綜合原位測試在巖土工程勘察中的應(yīng)用研究

1、 綜合原位測試在巖土工程勘察中的應(yīng)用研究 摘要：多種原位測試方法應(yīng)用于工程勘察中將有效提高對土體性能的客觀判定，可通過不同測試方法的優(yōu)勢互補獲取可靠的土體性能參數(shù)，避免由于單一測試方法的局限性可能產(chǎn)生的不利因素。本文結(jié)合某巖土工程勘察項目，綜合應(yīng)用扁鏟測試和靜力觸探測試方法，分別對黏性土、粉土和砂土進行靜力觸探和扁鏟側(cè)脹試驗。研究成果表明：扁鏟側(cè)脹試驗僅需測試3個參數(shù)，即可獲取大量的物理力學參數(shù)，比靜力觸探具有較明顯優(yōu)勢；不同性質(zhì)土層壓縮模量皆可用比貫入阻力的冪指數(shù)關(guān)系進行表達；對于不同性質(zhì)的土層，扁鏟側(cè)脹試驗與靜力觸探試驗獲取的壓縮模量之間的差異明顯。關(guān)鍵詞:扁鏟側(cè)脹；靜力觸探；工程勘察；力

2、學參數(shù)；原位測試扁鏟側(cè)脹試驗與靜力觸探試驗作為巖土工程測試領(lǐng)域中重要的兩種原位測試方法，在巖土工程勘察中得到廣泛的應(yīng)用1-3。扁鏟側(cè)脹試驗?zāi)軌蛱峁┩馏w橫向力學性能測試參數(shù)，而靜力觸探試驗則可以提供土體垂向的力學性能測試參數(shù)，綜合兩種測試手段應(yīng)用于巖土工程勘察，可以大幅度地提高所提供參數(shù)的可靠度，降低單一方法所帶來的原理和設(shè)備產(chǎn)生的誤差。同時把兩種測試方法所得的測試參數(shù)進行對比，綜合考慮各種測試方法的局限性和優(yōu)勢互補，進而可為巖土參數(shù)的綜合分析提供更加合理的解決方案4。本文結(jié)合某巖土工程勘察項目，綜合應(yīng)用扁鏟測試和靜力觸探測試方法，對黏性土、粉土和砂土的剛度計算參數(shù)壓縮模量、強度計算參數(shù)不排水剪

3、強度進行研究，研究成果可為類似工程提供基礎(chǔ)資料和參考借鑒。1 測試方法和設(shè)備扁鏟側(cè)脹試驗是利用貫入設(shè)備將鏟形探頭貫入預(yù)定深度的土體中，對鏟形探頭側(cè)壁安裝的60mm鋼薄膜進行施加氣壓，讀取鋼薄膜分別膨脹至0.05 mm，1.10 mm和恢復(fù)至0.05 mm位置時的氣壓，進而利用理論和經(jīng)驗公式計算相關(guān)物理力學參數(shù)。測試設(shè)備采用意大利marchetti flat dilatometer設(shè)備。單橋靜力觸探（cpt）是我國特有的一種靜力觸探方法，測試時靜力觸探探頭以一定的速率壓入土中，利用探頭內(nèi)的力傳感器，通過電子量測器將探頭受到的貫入阻力記錄下來。由于貫入阻力的大小與土層的性質(zhì)有關(guān)，因此通過貫入阻力的

4、變化情況，可以達到了解土層工程性質(zhì)的目的。測試設(shè)備采用wsy-b雙缸液壓靜力觸探機，探頭直徑為10 cm，貫入速度：1.02.0 cm/s。2 場區(qū)工程地質(zhì)條件根據(jù)本次勘探成果，擬建場地覆蓋層由近代人工填土層（qml）、第四系全新統(tǒng)湖積（q4l）、沖積（q4al）、沖洪積（q4al+pl）淤泥、一般黏性土、淤泥質(zhì)土、互層土、砂土及碎石類土組成；下伏基巖主要為白堊-下第三系東湖群（k-edn）砂礫巖、粉砂質(zhì)泥巖，少數(shù)鉆孔揭露灰?guī)r。根據(jù)本次勘探成果，結(jié)合室內(nèi)土工試驗成果報告，場區(qū)內(nèi)經(jīng)扁鏟側(cè)脹與靜力觸探試驗測試的主要地層由新至老分述如下：-1雜填土（qml）：雜色，飽和，主要由黏性土、砂土夾磚塊、碎

