譚海暉，楊 漣，米德才，楊禮明，吳龍科

（1.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，廣西南寧530011；2.南寧市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，廣西南寧530028）

南寧市粉細砂層抗剪強度參數(shù)取值研究

譚海暉1，楊 漣2，米德才1，楊禮明1，吳龍科1

（1.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，廣西南寧530011；2.南寧市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，廣西南寧530028）

廣西南寧市粉細砂層分布廣泛，隨著許多大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目的相繼啟動，粉細砂抗剪強度的確定對工程有重要意義且勢在必行。在南寧市軌道交通深基坑中獲取92組原狀樣進行室內(nèi)試驗，在3個軌道交通深基坑中進行原位試驗，同時收集南寧市巖土工程勘察報告中粉細砂經(jīng)驗取值，將試驗數(shù)據(jù)與經(jīng)驗值進行對比分析，結(jié)果顯示：南寧市粉細砂層抗剪強度比地區(qū)經(jīng)驗取值稍低，與現(xiàn)行有效標準取值一致。

粉細砂層；抗剪強度；黏聚力；內(nèi)摩擦角；參數(shù)

隨著南寧市經(jīng)濟和社會發(fā)展，城市軌道交通項目、東盟商貿(mào)區(qū)及北部灣經(jīng)濟區(qū)等大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目相繼啟動，這些工程項目建設(shè)需要開挖大量的深基坑。南寧市處于邕江階地，河流沖洪積物分布范圍廣且發(fā)育厚度大，深基坑的開挖揭露了這些河流的沖洪積物，其中，粉細砂層已大范圍揭露。由于形成年代較晚尚未完成固結(jié)，粉細砂層穩(wěn)定性較差，對基坑的開挖造成潛在危害。因此，南寧市粉細砂抗剪強度參數(shù)的研究對保障南寧市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)順利開展有著重大的實際工程意義。

一直以來，巖土層物理力學參數(shù)取值的確定都是巖土工程界的一個技術(shù)難題，國內(nèi)外學者［1-11］采用不同的儀器，通過不同的試驗方法及后期的統(tǒng)計分析對巖土層物理力學參數(shù)的準確取值進行了大量的研究。粉細砂抗剪強度的確定更是當今技術(shù)難題中的一個熱點問題，實際工程中采用的取值一般是由室內(nèi)試驗及工程經(jīng)驗總結(jié)所得，具有一定不確定性。國內(nèi)外學者對粉細砂抗剪強度進行了大量的研究。扈萍等［12］采用柔性真三軸儀對上海粉細砂進行了一系列不同中主應(yīng)力系數(shù)條件下的真三軸試驗，在試驗的基礎(chǔ)上對Mohr-Coulomb強度準則的形狀函數(shù)進行了改進，并采用試驗對改進過后的函數(shù)進行驗證，最終表明三軸條件下的強度準則更能反映粉細砂的真實應(yīng)力狀態(tài)。許成順等［13］利用土工靜力-動力液壓-三軸扭轉(zhuǎn)多功能剪切儀，針對相對密度為30%的福建標準砂，在不排水條件下控制主應(yīng)力方向、中主應(yīng)力系數(shù)、平均主應(yīng)力保持不變，進行了單調(diào)剪切試驗。

如今，南寧市基坑工程開挖揭露了大量的粉細砂層，一般情況下，粉細砂抗剪強度主要是通過鉆探提取粉細砂芯樣，然后通過室內(nèi)試驗獲取，方法比較單一，且使用過程發(fā)現(xiàn)，由于粉細砂黏粒含量較少，在提取巖芯及巖芯運送的過程中易對其造成擾動，從而導(dǎo)致其試驗參數(shù)與真實值存在誤差。本文擬采用室內(nèi)試驗結(jié)合原位測試的方法研究粉細砂的抗剪強度，并通過對比粉細砂室內(nèi)試驗結(jié)果、原位測試結(jié)果及大量軌道交通勘查資料統(tǒng)計分析結(jié)果，總結(jié)南寧市粉細砂抗剪強度規(guī)律，為南寧市基坑支護地方規(guī)范的編制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對南寧市今后地鐵及其它基坑支護設(shè)計和建設(shè)起到很好的參考作用。

