本文摘要：本篇力學本科畢業論通過分析,這些相關關系式總的來說較為可靠,它們是根據南京地鐵南北1號線施工區的地基黏土測試值統計出來的,比較適合于南京地區,特別是適合于南京地鐵后續幾條線路建設的工程區。《 力學學報 》是力學學科的綜合性學術刊物。主要刊載：在理
本篇力學本科畢業論通過分析,這些相關關系式總的來說較為可靠,它們是根據南京地鐵南北1號線施工區的地基黏土測試值統計出來的,比較適合于南京地區,特別是適合于南京地鐵后續幾條線路建設的工程區。《力學學報》是力學學科的綜合性學術刊物。主要刊載：在理論上、方法上以及對國民經濟建設方面，具有創造性的力學理論、實驗和應用研究論文，綜述性的專題論文以及研究簡報，學術討論等，讀者對象主要為從事力學工作的科研人員、高等院校師生以及工程技術人員。
摘 要:通過大量的土工試驗,對南京地鐵地基黏土物理力學參數間的相關關系,特別是黏聚力、壓縮模量、液性指數等與含水量、密度、孔隙比、標貫擊數等的相關關系進行 研究 ,并給出相應的數學回歸方程式和相關系數。結果表明:南京地鐵地基黏土的密度、孔隙比、壓縮模量、壓縮系數、液性指數、導熱系數等物理力學參數與黏土含水量之間的線性相關程度好,相關系數達0.928以上,平均為0.9757;黏土的壓縮模量、黏聚力、導熱系數隨黏土的密度增大而增大,壓縮系數隨黏土的密度增大而減小,且這4個參數與密度的線性相關程度很好,相關系數達0.93以上,平均為0.9535;壓縮模量、黏聚力、液性指數、導熱系數等與孔隙比的線性相關程度也較好,相關系數達0.89以上,平均為0.941835;孔隙比、壓縮系數、液性指數、內摩擦角、黏聚力、壓縮模量、導熱系數、標貫擊數的線性相關程度很好,相關系數達0.947以上,平均為0.97353。
關鍵詞:黏土;地基;物理力學參數;相關關系;地下鐵路;試驗
土體地基及其地基土物理力學參數是土木工程、道路和橋梁工程的重要研究 內容 [1-9]。 目前 國內的學者在鐵路地基土物理力學參數方面也進行了較多的研究,取得了重要成果[10-16]。作者結合南京地鐵南北線一期工程,對詳細勘察鉆探孔中的土體樣品進行了大量土工試驗,并對勘察單位提交的大量試驗資料進行了綜合 分析 [17],發現長江下游地區黏土的物理力學參數之間,特別是天然含水量、密度、孔隙比、標貫擊數與黏聚力、壓縮模量、壓縮系數、液性指數、導熱系數等之間有著密切的關系。Www.133229.COM本文主要采用回歸 方法 探討它們之間的這種相關關系。
1 南京地鐵地基土基本情況
南京市位于長江下游,為長江河谷的一部分,屬低山丘陵區,三面環山,一面瀕水,呈圈椅狀地形。市區地貌可分為3個單元:構造剝蝕殘丘、盆地(其最大基巖埋深43m)、秦淮河淤積平原。地鐵南北線一期工程自小行至邁皋橋,其中有3段坐落在丘陵地貌單元上,另有2段坐落在古河道沖積平原之上。基巖埋深一般在35~40m。地層層序如表1所示[1]。
在整個南北線一期工程詳細勘察階段共鉆孔708個,進尺共16035m。鉆探過程中,進行標貫測試前都要取鉆孔土芯樣(共取原狀土樣3775件),進行一般土工試驗(含熱物理試驗188組),現場標貫試驗共1732點次。對黏土物理力學參數的測定都是按層進行的,并統計得出每層的平均值。用來對南京地鐵地基黏土物理力學參數間相關關系進行回歸分析的數據點在硬黏土層ⅱ1、軟黏土層ⅱ2、硬黏土層ⅲ1、軟黏土層ⅲ2和硬黏土層ⅳ1,針對熱物理參數測試的數據點在軟黏土層ⅱ2、硬黏土層ⅲ1、軟黏土層ⅲ2和硬黏土層ⅳ1。因為研究區的5個黏土層為砂層所隔,所以盡管它們都屬于黏土,但仍有一定的差異,如軟硬方面就有明顯的區別。因此,每一層用統計平均值進行回歸分析,有利于反映這5層黏土物理力學參數變化的概貌或總貌。此方法的可靠度或精度將在后面的綜合分析中討論。
2 黏土物理力學參數相關性分析
2.1 黏土物理力學參數與天然含水量之間的相關關系
圖1為南京地鐵地基黏土物理力學參數,包括密度、孔隙比、壓縮模量、壓縮系數、液性指數、導熱系數等與含水量的關系圖。圖中黑點為對數據點試驗的測試結果,直線為各數據點測試結果的線性回歸方程線。表2為以上各物理力學參數與含水量的線性回歸方程式及相關系數。
從圖1、表2可看出,南京地鐵地基黏土的密度、孔隙比、壓縮模量、壓縮系數、液性指數、導熱系數等物理力學參數與黏土含水量有密切的聯系,他們之間的線性相關程度很好,相關系數r在0.928以上,平均為0.9757。
2.2 黏土物理力學參數與密度之間的相關關系
從圖2可以看出,南京地鐵地基黏土的壓縮模量、黏聚力、導熱系數隨密度的增大而增大,壓縮系數隨密度的增大而減小。4個參數與密度的線性相關程度很好,相關系數r在0.93以上,平均為0.9535(見表3)。
