南沙海相软土工程特性原位测试对比与统计规律分析

刘维正; 葛孟源; 李天雄

doi:10.11779/CJGE2021S2063

南沙海相软土工程特性原位测试对比与统计规律分析 English Version

刘维正^{1, 2,},
葛孟源¹,
李天雄¹

1.
中南大学土木工程院,湖南　长沙　410075
2.
中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室,湖南　长沙　410075

基金项目:

国家自然科学基金项目 52078500

国家自然科学基金项目 U1834206

湖南省自然科学基金项目 2019JJ40344

详细信息

作者简介:
刘维正(1982— ),男,湖南邵阳人,博士,副教授,主要从事特殊土路基工程方面研究。E-mail: liuwz2011@csu.edu.cn

中图分类号: TU43
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出版历程
- 收稿日期: 2021-08-15
- 网络出版日期: 2022-12-05
- 刊出日期: 2021-10-31

Comparison and statistical analysis of engineering characteristics of marine soft soil in Nansha District of Guangzhou City based on in-situ tests

1.
School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China
2.
National Engineering Laboratory of High Speed Railway Construction Technology, Central South University, Changsha 410075, China

摘要

摘要: 以广州市南沙区某工程项目为依托,对大量室内土工试验及原位试验所得的软土物理力学参数的进行对比及统计,分析了南沙地区软土基本物理特性、强度参数、变形参数和状态参数随深度的变化规律。结果表明：南沙地区软土主要为淤泥和淤泥质土,含水率和液限较高。软土整体强度不足,压缩性较高,贯入阻力、不排水抗剪强度、地基承载力等强度参数及压缩模量、变形模量、不排水杨氏模量及水平基床系数与土性均表现出较强的相关性,在淤泥层中增加较慢,频数分布集中,而在淤泥质土中增加较快,频数分布均匀。软土静止土压力系数K₀受土层的影响较弱,铁路规范的计算值比Marchetti法更加符合工程实际,土体均为中灵敏度状态,淤泥层底部软土为欠固结状态,其余软土均处于超固结状态。研究成果能够丰富南沙地区软土原位工程特性研究,并为该地区的软土工程建设提供相应的参考。
- 南沙软土 /
- 原位测试 /
- 力学特性 /
- 变化规律 /
- 对比统计
Abstract: Based on a project in Nansha District of Guangzhou City, the physical and mechanical parameters of soft soil obtained from a series of laboratory tests and in-situ tests are compared and statistically calculated, and the variation laws of basic physical properties, strength parameters, deformation parameters and state parameters with depth of soft soil are analyzed. The results show that the soft soil in Nansha District is mainly silt and muddy soil with high water content and liquid limit. The overall strength of soft soil is insufficient, and the compressibility is high. The strength parameters such as penetration resistance, undrained shear strength and bearing capacity of foundation and the deformation parameters such as compression modulus, deformation modulus, undrained Young's modulus and horizontal subgrade coefficient have strong correlation with soil properties. In the silt layer, the parameters increase slowly, and the frequency distribution is concentrated, while in the muddy soil, the parameters increase rapidly, and the frequency distribution is uniform. The static earth pressure coefficient K₀ of soft soil is weakly affected by the soil layer, and the calculated value of China's railway code is more in line with the engineering practice than that of the Marchetti method. The soil is in medium-sensitivity state, and the bottom silt is in underconsolidation state, and the remaining soft soil is in overconsolidation state. The above results may enrich the researches on the in-situ engineering characteristics of soft soil in Nansha District, and provide the corresponding reference for the construction of soft soil projects in this area.
- Nansha soft soil /
- in-situ test /
- mechanical property /
- variation law /
- comparison and statistics

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0. 引言

广州市南沙区位于珠江三角洲前段沿海地带,是第六个国家级新区,也是广州城市发展“南拓”的重要组成部分,城市建设活跃。该地区海相沉积软土分布广泛,土体具有含水率高、强度低、孔隙比大,渗透系数小、灵敏度高等特点^[1],对工程建设不利,且准确获取其力学特性及变化规律一直是工程勘察的重难点。传统的室内试验由于土样已经受到扰动且取样连续性差,因此难以反应岩土真实的应力应变状况及空间异性规律^[2]。而原位测试技术则可以快速、连续地对基本保持天然状态的原位岩土体进行试验,有效地避免取样过程中应力释放等问题,测定结果更能够反映真实情况^[3],是准确检测土体力学性质的一种有效手段。

