（岩土工程专业论文）四川省软弱地基物理力学参数及相关性的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 捅要 四川省境内低山、丘陵间沟谷地貌部位广泛分布有第四系的低液限粘土、粉土， 部分为高液限粘土，与其它地方的软土相比，孔隙比、抗剪强度等参数一般达不到软 土指标，其物理力学性质般略强于公路软土地基路堤设计与施工技术规范 j t j 0 1 7 9 6 中“软土 。四川省内有多条高速公路如成绵路、内江路等都通过软弱地基 区域，但自我省第一条高速公路建设开始，就对四川省软弱地基的勘探和处治方法进 行了研究，而对四川软弱地基设计参数系统研究和经验式总结非常缺乏。鉴于上述原 因，论文结合四川省交通厅“四川盆地软弱地基特性及勘察处治关键技术”这课题对 四川省内的软弱地基参数进行研究。 论文主要工作如下： ( 1 ) 大量阅读国内外关于软土方面的文献资料，收集了广南、乐宜、成雅等1 1 条高速公路相关资料。依据公路工程地质分区原则，结合四川境内地形地貌、地质年 代、基岩特性对四川省内软弱地基成因的主要影响，对四川境内软弱地基进行合理分 区，最后编制出四川境内软弱地基工程地质分区图。 ( 2 ) 采用g r u b b s 法则对四川境内软弱地基实际勘察试验异常数据进行剔除，然 后对各区域的物理力学指标之间如w p s 、c v p s 、c r p s 等做出了散点图分析，最后得 出了相应的软弱地基设计参数范围值，对实际设计施工建设具有一定的参考和指导意 义。 ( 3 ) 运用o r i g i n 软件对四川软弱地基分布的高速公路实际勘察数据进行回归分析， 本文依据数理统计方法中的一元回归分析原理，并采用多种曲线拟合。据c v p s 、c 广p s 等物理力学指标建立了相应的回归方程公式，根据相关系数r 值表明：各物理力学指 标之间相关性显著，而且误差在可控范围内，验证了本文所提出的软弱地基系统分区 具有一定的可行性。 ( 4 ) 由于影响某个物理力学指标的因素不止一个，而且各因素之间存在内在的联 系，最后本文采用e v i e w s 软件对i i l 3 区域的物理力学指标c v p s p ；e s p s p 之间的相关 关系进行二元回归分析，得到了四川省内软弱地基经验式，它不但为工程设计提供服 务，还可以作为检验室内试验指标的参考依据。 关键词：软弱地基；回归分析；四j 西南交通大学硕士研究生学位论文第f f 页 曼曼曼鼍皇暑皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼蔓曼曼曼曼鼍曼鼍曼鼍曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼皇曼皇曼鼍曼i i i mm ：m ：m 曼曼鼍曼鼍曼曼曼曼曼曼皇曼皇曼曼曼舅皇曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼 a bs t r a c t q u a t e r n a r ys l o p eo fl o wl i q u i dl i m i to fc l a y , s i l ta n ds o m eh i g hl i q u i dl i m i tc l a ya r e w i d e l yd i s t r i b u t e di nl o wm o u n t a i n sa n dh i l l ya r e ab e t w e e nt h ev a l l e yl a n d f o r m si ns i c h u a n p r o v i n c e c o m p a r e dw i t ht h er e s to ft h es o f ts o i l ，i t sv o i dr a t i o ，s h e a rs t r e n g t ha n do t h e r p a r a m e t e r sa r eg e n e r a l l yb e y o n dt h er e a c ho fs o f ts o i li n d e x b u ti t sp h y s i c a l - m e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa r es l i g h t l ys t r o n g e rt h a nt h es o f ts o i li n ”t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n sf o rd e s i g na n d c o n s t r u c t i o no fh i g h w a ye m b a n k m e n to ns o f tg r o u n d ”j t j 017 9 6 s e v e r a lh i g h w a y si n s i c h u a np r o v i n c e ，s u c ha sc h e n g m i a nr o a d ，n e i j i a n gr o a da n ds oo ng ot h r o u g ht h es o f t g r o u n dr e g i o n s i n c et h ef i r s ts e l f - p r o v i n c i a lh i g h w a yc o n s t r u c t i o nb e g a n ，b u tf o rt h e e x p l o r a t i o na n dt r e a t m e n tm e t h o di ss t u d i e d ，t h el a c ko fd e s i g np a r a m e t e r sa b o u ts i c h u a n s o f tg r o u n da n dd i s p o s a lt e c h n o l o g ys t u d i e da n ds u m m a r i z e d f o rt h e s er e a s o n s ，w ec o m b i n e w i t hs i c h u a np r o v i n c i a lc o m m u n i c a t i o n sd e p a r t m e n t si s s u e ，”t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n d e x p l o r a t i o nt r e a t m e n tk e yt e c h n i c a lo fs i c h u a ns o f tg r o u n d ”，a n ds t u d ys i c h u a ns o f tg r o u n d i n d e x i nt h i sp a p e r ，m a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) b yr e a d i n gal o to fd o m e s t i ca n df o r e i g nl i t e r a t u r ea b o u tt h es o f ta s p e c t s ，w e c o l l e c t e dt h ei n f o r m a t i o nr e l a t e dq u a n gn a m ，l ey i ，c h e n gy as u c ha sh i g h w a y11 b a s e d o nt h ep r i n c i p l eo fh i g h w a ye n g i n e e r i n gg e o l o g yd i v i s i o n ，c o m b i n e dw i t l lt h em a i n i n f l u e n c eo fs o f tg r o u n da sf o l l o w s ：t h et o p o g r a p h y ，g e o l o g i c a la g e ，r o c kc h a r a c t e r i s t i c so n t h et e r r i t o r yo fs i c h u a n ，w ep r o c e e dt h er e a s o n a b l es o f tp a r t i t i o n ，a n dt h ef i n a lp r e p a r a t i o no f t h es o f tg r o u n di ns i c h u a np r o v i n c ee n g i n e e r i n gg e o l o g yd i v i s i o nm a p ( 2 ) a p p l y i n gg m b b sr u l e t ot h et e r r i t o r yo fs i c h u a n ，t h ea c t u a l m o n i t o r i n gt e s t a b n o r m a ls o f td a t aa r er e m o v e d ，t h e nt h ep h y s i c a lm e c h a n i c so ft h er e g i o n a li n d e x e ss u c ha s w - p s ，c v - p s ，c r - p sa n ds o o i la r em a d eas c a t t e rp l o ta n a l y s i s ，t h ef i n a lo b t a i n e dt h e c o r r e s p o n d i n gr a n g eo fv a l u e so fs o f tf o u n d a t i o nd e s i g np a r a m e t e r s ，d e s i g na n dc o n s t r u c t i o n o ft h ea c t u a lc o n s t r u c t i o no far e f e r e n c ea n dg u i d e ( 3 ) a p p l y i n go r i g i ns o f t w a r et od or e g r e s s i o na n a l y s i s 谢mt h ep r a c t i c em o n i t o r i n g d a t a , w h i c ht h eh i g h w a y sd i s t