2.3 黏土物理力學參數與孔隙比之間的相關關系
如圖3所示,南京地鐵地基黏土孔隙比對壓縮模量、黏聚力、液性指數、導熱系數等有顯著 影響 。隨著孔隙比的增大,液性指數增大;而壓縮模量、黏聚力、導熱系數則相應減少。4個參數與孔隙比的線性相關程度也較好,相關系數r在0.89以上,平均為0.941835(見表4)。
2.4 黏土物理力學參數與標貫擊數之間的相關關系
由圖4所示,南京地鐵地基黏土的孔隙比、壓縮系數、液性指數隨標貫擊數的增大而減小;內摩擦角、黏聚力、壓縮模量、導熱系數隨標貫擊數的增大而增大。7個參數與標貫的線性相關程度很好,相關系數r在0.947以上,平均為0.97353(見表5)。
3 綜合 分析
3.1 回歸關系式和 理論 關系式的比較
以天然孔隙比、天然孔密度與天然含水量的關系為例,進行回歸關系式與理論關系式的比較。首先看天然孔隙比與天然含水量的相關關系。根據土的孔隙比與含水量指標之間的換算關系:
南京地鐵工程區黏土sr,gs的變異性較小,它們的值分別取sr=96%,gs=2.75,代入(1)式得
e=0.02865w (2)
公式(2)即為天然孔隙比與天然含水量之間的理論關系式,它和表1中孔隙比—含水量回歸關系式e=-0.00239+0.02874w很接近,從圖5(a)中可發現回歸曲線和理論曲線幾乎重合。證明表2中天然孔隙比—天然含水量回歸關系式是可靠的。
下面再看天然密度與天然含水量的相關關系。土體密度與含水量的理論關系式為式中:
ρ為土體的天然密度,g·cm-3;ρs為土粒的密度,g·cm-3;ρw為土中水的密度,g·cm-3;e為土體的天然孔隙比;w為土體的天然含水量,%;sr為土體的飽和度,%,取值為96%;gs為土粒比重,取值為2.75。
由圖5(b)所示,回歸關系曲線與式(3)的理論曲線接近,說明表2中的天然密度與天然含水量的回歸關系式ρ=2.31369-0.01286w是較為可靠的。
3.2 研究 區黏土回歸關系式和別處的比較
基于作者所能找到的有關黏土物理力學參數間相關關系的 文獻 ( 目前 這方面的文獻很少)及作者在長江下游蘇通大橋工程區所做的一些研究,對南京地鐵工程區黏土物理力學參數間的相關關系與國內別處的情況進行比較。
圖6(a)為南京黏土與蘇通、合肥[3]、山東[4]、新疆[8]等地黏土的孔隙比—含水量回歸關系曲線的比較圖。從圖上可看出,5條曲線很一致,僅含水量的幅值有明顯區別。除山東的有少許偏離外,南京與蘇通、新疆、合肥的基本上是重合的。這說明研究區即南京地鐵工程區黏土孔隙比與含水量的回歸關系式是可靠的。
南京與蘇通黏土的液性指數—孔隙比關系曲線也較為一致,如圖6(b)所示。由圖6(c)所示,對南京、蘇通、三峽巴東3地[9]黏土黏聚力—密度的回歸關系曲線比較表明,三地的黏土黏聚力—密度的回歸關系曲線有明顯區別,南京的介于蘇通的和巴東的之間。
3.3 綜合討論
由前面的物理力學參數間相關關系的分析可看出:南京地鐵工程區黏土同時存在21對較好的回歸關系式,這帶有一定的區域性特點。由于國內外不同地區黏土所處環境、成因、成分及固結 歷史 不完全相同,因此,不能保證這些相關關系式在國內外其他地區的都完全適用,但可供 參考 和借鑒。同時,不同地區黏土物理力學參數間相關關系式的異同可為黏土物理力學性質內在本質的研究打下基礎。
4 結 論
(1)黏土的天然含水量、密度等參數易于量測,通過建立和運用它們的數學回歸關系式來確定黏土的其它物理力學參數值,不失為一個簡單而適用的 方法 。
(2)南京地鐵地基黏土的密度、孔隙比、壓縮模量、壓縮系數、液性指數、導熱系數等物理力學參數與黏土含水量之間的線性相關程度很好,相關系數r在0.928以上,平均為0.9757。
(3)南京地鐵地基黏土的壓縮模量、黏聚力、導熱系數隨密度的增大而增大,壓縮系數隨密度的增大而減小。這4個參數與密度的線性相關程度很好,相關系數r在0.93以上,平均為0.9535。
(4)壓縮模量、黏聚力、液性指數、導熱系數等與孔隙比的線性相關程度也較好,相關系數r在0.89以上,平均為0.941835。
(5)孔隙比、壓縮系數、液性指數、內摩擦角、黏聚力、壓縮模量、導熱系數與標貫的線性相關程度很好,相關系數r在0.947以上,平均為0.97353。
(6)研究區黏土的21對較好的相關關系式是根據南京地鐵施工區的測試值統計出來的,比較適合于南京地區,特別是南京地鐵后幾條線路的工程區。由于不同地區黏土的成因、成分及固結歷史不完全相同,因此,不能保證這些相關關系式在國內外其他地區的都完全適用,但可提供參考和借鑒。
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