張世榮，武凡，楊漣，周錚，楊磊，吳龍科

（1.南寧軌道交通集團有限公司，廣西南寧 530022；2.南寧市城鄉(xiāng)建設委員會，廣西南寧 530000；3.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，廣西南寧 530029）

南寧市圓礫層抗剪強度參數(shù)取值研究*

張世榮1，武凡1，楊漣2，周錚3，楊磊1，吳龍科3

（1.南寧軌道交通集團有限公司，廣西南寧 530022；2.南寧市城鄉(xiāng)建設委員會，廣西南寧 530000；3.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，廣西南寧 530029）

采用應力控制式大型直接剪切儀在南寧市5個軌道交通深基坑中進行原位試驗，測得其內(nèi)聚力c及內(nèi)摩擦角φ，對南寧市114項軌道交通勘察報告中的強度參數(shù)建議值進行統(tǒng)計分析，并將其結果與已有大型動靜三軸儀試驗結果進行對比，為南寧市圓礫層強度參數(shù)取值提供依據(jù)。

公路；圓礫層；強度參數(shù)；內(nèi)聚力；內(nèi)摩擦角

南寧市處于邕江階地中，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河流的沖洪積物，河流的沖洪積物由于形成年代較晚尚未固結，其穩(wěn)定性較差，對于粒徑較小的土體尚可通過室內(nèi)試驗測定其原狀樣的力學參數(shù)，但對于粒徑較大的圓礫層由于其易擾動不易在室內(nèi)測定其原狀樣的力學性能。而圓礫層分布范圍廣且厚度大，在已開挖的基坑中多有分布，圓礫層力學參數(shù)取值問題成為基坑支護設計中的一大難題。

國內(nèi)外目前對于圓礫層強度特性的研究成果相對較少。唐開順等采用大型三軸試驗對南寧市兩種不同密實程度的圓礫土力學參數(shù)進行了試驗研究，但室內(nèi)試驗只能對圓礫層的擾動樣進行測定，且在試驗中由于作者對原狀樣篩分之后采用其他地鐵站點勘察報告顆粒級配制作試驗樣品，試驗結果與真實結果存在一定差異。張油軍對南寧市軌道交通一號線沿線巖層組合模型及區(qū)劃進行了研究，但對圓礫層僅做重型動力觸探試驗，未對圓礫層的強度特性進行研究。

地鐵基坑開挖深、揭露的圓礫層面積大，為南寧市圓礫層強度特性的原位試驗提供了千載難逢的好機會，此時又恰逢“南寧市基坑支護規(guī)范”編制，有必要對南寧市各地層的物理力學參數(shù)進行深入研究。該文根據(jù)南寧市勘察資料，結合現(xiàn)場踏勘等手段，利用地理信息系統(tǒng)平臺軟件對圓礫層發(fā)育分布特征進行研究，然后通過現(xiàn)場原位直剪試驗對其強度特性進行研究，利用基坑連續(xù)墻位移監(jiān)測資料及相關設計資料對圓礫層M值進行反演分析，為南寧市基坑支護地方規(guī)范的編制提供基礎數(shù)據(jù)，為基坑支護設計提供參考。

1 南寧市地質背景

南寧市位于南寧盆地，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)潘順安的研究，區(qū)內(nèi)發(fā)育有邕江五級階地，二元結構保存完好，分布面積大。南寧市地層巖性較豐富，分布廣泛的有第四系沖積層（巖性為淤泥、淤泥質土、黏土、粉質黏土、粉土、粉細砂、細砂、中砂、粗砂、礫砂、圓礫和卵石），第四系殘積黏土、粉質黏土，新近系泥巖、粉砂巖、煤層，古近系砂巖、泥質粉砂巖、泥巖。該區(qū)的新構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。根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》，該區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，相當于地震基本烈度為Ⅵ度。

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四大類。

2 南寧市圓礫層力學性質分析

2.1 力學參數(shù)原位試驗分析

如前所述，南寧市圓礫層發(fā)育厚度較大、埋藏

深，對于細粒土尚可在室內(nèi)采用應變控制式直剪儀來測定，而圓礫土的粒徑較大，不能采用應變控制式直剪儀來測定，且圓礫容易擾動不能取原狀樣進行試驗。為了保證圓礫的結構不受擾動，擬采用原位試驗測定其強度參數(shù)。南寧市圓礫層埋藏深度普遍為10～30 m，若單獨進行現(xiàn)場原位試驗則開挖費用昂貴，而目前正值南寧市進行大規(guī)模建設時期，大量建筑基坑及軌道交通基坑被揭露，鑒于此，對基坑開挖中揭露的圓礫層進行原位剪切試驗。

現(xiàn)場原位試驗采用應力控制式直接剪切儀，其剪力盒為方形，長70.7 cm、高35 cm。當試驗位置離連續(xù)墻較遠時，采用堆載的方法提供水平及豎直方向的反力［見圖1（a）］；在連續(xù)墻附近進行試驗時，水平反力由連續(xù)墻提供，豎直方向則采用地錨提供反力［見圖1（b）］。