r i b u t e ds i c h u a ns o f tg r o u n d b a s i n go nar e g r e s s i o na n a l y s i s p r i n c i p l ei nm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s ，w ea d o p tav a r i e t yo f c u r v ef i t t i n g s a c c o r d i n gt oc v p s ，c r - p sa n do t h e rp h y s i c a la n dm e c h a n i c a li n d e x e s ，w eb u i l d c o r r e s p o n d i n gr e g r e s s i o ne q u a t i o n a c c o r d i n gt ot h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tr v a l u ei n d i c a t e s t h a t ：t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a li n d e x e ss i g n i f i c a n t l y ，a n dt h ee r r o r i sc o n t r o l l e dw i t h i nt h es c o p e t h es o f tf o u n d a t i o ns y s t e mp a r t i t i o ni nt h i sp a p e ri sc e r t a i n l y 一 西南交通大学硕士研究生学位论文 第l | i 页 f e a s i b l e ，a n di ti sv e r i f i e d ( 4 ) d u et om a n yf a c t o r so ft h ei n f l u e n c eo fp h y s i c a la n dm e c h a n i c a li n d i c a t o r s a n d t h e r eh a v ei n t e r n a lr e l a t i o n sb e t w e e nt h e m ，t h ep a p e rf i n a l l ya d o p t se v i e w ss o f t w a r et od o m u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i v ea n a l y s i sa b o u tt h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a li n d e x e sc v p s p ： e s p s - po ft h er e g i o n1 1 1 3 w eg e te m p i r i c a le q u a t i o nw i t h i nt h es o f tg r o u n d i ns i c h u a n ni s n o to n l yf o rs e r v i c i n gt h ed e s i g no fe n g i n e e r i n g ，b u ta l s ow o r k i n ga sr e f e r e n c ef o r i n s p e c t i n g i n d i c a t o r so f l a b o r a t o r ye x p e r i m e n t k e y w o r d s ：s o f tg r o u n d ；r e g r e s s i o na n a l y s i s ：s i c h u a n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密d 使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：彩蚜 日期：加9 年彦月易日 舯棚签名：l 繇 日期：力珈年乡月乡日 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1 大量阅读国内外关于软土方面的文献资料，收集了广南、乐宜、成雅等1 1 条 高速公路相关资料。依据公路工程地质分区原则，结合四川境内地形地貌、地质年代、 基岩特性对四川境内软弱地基成因的主要影响，对四川境内软弱地基进行合理分区， 最后编制出四川i 境内软弱地基工程地质分区图。 2 采用g r u b b s 法则对四川境内软弱地基实际勘察试验异常数据进行剔除，然后 对各区域的物理力学指标之间如w p s 、c v p s 、c 广p s 等做出了散点图分析，最后得出 了相应的软弱地基设计参数范围值，对实际设计施工建设具有一定的参考和指导意义。 3 运用o r i g i n 软件对四川软弱地基分布的高速公路实际勘察数据进行回归分析， 本文依据数理统计方法中的一元回归分析原理，并采用多种曲线拟合。据c p s 、e p s 等物理力学指标建立了相应的回归方程公式，根据相关系数r 值表明：各物理力学指 标之间相关性显著，而且误差在可控范围内，验证了本文所提出的软弱地基系统分区 具有一定的可行性。 