目前常用的原位测试有：平板载荷试验（PLT）、静力触探试验（CPT）、孔压静力触探试验（CPTU）、动力触试验（DPT）、十字板剪切试验（VST）、标准贯入试验（SPT）、扁铲侧胀试验（DMT）、旁压试验（PMT）等。对于原位试验及软土原位工程特性的研究,不少国内外学者从不同角度进行研究和对比。温勇等^[4]将PLT和SPT试验和室内试验的检测结果对比分析,得到PLT和SPT原位试验是确定花岗岩残积土力学性质的合理方法之一。Firuzi等^[5]通过SPT,CPT和PMT试验对冲积性软土的试验数据进行了相关性分析,得到部分参数之间的回归关系；Rabarijoely等^[6]通过DMT试验数据提出了水力渗透系数、固结系数和土类指数新的估算方法。王进等^[7]通过DMT试验分析得到了海相沉积软土原位水平应力和临塑压力的空间变异规律；宋许根等^[8-9]结合室内试验、VST和CPT试验全面系统地分析了珠海西部中心城区软土工程特性的空间异性规律。程永辉等^[10]通过对自制的模型试验系统进行PMT试验来研究不同深度处砂层的力学特性,提出了修正地基承载力特征值f_ak深度效应的方法；Bombasaro等^[11]通过CPTU试验得到了珠三角地区归一化锥尖阻力的随机场模型参数。国内外学者虽通过原位试验对不同地区软土的工程特性进行了分析,但大部分研究仅局限于单个原位试验,参数较少,不能全面反映软土力学性质。同时由于软土自身较强的区域特征,且现有研究中关于南沙地区软土原位工程特性方面的研究相对较少,因此,需要通过多种原位试验来对南沙地区软土的工程特性进行系统地对比分析研究。

本文以广州市南沙区庆盛枢纽区块综合开发项目庆盛人工智能产业园及安置配套工程为背景,通过对室内土工试验、CPT、CPTU、VST、DMT等试验数据进行分析,获得不同深度下南沙地区软土的强度参数、变形参数和状态参数的变化和统计规律,并对不同原位试验所得数据进行对比分析,进而为该地区软土工程施工提供相应的参考和指导。

1. 工程概况

1.1 项目概况

本文所依托的工程项目位于广州市南沙区东涌镇庆盛枢纽区块外围西侧,总占地面积355691.3 m²,整个地块被已有道路分为A,B,C,D,E 5个子地块（图1）。项目计划围绕周边市政道路建设高层住宅楼、学校及相关配套工程。

图 1 项目地块划分及原位测试测点分布示意图

Figure 1. Division of project blocks and Distribution of in-situ test points

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在工程开工前,分别对5个地块进行勘探取样和室内试验,并在全场地范围内进行多点位多类别的原位测试,以此来了解项目所在地软土的土层分布及工程特性。其中室内试验的勘探孔共计114个,获得用于进行常规土工试验的原状土278份。原位测试包括孔压静力触探试验（12孔,354.61 m）、扁铲试验（6孔,161.7 m）、双桥静力触探试验（90孔,4417.6 m）、十字板剪切试验（42孔,1199个测点）等,原位测试测点分布如图1所示。

1.2 地质条件

广州市南沙区软土受两次海进海退旋回的影响明显,层厚变化较快,有“砂包泥”现象,具有明显的海陆交汇相软土特征^[12]。软土分布在海陆交互相沉积层（Q₄^mc）,主要为软塑或流塑状淤泥或淤泥质土,土层中夹杂有较多贝壳、蚝壳等硬质物及腐殖质,结构疏松,强度低、承载力较差。沉积层下部主要为中细砂层、粉质黏土层和圆砾层,典型地质剖面图如图2所示。

图 2 典型地质剖面图

Figure 2. Typical geological section

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通过对项目现场勘探钻孔所得278份原状土进行室内试验检测,得到了不同软土物理力学特性参数的统计信息,并汇总于表1中。

