埋藏浅，空间分布大，变异性大[6-7]。因此，广州软土具有典型三角洲软土的特性。

由于广州软土分布广泛，在不同地段，同期沉积的软土层，其沉积层理，组成成分相近，但其沉积厚度、埋藏深度、有机质含量均存在较大的差异。为了更系统地研究广州软土的工程力学特性，本文选取了广州市内京珠高速公路广珠段、广州大学、南沙开发区、黄埔开发区、天河区5个地区的20个工点的软土物理力学指标的试验数据用以分析。

2 广州软土的基本物理力学特性

按照岩土工程勘察规范(GB50021—2001)的方法对软土的物理力学指标进行数理统计。计算的过程中，先提出某些地质单元中缺乏代表性的样品，并采用三倍标准差法提出异常数据，然后再进行统计分析。主要统计出不同区域的软土的基本物理力学性质指标的范围值、平均值、变异系数[8]。统计的样本数为100个，取土深度2～20 m。广州软土的物理力学指标统计结果见表1。

表1 软土的物理力学指标统计

广州软土主要是淤泥、淤泥质黏土或淤泥质粉质黏土，其中淤泥质粉质黏土沿层理面夹有不同厚度的薄层粉细砂，土质均匀性较差，干后呈薄饼状散开。广州软土颜色多为灰色，接近饱和状态，呈软塑～流塑状态，微层理发育，含有贝壳碎片，有腐殖质。结合表1的统计数据可得出该类土具有如下特点:

1)含水率大、孔隙比大

广州软土的天然含水率多为45% ～100%，有的高达109%;天然密度1.56～2.12 g/cm3;液限为34%～67%;塑限20.3% ～49.0%;天然孔隙比1.23～3.01。且天然含水率一般随液限的增大而增大。

2)渗透性弱

广州软土的透水性弱，且其渗透系数k的变化较大，一般 k=(i×10－7～i×10－8)cm/s，这对土体的排水固结很不利。

3)压缩性高

广州软土的压缩系数 a1－2=(1.09～3.12)MPa－1，属于高压缩性土。这也反映了该土的天然孔隙比较大，该地区土多处于欠固结状态，因此，在工程性质上体现为沉降大。

4)抗剪强度低，承载力低

广州软土的固结快剪黏聚力平均值约为20 kPa，内摩擦角为6°～13°。该地区的地基承载力一般为25～125 kPa，统计平均值为65 kPa，说明该地区软土地基强度非常低，须对其进行处理方可达到工程需求。

5)触变性强，结构性强

广州软土的微观结构一般为絮凝状结构，这就导致土体受扰动后会使强度急速降低，甚至呈流动状态[9]。试验结果表明，广州软土的灵敏度一般在2.0～4.9，个别地区高达6～8。

6)有机质含量高

广州软土含有大量的伊利石、高岭石以及蒙脱石等黏土矿物，且这种海积软土有机质含量较高，一般为2%左右，个别地区高达7% ～8%，由于有机质和蒙脱石成分的存在，使得软土的含水量和液限值较高，这也势必导致广州软土具有较强的流变特性[10]，因时间效应带来的工后沉降问题不容忽视。

从表1中还可以看出广州软土的基本物理力学指标变化范围大，变异系数普遍较大，而且不同指标的变异系数差别大。即使在同一区域取土，孔隙比、压缩系数、变形模量和压缩指数的变异性非常大，变异系数最大达0.58。因此，在进行变形计算时，不宜采用平均值，应根据实测指标的变化情况，将场地分块细化，分别取值计算，以提高计算精确度。

3 广州软土的物理力学性质指标的相关性

3.1 物理力学指标之间的相关性

广州软土的物理力学指标间相关性统计如表2和图 1 所示。其中 e—ω、e—ρ、ω—ρ、ωP—ωL相关性较好，而ωL—ω、ωP—ω较差。这也说明对于广州软土来说，只要取样测定ω或ρ，一般可以利用表2中的经验公式换算出全部的物理三相指标。

表2 各物理性质指标间的相关性

天然密度、孔隙比、含水率、液塑限是反映软土物理性质的重要指标[11]，由于广州软土的颗粒成分十分相近，颗粒相对密度Gs变化较小，天然孔隙比与天然含水率之间存在很好的线性关系，可用下式表示

其拟合的相关系数达0.899，说明e与ω具有较好的相关性，根据式(1)，利用孔隙比与含水率之间的线性相关性推算初始孔隙比，提高测量精度，减少试验成本，科学地为固结沉降提供设计参数。

3.2 变形指标与物理力学指标之间的相关性

对广州软土的变形指标与物理性质指标进行回归分析后，得到的回归方程及其相关系数见表2，相关关系见图1。

分析可知，广州软土的Cc不仅与e和ω有很好的线性关系，而且还与ρ有着良好的相关性，但与ωL不存在线性关系。此外，a1－2—e、a1－2—ω 之间同样有较好的相关性。

很多的研究也表明，软土物理力学指标都具有一定的相关性，但是各区域的回归方程在数值上还是有一定的差别。

4 结论

图1 软土的物理力学指标相关统计

1)广州软土的主要工程特性概括为“四高二低”，即天然含水率高、孔隙比高、压缩性高、灵敏度高，渗透性低、抗剪强度低。具有较差的工程地质特性，在软基处理中需要注意其结构性、沉降大、蠕变性强所带来的不利影响。

2)广州软土的孔隙比、压缩系数、变形模量以及压缩指数的变异系数较大，进行工程计算时应根据指标的变化情况，将场地分块细化，分别取值计算，以提高计算精度。

3)e—ω、e—ρ、ω—ρ、ωP—ωL有很好的相关性，而ω，ωP与 ωL不存在相关性。Cc与 e，ω，ρ，a1－2与 e，ω有很好的线性关系，但与ωL不存在相关性。

4)对某一具体工程，建议根据有关经验确定软土的变形参数。即将试验得到的变形参数与估算的变形参数进行比较，剔除与估算参数相差较大的试验参数值，将余下的数值取平均作为所需要的变形参数。

5)本文仅是进行了物理性质指标间以及与变形指标间的相关性研究。至于与抗剪强度指标的相关性是下一步需要深入研究的重点。

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