5、石、塊石、爐渣等建筑組成該層地表普遍有厚度1550 cm厚的混凝土地坪。-1黏土（q4al+pl）：黃褐色、飽和，呈可塑狀，含少量鐵錳質(zhì)氧化物，局部含大量螺殼，切面較光滑，屬中等壓縮性土。-4淤泥質(zhì)黏土（q4al+pl）：灰褐色，飽和，流塑狀態(tài)，富含有機質(zhì)，具流變性，有腐臭味，屬于高壓縮性土。該層土全線普遍分布。-5粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂互層（q4al+pl）：褐灰色、灰色，飽和；粉質(zhì)黏土主要呈流塑狀，粉土呈中密狀，粉砂呈松散稍密狀，屬高壓縮性土。-1粉砂（q4al+pl）：褐黃色、飽和、呈稍密狀態(tài)，礦物成分主要為石英、長石，少量云母片，局部混少量黏性土，屬中等壓縮性土。-2粉細砂（q4al+p

6、l）：青灰色，飽和，呈中密狀態(tài)，砂質(zhì)較均勻，礦物成分主要為石英、長石，少量云母片，局部含木屑，屬于中等偏低壓縮性土。圓礫（q4al+pl）：灰色，飽和，中密，主要由圓礫和卵石組成，屬于低壓縮性土。礫卵石粒徑2100 mm不等，最大直徑大于20 cm，卵石多呈次圓狀，礫石呈次圓次棱角狀，成分以石英砂巖、硅質(zhì)巖為主。3 綜合測試成果分析3.1 參數(shù)測試成果圖1為場區(qū)典型單橋靜力觸探數(shù)據(jù)曲線，并根據(jù)鉆探揭示各土層厚度將曲線劃分為各段，從圖中可以看出，比貫入阻力與土層的力學性質(zhì)有關(guān)，各段的曲線能夠較好地反映土層的力學性質(zhì)，在-1雜填土層，由于土層成份不均，含有磚塊、碎石等硬質(zhì)顆粒組成，因此其數(shù)據(jù)曲線起

7、伏變化較大，而-1黏土、-4淤泥質(zhì)黏土為第四系新近沉積土，土質(zhì)均勻，因此比貫入阻力曲線起伏變化不明顯，且逐漸增加，而-5粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂互層、-1粉砂、-2粉細砂層，由于土質(zhì)不均，含有夾層或互層等因素，造成比貫入阻力曲線起伏劇烈。圖2為場區(qū)扁鏟側(cè)脹試驗實測曲線，從圖中可以看出，a值、b值、c值隨著深度的增加而逐漸增加，而b值與a值的差值與土性有關(guān)，黏性土差值較小，而砂土的差值較大，且隨著深度的增加差值逐漸加大。圖1 典型靜力觸探比貫入阻力實測曲線與鉆探分層對比 圖2 典型扁鏟側(cè)脹實測曲線與鉆探分層對比3.2 參數(shù)相關(guān)關(guān)系分析對場區(qū)黏性土、粉土、砂土的壓縮模量與比貫入阻力進行擬合分析表明，兩

8、者具有明顯的冪指數(shù)關(guān)系，如方程（1）（3）： （1） （2） （3）圖3 扁鏟側(cè)脹與靜力觸探試驗壓縮模量對比圖3為扁鏟側(cè)脹試驗與靜力觸探試驗壓縮模量與土類指數(shù)的關(guān)系對比，從圖中可以看出，對于黏性土（土類指數(shù)id0.6），扁鏟側(cè)脹試驗與靜力觸探試驗壓縮模量值較為集中，且數(shù)值相近，而對于粉土（0.6土類指數(shù)id1.8），隨著土類指數(shù)的增加，扁鏟側(cè)脹試驗獲取的壓縮模量逐漸偏離靜力觸探試驗獲取的壓縮模量范圍界限（圖中實線），且數(shù)值偏大，而對于砂土（1.8土類指數(shù)id），扁鏟側(cè)脹試驗與靜力觸探試驗獲取的壓縮模量離散型較大。4 結(jié)語（1）扁鏟側(cè)脹試驗僅需測試3個參數(shù)，即可通過經(jīng)驗公式計算土體的土類指標、水

9、平應(yīng)力指數(shù)、靜止側(cè)壓力系數(shù)、不排水剪切強度、側(cè)脹模量、壓縮模量以及側(cè)向反力基床系數(shù)，可以獲取較多的土體側(cè)向物理力學參數(shù)。（2）不同性質(zhì)土層壓縮模量皆可用比貫入阻力的冪指數(shù)關(guān)系進行表達，具體如公式方程（1）（3）所示。（3）對于不同性質(zhì)的土層，扁鏟側(cè)脹試驗與靜力觸探試驗獲取的壓縮模量之間的差異明顯，隨著土類指數(shù)id的增加，兩者的數(shù)值由相近變?yōu)橹饾u偏離，最后變?yōu)闊o明顯規(guī)律。參考文獻：1 任士房,曾洪賢.深層孔壓靜力觸探技術(shù)的應(yīng)用研究j.工程勘察,2018,4:7-11.2 馬淑芝, 湯艷春, 孟高頭等. 孔壓靜力觸探測試機理方法及工程應(yīng)用m.武漢:中國地質(zhì)大學出版社, 2007 (2): 21-24.3 marchetti, s.in situ tests by flat dilatometer. jnl