表 1 南沙软土物理力学特性指标统计表

Table 1. Physical and mechanical properties of Nansha soft soils

统计项	淤泥					淤泥质土
统计项	样本数	样本区间	平均值	标准差	变异系数	样本数	样本区间	平均值	标准差	变异系数
含水率/%	281	34.4~99.8	66.28	13.06	0.2	100	24.3~64.7	51.02	7.22	0.14
天然密度/(g·cm^-3)	282	1.34~1.92	1.59	0.08	0.05	100	1.48~1.9	1.68	0.07	0.04
孔隙比	282	1.02~4.11	1.86	0.38	0.21	100	0.76~1.95	1.44	0.19	0.13
有机质/%	88	0.81~4.41	2.24	0.81	0.36	16	1.15~4.67	2.7	1.06	0.39
液限/%	282	30.3~89.5	44.69	9.45	0.21	100	23.3~67.2	43.95	8.92	0.2
塑限/%	282	19.3~48.9	26.18	5.06	0.19	100	16.3~38	25.83	4.88	0.19
塑性指数	282	10.6~40.6	18.51	4.46	0.24	100	7~29.2	18.12	4.09	0.23
液性指数	282	0.09~5.73	2.32	1.03	0.44	100	0.13~3.68	1.5	0.71	0.47
压缩系数/MPa^-1	219	0.39~4.14	1.45	0.59	0.41	81	0.28~1.78	0.96	0.34	0.36
压缩模量/MPa	219	1.05~5.68	2.31	0.92	0.4	81	1.5~7.54	2.89	1.09	0.38
竖向固结系数/(10^-2cm²·s^-1)	82	0.48~5.54	1.8	1.13	0.63	42	0.41~6.48	2.29	1.80	0.78
水平固结系数/(10^-2cm²·s^-1)	67	0.29~5.86	2.27	1.46	0.65	34	0.67~4.6	2.07	1.05	1.15
竖直渗透系数/(10^-6cm·s^-1)	90	0.04~35	3.54	6.67	1.88	24	0.39~2.41	0.39	0.62	1.58
水平渗透系数/(10^-6cm·s^-1)	83	0.03~40.8	5.06	8.57	1.69	16	0.53~1.85	0.53	0.64	1.22
黏聚力c_q/kPa	128	0.4~26.3	7.41	4.87	0.66	59	1.1~42	13.34	6.85	0.51
内摩擦角φ_q/(°)	128	0.1~32.5	6.26	5.46	0.87	59	0.6~25.4	7.39	6.42	0.87
黏聚力c_uu/kPa	69	1.5~13.9	5.98	2.64	0.44	8	3.1~39.6	12.35	11.57	0.94
内摩擦角φ_uu/(°)	69	0~7.8	2.08	2.01	0.96	8	0.4~11.9	6.08	4.34	0.72

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2. 软土基本物理特性

通过对不同勘探孔的室内土工试验结果进行归纳总结和分析,得到了ABCDE 5个地块土体的含水率和液塑限指标随深度的变化情况（图3）。

图 3 软土含水率及液塑限指标随深度变化规律

Figure 3. Variation of water content and liquid and plastic limit index of soft soil with depth

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分析可知,软土为流塑状,具有高含水率,高液限等特点。w₀随深度表现出先增大后减小的趋势,在5～10 m埋深范围内的淤泥层中含水率达到最大,含水率变化范围为30%～90%,浅层淤泥土的含水率集中于60%～70%,深层淤泥质土的含水率则多集中于40%～50%。而液限含水率w_L、塑限含水率w_P、塑性指数I_P随深度变化趋势不明显,其中塑限含水率w_p变化范围为20%～40%,基本集中在30%左右；液限含水率w_L的变化范围为30%～60%,基本集中在50%左右；塑性指数I_P的变化范围为10～30,基本集中在20左右。而液性指数I_L随深度逐渐减小,变化范围1～4,浅层淤泥约为2左右,而淤泥质土的液性指数则随深度逐渐减小至1.0左右。

从不同地块分析,5地块的土体含水率变化范围基本相同,A地块的液限含水率w_L、塑限含水率w_P、塑性指数I_P数值相对较小,B,C,D,E地块数值相对集中,而液性指数I_L则表现出相反的趋势。