1 南寧市地質(zhì)背景研究

南寧市主要位于南寧盆地范圍內(nèi)，南寧盆地地勢自東北向西南傾斜，四面山丘環(huán)繞。城區(qū)范圍為地形相對比較平坦的邕江階地或河流堆積準平原，地勢較開闊、平坦。根據(jù)潘順安［14］研究，南寧市內(nèi)發(fā)育有邕江五級階地，二元結(jié)構(gòu)保存完好，分布面積大。市區(qū)地層巖性較豐富，廣泛分布的有第四系沖積層（巖性為：淤泥、淤泥質(zhì)土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細砂、細砂、中砂、粗砂、礫砂、圓礫、卵石）；第四系殘積黏土、粉質(zhì)黏土；新近系泥巖、粉砂巖、煤層；古近系砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖。南寧市的新構(gòu)造運動以地殼緩慢上升、河谷下切為特征，主要表現(xiàn)為：在古近系組成的向斜盆地邊緣及內(nèi)部的斷層，切割了老第三紀地層；第四紀沉積物的輕微彎曲及相伴產(chǎn)生的斷層；第四紀以來的地殼升降、河谷下切，形成邕江兩岸Ⅰ—Ⅳ級階地［15］。根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖（1∶400萬）》［16］，勘查區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，相當于地震基本烈度為Ⅵ度區(qū)。南寧盆地內(nèi)的地下水，總體上分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水4個大類。南寧市地貌單元分區(qū)圖見圖1。

圖1 南寧市地貌單元分區(qū)圖

2 南寧市粉細砂層力學性質(zhì)研究

2.1 室內(nèi)試驗

在南寧軌道交通11個站點共取原狀樣92組進行室內(nèi)試驗，采用飽和快速剪切和快速剪切的試驗方法獲取粉細砂剪切強度指標。圖2、圖3為粉細砂抗剪強度黏聚力和內(nèi)摩擦角室內(nèi)試驗結(jié)果的分布直方圖。表1為粉細砂剪切強度指標的統(tǒng)計分析表。

圖2 粉細砂黏聚力分布直方圖

圖3 粉細砂內(nèi)摩擦角分布直方圖

表1 粉細砂剪切強度室內(nèi)試驗結(jié)果統(tǒng)計表

由表1可見：南寧市粉細砂黏聚力最大值為14.2 kPa，最小值為0.0 kPa，平均值為4.5 kPa；內(nèi)摩擦角最大值為33.4°，最小值為12.1°，平均值為25.3°。

根據(jù)以往勘察資料，南寧市粉細砂中黏粒含量較少甚至不含黏粒，其黏聚力較小，與試驗結(jié)果基本一致。

2.2 原位試驗

在南寧軌道交通深基坑開挖過程中大面積揭露粉細砂層，有利于開展粉細砂層原位測試。選取粉細砂層發(fā)育較厚的西津站、西鄉(xiāng)塘客運站及安吉綜合基地等3個軌道交通站點進行現(xiàn)場直接剪切試驗。

為了獲取更加準確的剪切強度指標值及降低試驗數(shù)據(jù)的離散性，本文采用面積為0.5 m2（邊長約70.7 cm，高35 cm）的剪力盒進行試驗，反力系統(tǒng)依靠深基坑支護連續(xù)墻、堆載或地錨通過千斤頂來提供，當試驗位置離連續(xù)墻較遠時則采用堆載的方法提供水平及豎直方向的反力，而在連續(xù)墻附近進行實驗時，水平反力可以由連續(xù)墻提供，豎直方向則采用地錨來提供反力。根據(jù)現(xiàn)場試驗區(qū)域大小及粉細砂分布情況，在西津站、西鄉(xiāng)塘客運站和安吉綜合基地出入段線分別開展了2組、2組和5組現(xiàn)場剪切試驗，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 粉細砂層直接剪切試驗結(jié)果

從表2可見：粉細砂層黏聚力平均值為2.05 kPa，內(nèi)摩擦角的平均值為27.3°。從區(qū)域來看，西津站黏聚力介于0.07 kPa～0.58 kPa，內(nèi)摩擦角介于21.3°～23.2°，西鄉(xiāng)塘客運站黏聚力為0 kPa，內(nèi)摩擦角介于22.2°～23.9°，安吉綜合基地出入段線站黏聚力介于0.97 kPa～7.07 kPa，內(nèi)摩擦角介于23.3°～26.1°，可見，安吉綜合基地出入段粉細砂相對密實，黏性顆粒較多，剪切強度指標比其他2個站點稍大，室內(nèi)試驗顆粒分析結(jié)果也驗證了這一觀點。

2.3 勘察資料統(tǒng)計分析

巖土體物理力學參數(shù)經(jīng)驗值是工程建設(shè)人員結(jié)合室內(nèi)試驗、現(xiàn)場原位試驗以及工程類比等基礎(chǔ)上得出的結(jié)果，具有較好的代表性。

搜集南寧市軌道交通1、2號線工程勘察資料70余份，根據(jù)巖土參數(shù)的分析和選定，在巖土工程勘察報告中一般情況下應(yīng)提供巖土參數(shù)的平均值、標準差、變異系數(shù)、數(shù)據(jù)分布的范圍及數(shù)據(jù)的數(shù)量，對軌道交通基坑中各個巖土體參數(shù)進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表3 南寧市粉細砂力學參數(shù)經(jīng)驗值統(tǒng)計表