4 由于影响某个物理力学指标的因素不止一个，而且各因素之间存在内在的联系， 最后本文采用e v i e w s 软件对i i l 3 区域的物理力学指标c v p s p ；e s p s p 之间的相关关系 进行二元回归分析，得到了四川省软弱地基物理力学参数经验式，它不但为工程设计 提供服务，还可以作为检验室内试验指标的参考依据。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表 或撰写过的研究成果。对本人的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的 说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：七甥 n 日期：加肜年多月6 日 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 四川省内低山、丘陵间沟谷地貌部位广泛分布有第四系低液限粘土、粉土，部分 为高液限粘土，厚度4 1 5 米，其物理力学性质一般略强于公路软土地基路堤设计与 施工技术规范j t j 0 1 7 - - 9 6 中“软土 。当公路以较高路堤通过时，因土体抗剪强度低、 压缩性大、固结沉降时间长，往往会导致路堤剪滑失稳或形成过大工后沉降与不均匀 沉降，危及路基安全。根据该类土体工程特性及对路基工程影响，通常称为“软弱地 基”。 从四川省第一条高速公路成渝高速公路开始，盆地内修建的成绵路、内宜路、 隆纳路、成雅路、成南路等高速公路均存在大量软弱地基问题。在建的乐宜路、广巴 路，拟建的内遂路、广南路、绵遂路等高速公路均有大量软弱地基分布。 己建、在建和拟建的高速公路，都为处治软弱地基花了大量的投资。有些软弱地 基路段由于未作处理，或处理方案与施工进度要求的不协调，出现了路堤滑动，如： 成渝高速公路永川附近的一段路堤，造成路堤滑坡，采用抗滑桩处理；成雅路k 4 7 软 弱地基采用插塑料排水板处理后，由于路基填筑速度过快和排水不畅，路堤滑动，并 引起涵洞破坏，不得不拆除重建；成南路k 1 7 9 及k 1 8 0 两软弱地基段，路堤滑动，采 用碎石桩加反压护道处治后重新填筑。由于四川盆地软弱地基段的土层厚度变化大， 路基不均匀沉降很普遍，多条高速公路都存在局部路段因路堤不均匀沉降而导致路面 早期破坏，引起大量的路面维修。由些可见，软弱地基是我省盆地内高速公路建设应 充分重视的岩土工程问题之一。 自我省第一条高速公路建设开始，工程技术人员便对软弱地基工程特性进行了探 索认识，如：开发模拟砂井的水平向渗透试验；选择软弱地基典型试验路段进行长期 勘察研究；软弱地基塑料排水板加速固结试验研究；低强度砼桩复合地基的施工工艺 试验及承载力检测试验研究；点夯筑处治中浅软弱地基试验研究等。在此基础上，逐 步积累了一套结合静探、十字板原位测试，选取典型工点进行专项试验的软弱地基勘 察试验方法，同时也积累了大量的软弱地基处治实用方法。 然而，从目前来看，对盆地内区域性软弱地基所做的科研工作尚显局部和片面， 只是对每一条路所跨越的软弱地基进行分析和研究并得到处治方法，但是缺乏系统性 和完整性。在各高速公路建设中，大量的专项试验和现场勘察数据提供了四川盆地内 不同地域的软弱地基物理、力学及水理资料，由于缺乏系统整理分析，导致未能从区 域性岩土高度形成宏观认识，也限制了既有资料的充分应用，造成大量资料的闲置和 浪费。岩土专项试验尽管能获取详尽的相关参数，但明显具有专项试验周期长、工作 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 蔓鼍i i 一一i 一 - - - 一i m 。 i m 蔓曼曼皇! 曼曼曼曼曼 量大、难以满足设计周期要求等缺点。软弱地基的处治方法大多借鉴东部沿海软土处 治技术，通过改进而应用。目前，对各种处治方法的系统性总结、研究尚不充分，设 计、施工人员在应用中往往具有一定的盲目性和随意性。由于缺乏对软弱地基设计参 数与处治技术的系统研究和总结，省外专家评审时，往往按软土指标和经验提出大量 与现状不符的审查意见，使设计单位和技术人员无所适从。由此可见，对四川盆地内 软弱地基设计参数与处治技术进行系统研究和总结是十分必要的。 鉴于上述原因，本文结合四j l i 省交通厅公路规划勘察设计院“四川省软弱地基特 性及勘察处治关键技术 课题，在对四川境内软弱地基成因进行研究的分析基础上， 编制软弱地基工程地质分区图，研究确定各分区的软弱地基设计参数范围值；采用数 理统计软件对四川i 境内软弱地基的物理力学指标进行一元回归分析和二元回归分析， 为软弱地基设计提供相应的经验公式，因此论文具有一定理论意义和实用价值。 1 2 四川省软弱地基特点 从路基线状工程来讲，四川省境内软弱地基具有如下工程特性： 1 、土体多呈饱和状态，具有密度低、含水量高、强度低、压缩量大的特点。虽然 孔隙比、抗剪强度等参数一般达不到软土指标，但在路堤加载作用下，仍易发生路堤 失稳的施工安全事故。此外，过大的工后沉降直接影响公路美观、行车安全及舒适感。 2 、盆地中鸡爪地形普遍，软弱地基呈沟谷型，具有分布不连续、路段多、横沟谷 向厚度变化大的特点。当路线横穿沟谷时，软弱土层在沟两侧厚度由0 米到沟心附近 达到最大值( 多为7 1 5 米) ，仅在几十米至一、二百米范围内厚度迅速变化( 参见图 1 1 ) 。