3. 软土原位力学特性对比与统计

3.1 强度参数

（1）贯入阻力

贯入阻力包括锥尖阻力q_c和侧摩阻力f_s,图4,5为通过CPTU及CPT试验测得的南沙软土锥尖阻力q_c和侧摩阻力f_s的随深度的变化规律。图6,7分别为通过CPT试验检测所得的淤泥层和淤泥质土层锥尖阻力和侧摩阻力的频数分布直方图。

图 4 锥尖阻力q_c随深度变化规律

Figure 4. Variation of tip resistance q_c with depth

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图 5 侧摩阻力f_s随深度变化规律

Figure 5. Variation of side friction f_s with depth

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图 6 锥尖阻力q_c频数分布直方图

Figure 6. Histogram of frequency distribution of tip resistance q_c

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图 7 侧摩阻力f_s频数分布直方图

Figure 7. Histogram of frequency distribution of side friction f_s

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从图4可以看出,锥尖阻力q_c随深度近似呈线性增加的趋势,在淤泥层和淤泥质土层当中增加速率基本相近。从图6频数分布直方图中可以看出,淤泥层中锥尖阻力主要分布在0.064～0.256 MPa,占比77.99%；淤泥质土层中的锥尖阻力较为分散,主要集中在0.115～0.808 MPa,占比90.7%。从一致性角度来看,CPT和CPTU试验在淤泥中检测所得的土体锥尖阻力基本相同,而在淤泥质土中,CPTU试验所得数据比CPT试验大约20%～35%。

从图5侧摩阻力f_s随深度的变化情况可以看出,f_s与q_c变化规律相似,都随深度近似呈现线性增加的趋势。但淤泥质土的f_s随深度的增加速率要略高于淤泥。从图7中f_s频数分布直方图可以看出,淤泥的f_s数值较小,主要集中在2.73～5.82 kPa,占比74.88%；淤泥质土的f_s分布相对分散,主要分布在12.07～17.00 kPa,占比48.48%。CPTU和CPT检测所得f_s的数据一致性与q_c恰好相反,CPT的检测数据比CPTU高约30%～90%。

（2）不排水抗剪强度S_u

图8为4种原位试验检测所得的黏性土不排水抗剪强度S_u随深度的变化曲线,其中VST试验可以直接检测,且检测效果较为准确,而DMT、CPTU、CPT试验则须通过以下经验公式换算得到^[13-14]：

$DMT, S_{u} = 0.22 {σ^{'}}_{v0} {(0.5 K_{D})}^{1.25}$ ,

(1)

$CPTU, S_{u} = \frac{q_{c} - σ_{v0}}{N_{k}}$ ,

(2)

$CPT, S_{u} =0 .04 P_{s} +2$ 。

(3)

图 8 不排水抗剪强度S_u随深度的变化规律

Figure 8. Variation of undrained shear strength S_u with depth

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式中 ${σ^{'}}_{v0}$ 为土的有效自重应力（kPa）；K_D为水平应力指数；q_c为锥尖阻力（kPa）； $σ_{v0}$ 为土的总自重应力（kPa）；锥尖圆锥系数N_k=25.81-0.75S_t-2.25lnI_p,取值为17.1；P_s为贯入阻力（kPa）。

从VST试验所得的S_u的变化趋势及数值分析来看,S_u随深度逐渐增加,且增加速率逐渐加快。淤泥由于土体含水率较高,内摩擦角非常小,因此S_u随深度增加较慢且强度较弱。由图9（a）可得S_u位于6.84～11.72的频数为282,占比66.04%,S_umax=28.3 kPa；而在淤泥质土层中,随着含水率的降低,土体的黏聚力和内摩擦角逐渐增大,且上覆土压力也随深度逐渐增大,进而导致S_u的增大速率逐渐加快。由图8（b）可得S_u位于13.4～29.6的频数为259,占比76.63%,其中S_umax=56.6 kPa。

图 9 不排水抗剪强度S_u频数分布直方图

Figure 9. Histogram of frequency distribution of S_u

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从不同原位试验检测结果的一致性来看,VST和CPT试验检测得到的软土的不排水抗剪强度的数值变化趋势具有较好的一致性；而DMT和CPTU试验与VST试验相比,在淤泥层中的一致性较好,而在淤泥质土层当中相差均较大,其中,DMT试验的检测数据增加最快,数值最大,约为VST试验的1.5～2.0倍；CPTU试验检测数据约为VST的1.2～1.6倍。说明利用DMT和CPTU试验并分别结合式（1）,（2）计算淤泥质土的不排水抗强度结果与实际相差较大。因此,在实际工程中,VST和CPT试验均可较好的对软土的不排水抗剪强度进行检测,而DMT和CPTU试验在淤泥质土层当中的检测结果与实际相差过大,不宜采用。此外,通过VST试验所测得的重塑土不排水抗剪强度与原状土具有相同的变化规律,但数值上仅约为原状土的35%～37%。

