海相淤泥土性指标的相关性分析

根据成因学的基本原理，可以把某一特定地质时代相同沉积环境下形成的、工程性质上存在一定联系且特性相近的土体划分为一个工程地质单元。相同地质单元土体土性指标之间相互关联，存在相关性。正确辨别和度量土体土性指标之间的关系，合理确定这些相关性，得到土性指标之间的经验回归方程，在实际工程中能较好地解决存在的小样本问题。目前，对于海相淤泥软基处理设计参数的选取，通常是设计人员根据经验，在离散的数据中选取平均值作为代表值。这种平均值并不是统计意义上的算术平均值，掺杂了技术人员在工程立场上的推断，并不科学合理。由于高含水率海相淤泥取样困难，费用昂贵，而且土样扰动直接影响土工试验土性指标测试的精度，因此通常通过一些简单的常规试验（如含水率试验）测定一些物理性质指标，再利用物理力学性质指标之间的相关性经验关系，推算一些较难确定的力学指标。对于海相淤泥土性指标相关性的研究，国内学者做了大量的研究，得到了一些经验回归关系：张长生对深圳地区软黏土的力学指标与物理性质指标进行了回归分析，得到了深圳软黏土的Cc及a12与e0、w0的线性回归方程，相关系数在077以上；夏银飞等得到了珠江三角洲软土Es12及a12与e0、w0的指数回归方程，相关系数在075以上。
　　本文通过收集深圳前湾填海造陆某吹填场地的大量勘察资料，收集该地区近300组海相淤泥的物理力学参数指标，对该地区吹填淤泥及原状淤泥物理力学性质指标之间的相关性进行回归分析，建立经验相关关系，以便为海相淤泥软基处理工程土性设计参数指标的合理选取提供技术支持。
1吹填淤泥物理性质指标之间的相关性
　　把淤泥天然孔隙比e0与含水率w0作为自变量，本文利用线性回归和非线性回归方法对各物理力学性质指标进行相关性分析，选择式（1）、（2）、（3）作为回归方程型式：
　　Y=AX+B（1）
　　Y=AX（2）
　　Y =AXB（3）
　　根据功能规划，将该吹填场地划分为6个区。对6个区软基处理前吹填淤泥物理性质指标进行统计分析，各指标相关关系见图1至图6，统计结果汇总见表1。由表可见：（1）含水率w0与孔隙比e0有较好的线性关系，并且它们都与干密度ρd、天然密度ρ有很好的幂指数关系，相关系数超过083，即随着含水率w0与孔隙比e0的增大，干密度ρd与天然密度ρ减小。（2）虽然随着含水率w0、孔隙比e0的增大，液限wL、塑限wp、塑性指数Ip等也相应增大，但是由于不同层位吹填淤泥的含水率w0与孔隙比e0受外界影响，它们与液性指数间相关系数分别为06038、05296，相关性较差。（3）液限wL与塑限wp之间表现出很好的线性正相关性，相关系数接近于1。
　　图1e0与w0的相关关系
　　Fig.1Correlation between e0 and w0
　　图2ρ与w0的相关关系
　　Fig.2Correlation between ρ and w0
　　图3ρd与w0的相关关系
　　Fig.3Correlation between ρd and w0
　　图4ρ与e0的相关关系
　　Fig.4Correlation between ρ and w0
　　图5ρd与e0的相关关系
　　Fig.5Correlation between ρd and e0
　　图6wp与wL的相关关系
　　Fig.6Correlation between wp and wL
　　综上可知，根据表1各回归方程，可以利用含水率w0或孔隙比e0来估算其它一些土性指标，达到提高试验精度、节约试验成本的目的。另外，在表征吹填淤泥物理性质指标的8个参数中，只要知道液限wL或塑限wP，以及液性指数IL、塑性指数IP、孔隙比e0、含水率w0、天然密度ρ、干密度ρd6个指标中其中1个指标，共2个参数指标，就可以根据经验回归关系较准确估算其他物理性质指标。
　　2海相淤泥力学性质指标与物理性质指标之间的相关性
　　吹填淤泥具有与比原状淤泥高含水率、高孔隙比、高液性指数等显著特点。这些物理性质指标的不同致使吹填淤泥压缩系数av12、压缩指数Cc、压缩模量Es12等力学性质指标，不同于原状淤泥。
　　在深圳前湾填海造陆某吹填场地，吹填淤泥下伏的原状淤泥的物理性质指标与力学性质指标的相关关系见图7至图10。
　　图7av12与w0的相关关系
　　Fig.7Correlation between av12 and w0
　　分析结果见表2。由表可见，原状淤泥含水率和孔隙比与压缩系数、压缩模量及压缩指数间呈现很好的线性相关性，相关系数都超过065。因此当土体含水率、孔隙比较大，难以取样进行固结试验时，可以应用此经验回归关系来估算力学性质指标，为淤泥软基处理设计提供参数。根据此关系得到研究区的吹填淤泥力学指标见表3，可以看出，由原状淤泥含水率、孔隙比与其力学性质指标经验回归关系估算的吹填淤泥压缩系数、压缩模量及压缩指数十分接近。估算结果还显示：吹填淤泥的压缩系数av12平均值为原状淤泥的16～17倍，压缩模量Es12为原状淤泥的06～065倍 ，压缩指数Cc为原状淤泥的13～15倍。
　　图8Es12与w0的相关关系
　　Fig.8Correlation between Es12 and w0
　　图9av12与e0的相关关系
　　Fig.9Correlation between av12 and e0
　　图10Es12与e0的相关关系
　　Fig.10Correlation between Es12 and e0
　　3结论
　　利用深圳前湾某填海造陆吹填场地软基处理前吹填淤泥与原状淤泥的物理力学性质指标，采用数理统计回归方法，对吹填淤泥及原状淤泥的力学性质、物理性质指标之间的相关性进行分析，得到如下结论。
　　（1）吹填淤泥8个物理性质指标，只要知道液限或塑限其中一个以及液性指数、塑性指数、孔隙比、含水率、天然密度、干密度6个指标其中一个，就可以根据表1中的经验回归关系估算其他物理性质指标。
　　分布区间 1.1～3.6 1.8～5.2 1.5～5.1 1.0～2.5 0.2～1.8 0.2～1.9 0.5～0.8 0.6～1.2 0.6～1.1
　　平均值 2.0 3.4 3.3 1.7 1.0 1.1 0.6 0.9 0.8
　　样本容量 195 144 149 195 144 149 195 144 149
　　（2）利用原状淤泥力学性质指标与含水率及孔隙比之间的经验回归关系，可以估算吹填淤泥的压缩系数、压缩模量、压缩指数Cc平均值为08～09，分别为原状淤泥的16～17倍、06～065倍、13～15倍。
　　参考文献（References）：
　　阮波，冷伍明.粘性土物理力学指标的统计分析.大坝观测与土工测试，1998，22（1）：57.（RUAN Bo，LENG tical Analysis of Clay Observation and Geotechnical Tests，1998，22（1）：57.（in Chinese））本文由第一论文网摘自《南水北调与水利科技》2014年第2期，版权归原作者和期刊所有。