由于短距离内软弱地基厚度变化很大，引起的不均匀沉降明显，易直接反应至 路面，引起路面凹陷甚至开裂破坏。 ( h 代表软弱土层厚度) 图1 1 软弱土层在沟谷横剖面上的厚度变化示意 3 、盆地中软弱土层具有典型的成层性和不均匀性。软弱地基通常以坡积为主，部 分为洪积或残积。由于沉积成因的不同，在总体具有规律性的基础上，表现出明显的 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 曼_ i ii。h i i ii i 皇曼曼曼曼曼曼 不均匀性和差异性。土质以低液限粘土为主，局部为高液限粘土或粉砂土。土颗粒的 粗细与附近母岩有关，附近基岩为泥岩者，软弱土层多为中高液限粘土；附近为砂岩 者则粉土较多且有细砂夹层；有些地区软弱土层中往往夹有木炭、灰烬和植物碎屑。 1 3 软弱地基的发展及研究现状 1 3 1 软弱地基的发展及国外研究现状 软土指天然含水量大、压缩性高、承载力低和具有灵敏结构性的一种软塑到流塑 状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土以及其它高压缩性饱和粘性土、粉土等。通常我们 则认为抗剪强度低、压缩性高、透水性差以及在动力荷载作用下容易液化的地基属于 软土地基，软土是近代在滨海、湖泊、沼泽及河湾等地区海相、湖相沉积形成的一种特 殊土体，普遍具有含水量高、压缩性大、强度低、渗透性差、灵敏度高以及流变性显 著等特点。国外的加拿大、美北部( 芝加哥和波士顿) 、北欧诸国( 除丹麦外) 、墨西哥城、 新加坡、泰国曼谷、英国伦敦、世界主要河流( 如尼罗河、密西西比河、荷兰鹿特丹附 近的莱茵河、德国汉堡附近的易北河、前苏联列勒附近的涅瓦河、伊拉克的幼发拉底 河和底格里斯河、加尔各答的恒河) 的三角洲都沉积有深厚的软土【2 j 。 随着软土地基加固和开挖技术等相关问题的迅速发展，饱和软土的物理力学特性 的研究也受到极大的重视。岩土工程文献中有关指标特性与设计参数的相关性有很多 3 - s ，一些研究者已建立了许多关于土的压缩系数与土物理指标的相关关系。这些物理 指标包括液限、天然含水量、初始孔隙比、塑性指数和液限时的孔隙比等，其中，较 早给出类似关系的是s k e p m p t o n 建立的压缩指数与液限之间的关系式，可供工程应用 参考。s r i d h a r a n 等研究了压缩指数与一些物理参数的关系，指出压缩系数与土的塑性 指数、液限均有密切的相关关系。其中，与压缩指数的关系最好，而与塑性指数的关 系次之。其后很多国家都进行过这些内容的研究，如日本，针对大阪冲积粘土、石狩 粘土、名古屋粘土提出了各自类似于s k e p m p t o n 的公式。 4 0 5 0 年代，人们对重塑黏土的特性进行了比较透彻的研究，尤其是英国学者在这 方面取得了突出的成果，并最终导致剑桥模型的建立1 67 1 。几十年来，有重塑黏土研究 中形成的一系列概念广为流传，以至在许多人的心目中似乎这些就代表了黏土的全部。 从6 0 年代开始，少数学者研究了天然软土的特性，发现了许多新的现象【8 j 。但是这些 研究成果始终没有被写入教科书中，以至于一般的岩土工程师对此很少了解，甚至不 少著名的土工专家也对此认识模糊。比如许多人认为，天然软土中存在超固结现象， 为解释这一现象，著名的挪威学者b j e i t u r n 还发表了一张广为流传的长期压缩变形副9 j ； 还有就是重塑土的应力应变和孔隙比曲线所具有的归一化特性不能盲目用于天然软土。 有的作者通过少量实验得到天然软土的应力应变和孔隙压力曲线也可以归一化的结论 【1 0 】；1 9 9 0 年英国学者b u r l a n d 作了一个r a n k i n e 讲座【1 1 】，总结了西方在天然黏土方面 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 的研究成果。 在长期的实践和研究中人们虽己经取得了一些共识，认为软土的主要特性为：含水 量高达4 0 5 0 ，大于液限，孔隙比大于1 o ，塑性指数2 0 左右，强度c u = l o 3 0 k p a ， 压缩系数a = o 5 1 o m p a ，固结系数为1 0 弓一1 0 4 c m 2 s ，敏度系数4 8 。该类土压缩沉降 量大，排水固结慢，地基稳定性差。但是，人们在工程实际中发现，同样可归类为软 土，在不同地区或在同一地区的不同路段，所表现出来的工程特性有很大的不同。 目前从国内外现有资料来看，道路软弱地基处理的研究已经达到相当的水平和规 模。结合当前道路软弱地基处理研究的现状，应重点加强道路软弱地基特性研究，以 满足不同地区工程建设的需要。 1 3 2 软弱地基在我国的发展 上世纪9 0 年代以来，我国高速公路发展迅速，每年新建高速公路2 0 0 0 公里左右， 到2 0 0 2 年底己建成高速公路总里程2 2 5 0 0 多公里，超过加拿大稳居世界第二位。我国 许多省市的公路地基中大量存在着淤泥、淤泥质粘土、淤泥混砂层。这些地基大多压 缩性高，沉降量大，排水固结稳定性差。在其上修建高速公路，若不经过处理或处理 不当，会引起道路质量的降低甚至破坏。随着高速公路的修建，软土问题越来越突出， 已成为影响工程质量，工程周期和工程造价的关键因素之一。因此，加强高速公路软 弱地基特性研究，已经成为影响我国交通事业的发展的一个非常重要课题。 