通过对S_u进行拟合分析得到CPT、CPTU、DMT试验与VST试验检测数据之间的关系,列于表2。

表 2 不同原位试验S_u之间的关系

Table 2. Relationship between S_u in different in-situ tests

试验	线性关系	R²
DMT	S_u,DMT=3.09S_u,VST-15.06	0.955
CPTU	S_u,CPTU=1.76S_u,VST-7.07	0.942
CPT	S_u,CPT=1.04S_u,VST-0.39	0.964
重塑土	S_u,重塑 =1.04S_u,VST-0.39	0.999

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（3）地基承载力

图10是通过CPT试验,并结合《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018—2018）^[14]中表10.5.16-1和10.5.16-2中经验公式计算所得的南沙天然软土地基基本承载力f_k和极限承载力f_ak随深度的变化曲线。图11,12分别为f_k和f_ak的频数分布直方图。

图 10 天然地基承载力随深度的变化规律（CPT）

Figure 10. Variation of bearing capacity of natural foundation with depth (CPT)

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图 11 软土地基基本承载力f_k频数分布直方图

Figure 11. Histogram of frequency distribution of f_k

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图 12 软土地基极限承载力f_ak频数分布直方图

Figure 12. Histogram of frequency distribution of f_ak

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从图10可以看出,软土的地基承载力随深度近似呈线性增加的趋势。从图11频数分布规律可得,淤泥的f_k主要集中在13.9～37.5 kPa,占比79.34%；淤泥质土的f_k在30.18～79.82 kPa分布较为均匀,每组占比约为11.40%,总计占比76.85%；而从图12软土f_ak频数分布直方图可以看出,淤泥层的地基极限承载力主要集中在30.8～70 kPa,占比79.13%,而淤泥质土的f_ak分布也较为分散,主要分布在54.27～175.91 kPa,其中在135.36～155.64 kPa占比相对较大,约为38.61%。此外,f_k与f_ak在数值上存在如下的关系：f_k=(0.4～0.6)f_ak。

3.2 变形参数

（1）压缩模量E_s

图13～15分别是采用不同原位试验检测得到的南沙地区软土压缩模量E_s、不排水杨氏模量E_u、变形模量E₀随深度的变化曲线,其中CPT和CPTU试验所得E₀,E_s分别按照《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018—2018）^[14]中表9.5.18-1和表9.5.18-2规定方法计算所得,其他参数按如下公式计算^[14]：

$DMT, E_{s} = R_{M} E_{D}$ ,

(4)

$CPT, CPTU, E_{u} = 11.4 P_{s}$ ,

(5)

$DMT, E_{u} = 3.5 E_{D}$ 。

(6)

图 13 压缩模量E_s随深度的变化规律

Figure 13. Variation of compression modulus E_s with depth

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图 14 变形模量E₀随深度变化规律（CPT）

Figure 14. Variation of deformation modulus E₀ with depth

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图 15 不排水杨氏模量E_u随深度变化规律

Figure 15. Variation of undrained Young ' s modulus E_u with depth

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式中 R_M为I_D和K_D的函数,取值范围为0.64～3.81；I_D为扁铲土类指数；K_D为扁铲水平应力指数；P_s为贯入阻力（MPa）；E_D为侧胀模量（MPa）。

从图13,16可以看出,淤泥的E_s较小且随深度变化相对稳定,E_s主要集中在0.7～1.90 MPa,占比74.93%,数值相对较小；淤泥质土的E_s随深度增加较快,且较为分散,主要分布在1.35～4.13 MPa,占比86.86%。

