广州南沙地区软土抗剪强度指标与物理指标的相关性分析研究

【摘要】基于广州南沙地区多个工程项目的岩土工程勘察资料，评价了南沙地区软土的工程性质；通过多元回归分析，建立了内摩擦角与含水量、孔隙比及粘聚力与含水量、塑性指数之间的回归方程;通过相关性分析研究，掌握了抗剪强度指标与相关物理指标的关系。研究的结果为该地区软土工程的取值提供了一定的依据，具有一定的理论和实际意义。

关键词：南沙地区软土 抗剪强度指标物理指标相关性分析研究

Abstract: The data of geotechnical investigation of multiple projects in Guangzhou Nansha area based on the evaluation, engineering properties of the soft soil in Nansha area; through multiple regression analysis, established the regression between the internal friction angle and water content, void ratio and cohesion and water content, plasticity index; through the analysis of correlation, master the relationship between shear strength and the relevant physical indicators. To provide a certain basis research results for the value of soft soil engineering in the region, has a certain theoretical and practical significance.

Key words: soft soil in Nansha area; shear strength; physical parameters; analysis of correlation

中图分类号：TU447 文献标识码：A 文章编号：

1概述

广州南沙作为我国首批对外开放的东南沿海重要港口城市和珠江三角洲经济中心，是国务院批准设立的首批国家级经济技术开发区，也是广州市改革开放的窗口。按照《珠江三角洲改革发展规划纲要》，南沙地区将发展为集物流产业、邻港产业及高新技术产业为一体的现代产业基地。南沙是我国软土分布较为广泛的地区之一，是我国三角洲相软土的典型代表，具有孔隙比大、含水量高、工程性质变化范围大的特征。然而对该地区软土工程特性的研究工作起步较晚，原始数据采集难度大且许多研究工作仅针对某个具体工程开展，对整个区域内软土物理力学指标缺乏系统的研究，特别是对于工程建设中常用的抗剪强度指标研究不够，对其影响的主控因素和相互关系尚有待进一步研究，致使在实际工程中经常因处理方法未能针对其特点而效果不佳。

本文正是基于这种背景，结合多个广州南沙地区岩土工程勘察资料，在明确该地区软土类型和各类软土物理力学参数相关性的基础上，重点研究软土抗剪强度指标与其物理指标的相关性分析。从而在减少勘察费用、缩短工期的情况下对区域内软土的抗剪强度指标有较全面的了解，具有一定的理论意义和实际应用价值。

2、广州南沙地区软土的基本特征

广州南沙地区位于珠江出海口虎门水道西岸，是西江、北江、东江三江汇集之处，属河流冲积物覆盖海相层的二元相结构，为珠江三角洲冲积平原地貌，属珠江I级阶地，地势开阔低平，水网密布，湖塘众多，入海口地区大多为围垦填地。南沙地区软土主要包括淤泥及淤泥质粉质粘土，由于土的类型不同，其相应的物理力学性质也有所不同，因此，在软土物理力学性质指标的统计分析中，要对以上两种类型的软土分别进行分析。

该地区软土属于海陆交互相沉积和河流相冲积，厚度可达30m，属典型的软弱地基。南沙地区软土性质特点如下：

1）含水量高：一般大于40%，统计平均范围值为60～70%，部分区域高达95%； 2）天然孔隙比大：天然孔隙比平均范围值为1.23～1.62； 3）压缩性高：压缩系数大，压缩模量小，多处于欠固结状态，在工程性质表现为沉降量大；4) 抗剪强度低：粘聚力平均范围值为4.0～8.0kPa，内摩擦角平均范围为5.0～9.0度； 5）固结系数小:固结系数平均范围值为0.90～1.50×10-3cm2/s； 6）结构性强：触变灵敏度St=1.5～4.3，局部高达6.0～8.0，远高于其它地区；7）承载力低：地基承载力特征值一般为40～80kPa，不进行地基加固则很难满足工程建设需要。

3、抗剪强度指标与物理指标间的相关性分析

由于软土易扰动，且存在流塑性，需要采用较多数量的原状土样，进行重复的土工试验，以确定土性参数，这将需要大量的工程费用。运用数理统计方法中的回归分析对各指标的相关性进行分析，可获得各指标间的规律性关系，通过较易取得的物理指标反演较难得到的力学性质指标，也可以作为检验室内试验指标的参考依据，为工程设计服务。

大量的试验数据，通过相关性分析，能揭示指标之间的内在联系。为了比较全面的研究南沙地区软土抗剪强度指标与物理指标间的相互关系，采用多元线性回归方法，建立它们之间的回归方程和相关系数。

3.1 多元线性回归方法[1]

假设变量y与另外P个变量的联系是线性的，它的第a试验数据是：

那么这一组数据可以假设有如下的结构式：

式中是+1个待估计参数；是个可以精确测量或可控制的一般变量；是个相互独立且服从同一正态分布的随机变量，采用最小二乘法来估计参数β。

设分别是参数的最小二乘估计，则回归方程为：

3.2 软土抗剪强度主要影响因素

软土的物理性质指标容易测出，而强度指标相对较难，试验过程较复杂，试验周期较长，人为误差较大，若能建立强度指标与物理指标间的相关关系，则对实际工作有较强的参考价值。影响土体抗剪强度的因素很多，土的抗剪强度及影响因素的关系可以定性地用以下公式表示：

式中e为孔隙比；C为土的组成；H为应力历史；T为温度，ε和ε′分别为应变和应变率；S为土的结构；c和φ分别粘聚力和内摩擦角。而且各因素之间存在着内在的联系，特别是力学指标粘聚力c和内摩擦角φ，是软土工程设计中考虑最多的指标，它们往往受到多个指标的影响。要想得到与实际较为相符的结果，必须同时考虑多个因素对其的影响，分析其与多个物理性质指标间的关系。

本文主要探讨内摩擦角φ与天然含水量w、孔隙比e及粘聚力c与天然含水量w、塑性指数Ip之间的内在联系，并着重分析天然含水量w、孔隙比e、塑性指数Ip对内摩擦角φ和粘聚力c的影响范围及原因。

3.3 抗剪强度指标（c、φ）与物理指标（w、e、Ip）的相关性分析研究

通过SPSS统计软件，采用多元线性分析方法，进行多元统计分析，针对南沙地区淤泥、淤泥质粉质粘土得出回归检验表，如表1 所示。