我国软土分布也十分广泛，在滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围、山间谷地均 有分布，沿海地带，从北至南软土地区主要有渤海湾、津塘地区( 如秦皇岛、天津和塘 沽) 、连云港、长江三角洲地区( 如南京、上海、杭州、宁波) 、温州、福州、厦门、珠 江三角洲区域( 如广州、深圳和湛江) 等城市，内地则有武汉和昆明、四川等城市，其厚 度变化比较大，大约几米一几十米。我国经济发达城市大多位于沿海以及长江流域一带软 土地区，随着这些城市基础设施建设的快速发展，都会遇到诸如轨道交通、机场、码 头、高速公路、高层建筑深基坑、市政工程等大量的软土地基工程问题。地基变形和 稳定是软土地基处理要解决好的两个主要问题，而了解和掌握软土的工程特性是研究、 解决这两大问题的基础。由于在成因类型、物质构成等方面有所不同，软土工程特性 具有区域性特点对各类地区性土的工程性状开展深入系统的研究是岩土工程的热点， 具有重要的理论意义和工程实用价值理论来源于实践同时又可以更好地指导工程实践 我国软土分布广泛，近半个世纪的软土工程实践，岩土工作者们对软土的基本工程性 质进行了大量的试验与积累，并形成了包括软土特征与成因、软土本构模型等内容的 实用软土理论但由于软土自身特性的复杂( 如区域性、流变性和结构性都较强) ，因此 软土理论的发展在很大程度上取决于实践经验的总结【1 2 1 。1 9 9 8 年，沈珠江在总结南 京水利科学研究院在软土地基方面部分研究成果的基础上，重点介绍了有关天然软土 结果性的最新研究成果和有效固结应力法的设计方法，并提出了建立软土结构性模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 的新思路【13 1 。 在国内，不少工程技术人员结合工程实际对相关数据进行了一些分析，得出了部 分相关公式，如冷伍明【1 4 1 、高颂东【1 5 】、赖天文【1 6 1 等均有此类文章发表，建工出版社的 工程地质手册中也列入了多家勘察单位、科研机构在实践中总结出的一些相关公 式。2 0 0 5 年，王茂靖【l7 j 在结合新建福厦高速铁路工程地质勘察工作，系统介绍了沿线 软土研究技术方法，分析了软土成因类型及其分布规律，并采用静力触探、十字板剪 切、现场平板荷载试验及原状土室内土工试验多种方法对比、分析软土的物理力学指 标，采用数理统计方法，提供设计需要的物理力学参数。研究软土物理力学指标之间 及其与荷载试验资料、静力触探试验资料之间的相关关系，通过对各项指标的相关关 系分析，可获得各力学指标之间及与原位测试数据之间的规律性关系，建立地区经验 公式，为工程设计服务。 龚一鸣，叶广金【l8 】对福州盆地第一层淤泥土的主要力学指标在工程应用中的取值 作出分析，特别对w e 之间的关系作出回归分析，进而探求了淤泥土的物理指标与力 学指标之间的关系。王海鹏，陈掣1 9 】分析了厦门港湾软土的类型，以及天然含水量w 对液性指数i l 、孔隙比e 和压缩模量e s 的回归方程，可用于研究软土物理力学性质指 标的预测和控制。 软土的工程地质特性由上述成果和现有文献以及既有软土规范可以来看，应该是 比较成熟的。软土有山涧洼地软土、溺谷软土及滨海软土，但不同地区软土工程地质 特性差异较大，并且设计采用的地质力学参数及工程处理措施均不相同，若不加区分 地将软土规范及研究成果应用于设计中，施工中将出现整治效果不佳，产生较多地质 病害，这方面在既有工程施工中有较多的经验教训。目前国内一些地区如上海、天津、 浙江等已对本地区软土工程特性进行了系统分析研究，而针对四川软弱地基工程特性 的系统研究尚不多，目前仅局限于局部地区，如乐宜、广南路等，且样本数量不大，分 析指标单一，仅局限于单个指标或者几个指标之间的相关分析。因此，本文基于四川 盆地大量的软土室内试验及现场原位测试成果，系统分析研究了四川盆地软弱地基工 程特性，为今后四川软弱地基地区的工程建设提供设计参考。 1 4 本文的研究内容 论文以四川省交通厅公路规划勘察设计研究院四川盆地软弱地基特性及勘察处 治关键技术科技项目为依托，对四川省内软弱地基特性进行研究。 本文的主要特点和内容： 1 、在大量查阅国内外关于软土特性的文献资料和最新研究成果的基础上，对省内 典型软弱地基路段进行现场调研( 主要针对有试验、勘察数据工点) ，结合收集到广南、 乐宜、成雅等1 1 条高速公路软弱地基勘察试验数据和相关资料进行工程总结归纳整理； 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼詈曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼! ! 笪曼曼曼蔓曼鼍苎曼曼曼曼! 曼! 曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼皇i _ i i 曼 分析了地形地貌、地质年代、基岩特性对四川盆地软弱地基成因的主要影响，结合软 弱地基特性的总结，并依据黄土、软土在区域地形地貌、地层岩性综合分区基础上对 四川盆地软弱地基进行合理分区，编制盆地软弱地基工程地质分区图。 2 、依据数理统计分布基本原理对四川盆地区域软弱地基工点勘察试验所得的相关 力学性指标数据采用工程地质数据处理方法：g r u b b s 法则剔除异常数据，做出了一系列 散点图，采用现代的统计软件分析，获取四川盆地软弱地基物理力学性质指标参数数 值的统计分布规律，得到了相应的软弱地基设计参数范围值，对实际设计施工建设具 有一定的参考和指导意义。 