图 16 软土压缩模量E_s频数分布直方图

Figure 16. Histogram of frequency distribution of E_s

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从不同原位测试数据的一致性来看,CPT和CPTU试验均按照铁路规范中规定的方法进行计算,因此具有较好的一致性,而DMT试验检测所得数据与触探试验具有较大的离散性,在淤泥层中检测值相对较小,而在淤泥质土层当中则相对较大。说明DMT试验对于土层较为敏感。

（2）变形模量E₀

图14为通过CPT试验计算得到的变形模量E₀随深度的变化曲线。从图14可以看出,软土E₀与E_s表现出相同的变化规律,模量在淤泥层中随深度变化相对较慢,而在淤泥质土层当中随深度增加较快。两者也存在一定的比例关系,淤泥层：E₀/E_s=0.5～1.0,淤泥质土层：E₀/E_s=1.0～1.2。从图17可以看出,淤泥的E₀主要分布在1.04～1.76 MPa,占比72.10%,而淤泥质土的E₀在1.46～5.17 MPa范围内分布相对平均,总计占比68%。

图 17 软土变形模量E₀频数分布直方图

Figure 17. Histogram of frequency distribution of E₀

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（3）不排水杨氏模量E_u

从图15为软土不排水杨氏模量E_u随深度的变化规律可以看出,E_u具有与变形模量E_s相似的变化规律。从图18可以看出,淤泥层中E_u主要分布在0.95～2.8 MPa,占比78%；而在淤泥质土层中E_u和E_s,E₀一样,均表现出较为分散的分布规律,在2.08～9.75 MPa分布较为平均,共计占比92.07%。

图 18 软土不排水杨氏模量E_u频数分布直方图

Figure 18. Histogram of frequency distribution of E_u

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3种试验对于E_u的检测结果的一致性与E_s相类似。淤泥层中CPT与CPTU一致性较好,DMT则相对较小,而淤泥质土层中,CPTU试验结果增加较快,与CPT逐渐背离,DMT从趋势来看增加最快。

（4）水平基床系数K_h1

水平基床系数K_h1在工程上常用于求解挡土结构和桩所承受的土压力,进而得到相应的位移和内力。而DMT试验可以通过小应变的扁铲侧胀试验数据推求土体正常工作状态下的K_h1^[14],

$K_{h 1} = 0.2 \cdot k_{h}$ ,

(7)

$k_{h} = 1364 Δ p = 1364 (p_{1} - p_{0})$ 。

(8)

式中 k_h为侧胀仪抗力系数（MPa·m^-1）；p₁为膜片膨胀1.10mm时的膨胀压力（kPa）；p₀为膜片向土中膨胀之前作用在膜片上的接触压力（kPa）。

图19是通过DMT试验数据计算得到的K_h1随深度的变化曲线,可知：K_h1对土层变化比较敏感,在淤泥层内,K_h1随深度表现相对稳定,且基本小于1；而淤泥质土的K_h1随深度急剧增加,在过渡段增加速率较快,在淤泥质土层中放缓且渐趋稳定,K_h1max=31 MPa/m。因此在实际工程中,应当关注土层过渡时,土压力增加较快的问题。

图 19 水平基床系数K_h1随深度变化规律（DMT）

Figure 19. Variation of horizontal foundation coefficient with depth

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3.3 状态参数

研究土体的状态参数能够对不同深度处土体的性质有更加深刻的了解。图20为根据不同原始试验数据得到的土体静止土压力系数K₀、灵敏度S_t和超固结比OCR随深度的变化曲线。

图 20 K₀,S_t,OCR随深度的变化规律

Figure 20. Variation of K₀, S_t, OCR with depth (DMT)

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（1）静止土压力系数K₀

静止土压力系数K₀是根据DMT试验并通过式（9）,（10）两种方法分别计算得到的。从图20可看出,利用式（10）计算得到的静止土压力系数K₀受土层的影响较小,在淤泥层和淤泥质土层中基本稳定,而采用Marchetti法所得K₀的波动性较大,计算结果比铁路规范偏大50%左右,且部分土层参数大于1,不符合实际,且与不同土层静止土压力系数的经验值相比,采用铁路规范计算所得的静止土压力系数K₀与经验值更加相近,宜推荐使用。通过图21（a）频数分布直方图中可以看出,软土层中的K₀主要分布在0.543～0.65,占比72.72%。