根據(jù)表3中統(tǒng)計結(jié)果可見：直接快剪試驗參與統(tǒng)計的樣本個數(shù)達到了56個，其黏聚力均為0 kPa，內(nèi)摩擦角介于16°～30°，平均值為24.4°；固結(jié)快剪參與統(tǒng)計的樣本個數(shù)為13個，黏聚力均為0 kPa，而內(nèi)摩擦角介于29°～30°，平均值為29.5°。由于在固結(jié)的過程中空隙水壓力消散，有效應(yīng)力提高，所以固結(jié)快剪試驗得出的內(nèi)摩擦角比直接快剪的稍大。

2.4 與地方標準等資料的對比分析

對廣西附近廣東省、湖北省的地方標準及工程地質(zhì)手冊等資料進行了查閱比較，表4為收集整理的相關(guān)指標一覽表。

表4 現(xiàn)行有效規(guī)范中粉細砂強度參數(shù)表

從表4可見：不同地區(qū)粉細砂強度參數(shù)差別較大，湖北省基坑支護規(guī)范中粉細砂的強度指標是與標貫擊數(shù)密切相關(guān)的，其粉細砂內(nèi)摩擦角取值比南寧市原位試驗值稍大；廣東省基坑支護規(guī)范中給出細砂內(nèi)摩擦角介于25°～32°，較南寧市粉細砂原位試驗值偏大；工程巖土學中將其細分為細砂、粉砂、極細砂土，其內(nèi)摩擦角介于26°～36°，內(nèi)摩擦角較原位試驗值偏大；水利水電工程地質(zhì)手冊中根據(jù)標貫擊數(shù)及孔隙比給出了細砂、極細砂的內(nèi)摩擦角經(jīng)驗值，其值與南寧市粉細砂原位試驗值基本一致。

綜合對比表1～表4可見：室內(nèi)試驗統(tǒng)計結(jié)果與軌道交通勘察報告中經(jīng)驗值的統(tǒng)計分析結(jié)果比較接近，其中室內(nèi)試驗內(nèi)摩擦角φ的平均值與勘察報告中經(jīng)驗值的平均值相差0.9°，室內(nèi)試驗統(tǒng)計的粉細砂黏聚力存在一定的離散性，變異系數(shù)達到了0.71，分析認為粉細砂含泥量差異較大是造成結(jié)果離散性比較大的主要原因；原位試驗獲得的粉細砂層的黏聚力c及內(nèi)摩擦角φ取值小于室內(nèi)試驗、勘察報告資料及相關(guān)地方標準中的取值。

3 結(jié) 論

本文通過室內(nèi)試驗、現(xiàn)場原位試驗、軌道交通基坑勘察資料及相關(guān)地標和參考資料中粉細砂經(jīng)驗值的對比分析，對南寧市粉細砂層的強度參數(shù)進行比較，得出以下結(jié)論：

（1）通過對92組粉細砂室內(nèi)試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析獲得粉細砂的黏聚力平均值為4.5 kPa，內(nèi)摩擦角平均值為25.3°，現(xiàn)場原位試驗獲得粉細砂黏聚力介于0～7.07 kPa，內(nèi)摩擦角介于21.3°～26.1°。

（2）南寧軌道交通勘察報告顯示：粉細砂直接剪切試驗所得黏聚力平均值為0 kPa，內(nèi)摩擦角平均值為24.4°，固結(jié)快剪所得黏聚力平均值為0 kPa，內(nèi)摩擦角平均值為29.5°。

（3）與室內(nèi)試驗、軌道交通勘查資料及相關(guān)地標和參考資料比較，原位試驗獲得的粉細砂剪切強度指標偏小。

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Parameters Determination for Shear Strength of Fine Sand from Nanning

TAN Haihui1，YANG Lian2，MI Decai1，YANG Liming1，WU Longke1
（1.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi 530011，China；2.Nanning Urban and Rural Construction Commission，Nanning，Guangxi 530028，China）

The fine sand is widely distributed in Nanning.As the foundational construction in our country has enhanced，it is very important and urgent to determinate the values of shear strength of fine sand.The shear strength of fine sand by comparing the test results of 92 sets of undisturbed sample was tested in laboratory，in situ test results of 3 rail transit station，and investigation data of rail transit station of Nanning.The results show that the shear strength of fine sand of Nanning is lower than experience value of other places，and consistent with the currently effective standard.

fine sand；shear strength；cohesion；internal friction angle；parameters

TU411

A

1672—1144（2016）05—0140—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.027

2016－07－01

2016－08－25

譚海暉（1968—），男，廣西合浦人，高級工程師，主要從事公路橋梁、道路的勘察設(shè)計及維修加固工作。E－mail：303471354@qq.com