3 、运用o r i g i n 软件对四川软弱地基分布的高速公路实际勘察数据进行回归分析， 本文依据数理统计方法中的一元回归分析原理，并采用多种曲线拟合。据c v p s 、c 广p s 等物理力学指标建立了相应的回归方程公式，根据相关系数r 值表明：各物理力学指 标之间相关性显著，而且误差在可控范围内，验证了本文所提出的软弱地基系统分区 具有一定的可行性。 4 、由于影响某个物理力学指标的因素不止一个，而且各因素之间存在内在的联系， 最后本文采用e v i e w s 软件对i i l 3 区域的物理力学指标c v p s p ；e s p s p 之间的相关关系 进行二元回归分析，得到了四川省内软弱地基经验式，它不但为工程设计提供服务， 还可以作为检验室内试验指标的参考依据。 1 5 研究路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图卜2 研究路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章四川省软弱地基分区的研究 论文收集了四川省1 1 条高速公路软弱地基工程相关资料，由于软土的工程特性、 软土的形成条件与软土的地质成因类型有着密切的关系，不同的地貌与岩性会影响软 土的特性以及工程特性，而且四川省内软弱地基分布广，本章以公路工程地质分区作 为依据对四川境内软弱地基进行合理分区，以便每个区的软弱地基工程特性有其共性， 进而对其进行研究。 2 1 工程概述 论文主要研究了乐山到宜宾、广安到南充、内江到宜宾、达州到重庆等1 1 条线路， 上述线路分布在四川的东西南北，根据四川i 省交通厅公路勘察设计院调研的资料( 图 2 1 四川省地质图、图2 2 四川i 省高速公路网布局) 可知，这些线路基本上涵盖了四 川i 所有的地形地貌和工程地质特征，也涉及到了四川省内软弱地基分布范围，因而作 为案例分析，对软弱地基分区研究具有很好的典型性、代表性，现简要概述一下收集 到的四川省高速公路的岩性及其工程特性。 要璧蚤塞奎兰至圭墼至兰耋堡篁圣塞! 至 图2 - 1 四川省地质图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 圈2 2 四川省高速公路网布局 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼皇曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼! 曼曼曼! 曼! 曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼l mm m mmm一_o 鼍曼曼量曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼量量曼皇曼皇曼皇曼曼 2 1 1 乐山一宜宾路 软弱地基的形成是特定的地层岩性、地质构造、地形、地下水、地表水等自然条 件下综合作用的结果。对于四川境内的软弱地基其大部分都是由于地下水的长时间侵 蚀形成，还有些就是由于土层本身的一些特性长时间后变成沼泽等，而不再适合作为 地基而归为软弱地基。这跟沿海地区的软弱地基是有区别的，沿海地区软弱地基往往 是由于冲积而成导致其承载力下降等。所以在工程建设时要按照工程特性来采取不同 的措施。 乐山到宜宾高速公路经过地区位于四川盆地西南边缘，海拔变化在3 5 0 - , 一5 0 0 m 范 围，地势平缓宽阔，坳沟发育，丘包断续分布，无明显断裂，区内白垩系、侏罗系砂 泥岩大面积裸露，以泥质岩类为主，岩性差异不大，岩层产状近水平，属构造剥蚀浅一 中切宽谷圆缓丘陵红层地貌。路线所经地层有：白垩系下统夹关组岩性以棕红色粉砂 岩、砂岩为主，夹少量粉砂质泥岩；侏罗系上统蓬莱镇组岩性以细砂岩与紫红色粉砂 质泥岩、钙质粉砂岩夹薄层状的泥灰岩。中生界三叠系上统须家河组黄灰、灰色细砂岩、 粉砂岩、炭质页岩、粉砂质泥岩夹煤线、薄煤层。丘间的低洼沟谷地带堆积第四系坡 洪积层，以粘性土为主，结构极为不均，夹角砾及小块石，局部砂粒、腐殖质富集， 一般厚度为2 1 2 m ，主要为农田区。因排水不畅多呈软极软塑状，地基承载力一般在 0 1 m p a 以下，且沉降量大，固结速度慢，路线多以填方路堤通过，形成软弱地基。 2 1 2 广安南充路 广安到南充高速公路经过地区位于四川盆地东北的丘陵低山区，起点至k 3 8 为构 造剥蚀圆缓浅丘地形，标高3 0 0 - , - 4 5 0 米，切割深度一般小于5 0 米，k 3 8 至k 5 7 为侵蚀 构造低山地形，标高3 5 0 6 0 0 米，相对高差1 0 0 2 5 0 米，丘包出露为遂宁组地层，岩 性以粉砂质泥岩为主，夹少量细砂岩及粉砂岩，丘包间的低洼沟谷地带堆积第四系坡、 洪积层、以粘性土为主，结构极为不均，夹层石小碎块，局部砂粒、腐殖质富集，厚 度一般2 3 1 0 0 m ，主要为农田区，因排水不畅多呈软硬塑状，地基承载力一般在0 1 m p a 以下，且沉降量大，固结速度慢，路线多以填方路堤通过，形成软弱地基。 2 1 3 成都乐山路 成都到乐山路段位于名邛台地以东，岷江右岸冰水堆积扇状平原之上，地势低洼， 地形平坦开阔，地面高程4 2 3 , - - 4 2 5 m ，路段主要为第四系上更新统冰水堆积低液黏土和 卵石质土，局部为故河道全新统沼泽沉积有机质土和人工填土，路段地势平坦低洼， 积水面广，排水不畅，上部土层透水性差，造成地表终年积水，土体变软。