图 21 软土状态参数分布直方图

Figure 21. Histogram of frequency distribution of state parameters of soil

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Marchetti法^[15],

$K_{0} = {(\frac{K_{D}}{1 .5})}^{0 .47} - 0 .6 (I_{D} <1 .2)$ ,

(9)

铁规^[14],

$K_{0} = 0.3 K_{D}^{^{0.54}} (1.5 < K_{0} < 4.0)$ 。

(10)

（2）灵敏度S_t

土体的灵敏度S_t可以通过VST试验得到,从图20中S_t随深度的变化关系可以看出,淤泥和淤泥质土的S_t基本相同,随深度变化不大。从图21（b）频数分布直方图中可以看出,土体S_t主要集中分布在2.54～3.14,占比83.13%,属于中灵敏度性软土。说明土体的结构性较强,在基坑开挖过程中要注意土体强度因扰动降低而对边坡稳定性产生的影响。

（3）超固结比OCR

土体超固结比OCR是通过CPTU试验按照式（11）计算得到,由图20可知,OCR随深度表现出先减小后增大的趋势,浅层淤泥土的OCR>1,为超固结状态,而深层淤泥土OCR<1,为欠固结状态,从图22可以看出,淤泥的OCR主要分布在0.3～1.2,占比61.61%,以0.6～0.9区间的数量最多。而淤泥质土的OCR随深度略有增大,主要分布在1.02～1.87,占比85%,土体为超固结状态。

$OCR = k \cdot (\frac{q_{t} - σ_{v0}}{{σ^{'}}_{v0}})$ 。

(11)

图 22 软土超固结比OCR频数分布直方图

Figure 22. Histogram of frequency distribution of OCR

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式中 k为经验系数,取0.3；q_t为修正后的锥尖阻力（MPa）。

4. 结论

（1）南沙地区软土杂质多,含水率和高液限较高,多呈流塑态,主要为淤泥和淤泥质土,淤泥质土的厚度相对较大,可达15 m。

（2）软土强度整体较弱,与深度、土性表现出较强的相关性,在淤泥中增加较慢,频数分布较为集中,而淤泥质土中增加较快,频数分布较为平均。

（3）软土的变形参数随土层变化明显,在淤泥中随深度增加较慢,频数分布相对集中,而在淤泥质土中随深度增加较快,频数分布相对均匀。CPT和CPTU试验对E_s和E_u两个参数检测一致性较好,而DMT试验与前两者相比具有较大的离散性。

（4）软土的K₀主要集中在0.543～0.65,且Marchetti法计算结果与规范计算值和经验值相差较大,不宜采用。两种土体均为中灵敏度土,其中淤泥层上部为超固结状态,底部为欠固结状态,而淤泥质土整体处于超固结状态。

图 1 项目地块划分及原位测试测点分布示意图

Figure 1. Division of project blocks and Distribution of in-situ test points

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图 2 典型地质剖面图

Figure 2. Typical geological section

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图 3 软土含水率及液塑限指标随深度变化规律

Figure 3. Variation of water content and liquid and plastic limit index of soft soil with depth

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图 4 锥尖阻力q_c随深度变化规律

Figure 4. Variation of tip resistance q_c with depth

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图 5 侧摩阻力f_s随深度变化规律

Figure 5. Variation of side friction f_s with depth

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图 6 锥尖阻力q_c频数分布直方图

Figure 6. Histogram of frequency distribution of tip resistance q_c

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图 7 侧摩阻力f_s频数分布直方图

Figure 7. Histogram of frequency distribution of side friction f_s

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图 8 不排水抗剪强度S_u随深度的变化规律

Figure 8. Variation of undrained shear strength S_u with depth

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图 9 不排水抗剪强度S_u频数分布直方图

Figure 9. Histogram of frequency distribution of S_u

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图 10 天然地基承载力随深度的变化规律（CPT）

Figure 10. Variation of bearing capacity of natural foundation with depth (CPT)