地下水以 孔隙水为主，水位埋藏浅。 由于四川盆地主要高速公路分布于川东、川南、川中、川北一带，川西目前建设 的高速公路不多。所以对此路的研究会因为数据的不充足而影响研究过程，期待其他 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 项目的立项。 2 1 4 内江遂宁路 内江至遂宁的高速公路是泛珠三角高速公路网规划中巴中至昆明的部分，该高 速公路从内江出发，将途经资阳市，在遂宁市船山区的复桥镇接遂渝和绵遂高速公路， 全长1 1 8 8 公里，项目设计速度8 0 公里4 , 时，路基宽2 4 5 米，双向四车道。 内江至遂宁高速公路是我省中、南部地区的重要干线公路，是泛珠江三角洲区 域合作公路、水路交通基础实施纲要规划的巴中至昆明高速公路的组成路段，也是 我省高速公路网规划的重要组成部分。该项目建设工期3 年，建成后将直接沟通成渝、 成南、绵渝等多条干线公路，并与成渝、内昆等铁路形成铁路公路联运合力，成为连 接中国大西北和大西南的高速大动脉。 2 1 5 达州重庆路 达渝高速公路是我国西部地区一条重要的国家干线公路，是川东北地区北上陕西、 南下贵州的重要交通走廊，是重庆市、四川省乃至西南地区经贵州到达广西北海的重 要出海通道。 达渝高速公路是国家高速公路网纵向通道g 6 5 包茂高速公路( 内蒙古包头至广东茂 名) 的一段，全长2 2 0 公里，起于达州市罗江镇，接在建的达陕高速公路，止于重庆市。 四川段长1 6 5 8 公里( 达州市罗江一邻水邱家河) ，路面为双向四车道。 2 2 四川省软弱地基成因 软土的特性、软土的形成条件与软土的地质成因类型有密切关系，这个地质体是 自然历史的产物，是数百万年甚至数亿年来随着古地理、气候、沉积环境的变迁而形 成的，加之我国是个幅员辽阔的国家，各地区的软土由于其形成的环境、年代、地质 等千差万别，因而软土的分布、厚度、性质也各不相同，如表2 1 所示。同时，由于 软土水平方向上的各向异性、垂直方向上的不均匀性，造成各地区软土表现的特性也 不一样。因此，在软土地基路堤设计前应深入研究分析土的自然属性和工程属性，强 调土的地质成因类型方面的研究，根据成因学的基本原理，把某特定地质时代相同沉 积环境下形成的、在工程性质上存在一定内在联系的、具有特性相近的土体划分为个 工程地质单元，从而形成一个独立的统计单元体，而不能仅仅凭室内试验的一大堆试 验数据来用计算机进行数理统计。根据地质成因所划分的地质单元作为独立的统计单 元体，在设计上才被假设为均匀的。这个独立的统计单元体，既可以是一个独立的土 层，也可以是自然属性相近的几个土层的几何体。尽管是根据相同成因来划分的统计 单元体，但由于成因相近而软土形成的小环境的差异，比如水流大小、速度、频率不 同，所携带物质的多少、性质不同，沉积场地的形态等不尽相同，加上勘探、测试本 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 身原因势必造成成因相同的软土性质上的不均匀性、各向异性、反映在土工试验结果 上，同一工程地质层其物理力学参数测试值在一定范围内波动，个别甚至偏差、离散 较大，偶尔呈现出一定的随机现象，这是自然的。这时就可以应用概率论原理、数理 统计学的方法来统计处理这些实测指标。 表2 1 软土成因类型特征简表 统计单元( 成因类型) 主要分布区 沉积特征 滨海相 在软弱的海浪岸流及潮汐作用下，逐渐 温州、乐清湾：连云停积淤成，表层硬壳o 3 m ，下部为淤 三角洲相 滨海沉积 港地区；沿海现代海泥夹粉细砂，淤泥厚3 6 0 m ，常含贝壳 泻湖相 岸地区 及海生物残骸，泻湖相厚度大，分布广， 溺谷相 溺谷相一般更深，但分布范围窄，松软 淡水湖盆沉积物，在稳定的湖水期逐渐 湖相武汉后湖；江苏太湖；沉积，沉积相带有季节性，表层硬质， 湖泊沉积 三角洲相洞庭湖地区等 厚o , - 一5 m ，淤泥厚度一般5 2 5 m ，泥炭 层多呈透镜体状 河漫滩相 长江、珠江中下游及平原河流流速减小，粘性土缓慢沉积而 河滩沉积河口和淮河、松辽平成，不均匀，含砂和泥炭层，厚度一般 牛轭湖相 原等小于2 0 m 因地表水排泄不畅的低洼地带，且蒸发 量不足以干化淹水地区的情况下形成的 沼泽沉积沼泽相 江苏盐城、泗洪一带 沉积物，多以泥炭为主，下部分布有淤 泥或底部与泥炭互层，厚度一般小于l o m 在山区或丘陵地带有大量含有机质的粘 广东、湖南丘陵地带性土，汇积于平缓沟谷后，淤积成软土， 山谷沉积沟、谷相 沟、谷等一般呈零星“鸡窝状”分布，不连续， 厚度小于5 m 居多 2 2 1 地貌对四川软弱地基特性的影响 地貌条件与铁路及公路工程的建设及运营有着密切的关系，道路常穿越不同的地 貌单元，地貌条件是评价道路工程地质条件的重要内容之一。它关系到道路勘察设计、 道路选线、桥隧位置选择等技术经济问题和养护管理等地貌的形成和发展除受上述规 律制约外，还受地质构造、地形地貌、岩性、气候条件等因素的影响。外力地质作用 改造地表的能力，常常是与地质构造和岩石性质相联系的。地质构造对地貌的影响， 明显地见于山区及剥蚀地区。例如，各种构造破碎带是外力地质作用表现最强烈的地 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 曼曼