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图 11 软土地基基本承载力f_k频数分布直方图

Figure 11. Histogram of frequency distribution of f_k

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图 12 软土地基极限承载力f_ak频数分布直方图

Figure 12. Histogram of frequency distribution of f_ak

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图 13 压缩模量E_s随深度的变化规律

Figure 13. Variation of compression modulus E_s with depth

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图 14 变形模量E₀随深度变化规律（CPT）

Figure 14. Variation of deformation modulus E₀ with depth

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图 15 不排水杨氏模量E_u随深度变化规律

Figure 15. Variation of undrained Young ' s modulus E_u with depth

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图 16 软土压缩模量E_s频数分布直方图

Figure 16. Histogram of frequency distribution of E_s

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图 17 软土变形模量E₀频数分布直方图

Figure 17. Histogram of frequency distribution of E₀

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图 18 软土不排水杨氏模量E_u频数分布直方图

Figure 18. Histogram of frequency distribution of E_u

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图 19 水平基床系数K_h1随深度变化规律（DMT）

Figure 19. Variation of horizontal foundation coefficient with depth

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图 20 K₀,S_t,OCR随深度的变化规律

Figure 20. Variation of K₀, S_t, OCR with depth (DMT)

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图 21 软土状态参数分布直方图

Figure 21. Histogram of frequency distribution of state parameters of soil

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图 22 软土超固结比OCR频数分布直方图

Figure 22. Histogram of frequency distribution of OCR

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表 1 南沙软土物理力学特性指标统计表

Table 1 Physical and mechanical properties of Nansha soft soils

统计项	淤泥					淤泥质土
统计项	样本数	样本区间	平均值	标准差	变异系数	样本数	样本区间	平均值	标准差	变异系数
含水率/%	281	34.4~99.8	66.28	13.06	0.2	100	24.3~64.7	51.02	7.22	0.14
天然密度/(g·cm^-3)	282	1.34~1.92	1.59	0.08	0.05	100	1.48~1.9	1.68	0.07	0.04
孔隙比	282	1.02~4.11	1.86	0.38	0.21	100	0.76~1.95	1.44	0.19	0.13
有机质/%	88	0.81~4.41	2.24	0.81	0.36	16	1.15~4.67	2.7	1.06	0.39
液限/%	282	30.3~89.5	44.69	9.45	0.21	100	23.3~67.2	43.95	8.92	0.2
塑限/%	282	19.3~48.9	26.18	5.06	0.19	100	16.3~38	25.83	4.88	0.19
塑性指数	282	10.6~40.6	18.51	4.46	0.24	100	7~29.2	18.12	4.09	0.23
液性指数	282	0.09~5.73	2.32	1.03	0.44	100	0.13~3.68	1.5	0.71	0.47
压缩系数/MPa^-1	219	0.39~4.14	1.45	0.59	0.41	81	0.28~1.78	0.96	0.34	0.36
压缩模量/MPa	219	1.05~5.68	2.31	0.92	0.4	81	1.5~7.54	2.89	1.09	0.38
竖向固结系数/(10^-2cm²·s^-1)	82	0.48~5.54	1.8	1.13	0.63	42	0.41~6.48	2.29	1.80	0.78
水平固结系数/(10^-2cm²·s^-1)	67	0.29~5.86	2.27	1.46	0.65	34	0.67~4.6	2.07	1.05	1.15
竖直渗透系数/(10^-6cm·s^-1)	90	0.04~35	3.54	6.67	1.88	24	0.39~2.41	0.39	0.62	1.58
水平渗透系数/(10^-6cm·s^-1)	83	0.03~40.8	5.06	8.57	1.69	16	0.53~1.85	0.53	0.64	1.22
黏聚力c_q/kPa	128	0.4~26.3	7.41	4.87	0.66	59	1.1~42	13.34	6.85	0.51
内摩擦角φ_q/(°)	128	0.1~32.5	6.26	5.46	0.87	59	0.6~25.4	7.39	6.42	0.87
黏聚力c_uu/kPa	69	1.5~13.9	5.98	2.64	0.44	8	3.1~39.6	12.35	11.57	0.94
内摩擦角φ_uu/(°)	69	0~7.8	2.08	2.01	0.96	8	0.4~11.9	6.08	4.34	0.72

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表 2 不同原位试验S_u之间的关系

Table 2 Relationship between S_u in different in-situ tests

试验	线性关系	R²
DMT	S_u,DMT=3.09S_u,VST-15.06	0.955
CPTU	S_u,CPTU=1.76S_u,VST-7.07	0.942
CPT	S_u,CPT=1.04S_u,VST-0.39	0.964
重塑土	S_u,重塑 =1.04S_u,VST-0.39	0.999

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