圖1 現(xiàn)場直剪試驗

對南寧市軌道交通白蒼嶺站、朝陽廣場站、金湖廣場站、民族廣場站、清川站圓礫層進行現(xiàn)場原位剪切試驗，試驗結果見表1。

表1 圓礫層直接剪切試驗結果

從表1可看出：圓礫層內(nèi)聚力平均值為2.2 k Pa，內(nèi)摩擦角平均值為31.3°。分站點來看，朝陽廣場站圓礫層的內(nèi)聚力為2.0～6.8 kPa，內(nèi)摩擦角為31.0°～34.2°；金湖廣場站圓礫層的內(nèi)聚力為0～0.2 k Pa，內(nèi)摩擦角為28.7°～30.0°；民族廣場站圓礫層的內(nèi)聚力為零，內(nèi)摩擦角為27°～29.5°；白蒼嶺站圓礫層的內(nèi)聚力為6.7 k Pa，內(nèi)摩擦角為31.0°；清川站圓礫層的內(nèi)聚力為零，內(nèi)摩擦角為36.9°。

2.2 力學參數(shù)建議值統(tǒng)計分析

巖土體物理力學參數(shù)建議值是工程建設人員通過室內(nèi)試驗、現(xiàn)場原位試驗及工程類比等得出的，具有一定的代表性。收集南寧市114項軌道交通1、2、3號線工程勘察報告中巖土體物理力學建議值中的強度參數(shù)進行統(tǒng)計分析，可較好地反映圓礫層強度大小。圓礫層力學參數(shù)建議值統(tǒng)計結果見表2，內(nèi)摩擦角頻率分布見圖2。

表2 圓礫層力學參數(shù)建議值統(tǒng)計結果

圖2 圓礫層內(nèi)摩擦角φ頻率分布直方圖

從表2、圖2可看出：圓礫層內(nèi)聚力建議值除個別值非零外，其余均為零，說明圓礫層不含黏粒或僅含極少量黏粒；內(nèi)摩擦角φ的分布較集中，其中30°～36°分布較多，34°～36°最為集中，共有40個建設項目的圓礫層內(nèi)摩擦角為34°～36°。

2.3 力學參數(shù)對比分析

唐開順等采用TAJ-2000大型動靜三軸儀對南寧市白沙大橋北岸節(jié)點交通整治工程的圓礫土體進行了試驗，將其試驗結果與上述圓礫層原位剪切試驗結果及軌道交通勘察報告中建議值統(tǒng)計分析結果進行比較，結果見表3。

表3 圓礫層強度參數(shù)對比分析

從表3可看出：通過原位試驗得出的中等密實圓礫層內(nèi)聚力為0～6.7 k Pa，內(nèi)摩擦角為27°～31.0°；大三軸試驗得出的中等密實圓礫層內(nèi)聚力為零，內(nèi)摩擦角為41.0°，大三軸試驗得出的中等密實圓礫層內(nèi)摩擦角較大。通過原位試驗得出的密實圓礫層內(nèi)聚力為0～6.8 k Pa，內(nèi)摩擦角為29.5°～36.9°；大三軸試驗得出的密實圓礫層內(nèi)聚力為零，內(nèi)摩擦角為45.0°，大三軸試驗得出的密實圓礫層內(nèi)摩擦角較大?？辈靾蟾嬷袃?nèi)聚力平均值為0.3 kPa，內(nèi)摩擦角為32.5°。整體上圓礫層密實程度越高，內(nèi)摩擦角越大，主要是由于圓礫層越密實，土的接觸點增加，土體之間的連接增強，土的內(nèi)摩擦角增大。在進行大三軸試驗時，由于環(huán)向圍巖的存在，土體被擠密，空隙比減小，內(nèi)摩擦角增大，得出的內(nèi)摩擦角比原位試驗得出的大。

通過查閱相關文獻，得出南寧市圓礫層強度指標經(jīng)驗值見表4。

表4 南寧市圓礫層強度指標經(jīng)驗值

從表4可見，圓礫層強度指標經(jīng)驗值比現(xiàn)場原位試驗中強度值小。這是由于原位試驗中圓礫層未受擾動，而表4中圓礫層均受不同程度的擾動，導致其強度降低。

3 結論

（1）通過現(xiàn)場原位剪切試驗得出的圓礫層內(nèi)聚力為0～6.8 k Pa，內(nèi)摩擦角為27.0°～36.9°；大型三軸試驗得出的內(nèi)聚力為零，內(nèi)摩擦角為41°～45°；勘察報告建議的內(nèi)聚力平均值為0.3 k Pa，內(nèi)摩擦角平均值為32.5°。工程實踐中強度參數(shù)應根據(jù)圍壓大小、支護結構形式、地質條件等因素綜合確定。

（2）隨著圓礫密實程度的增加，其強度參數(shù)不斷提高，這主要是由于圓礫密實程度增加，圓礫之間的接觸面積增大，強度參數(shù)增加。

（3）大型三軸試驗得出的圓礫層強度參數(shù)較高，比現(xiàn)場原位試驗所得結果高4°～14°，其原因主要是大三軸試驗過程中圍壓的存在增加了圓礫之間的接觸點。

（4）現(xiàn)場原位試驗所得強度參數(shù)比南寧市圓礫層強度參數(shù)經(jīng)驗取值大，這是由于原位試驗試樣結構保存較完整，其強度值較大。

［1］ 唐開順，謝雄耀，楊磊.圓礫土大型三軸試驗力學特性研究［J］.地下空間與工程學報，2014，10（3）.

［2］ 張油軍.南寧市軌道交通一號線沿線巖層組合模型及區(qū)劃研究［D］.南寧：廣西大學，2012.

［3］ 潘順安.南寧市新構造運動特征及其意義［J］.廣西地質，2000，13（1）.

［4］ 韋漠，蘇力才，梁官華，等.廣西地礦局科技業(yè)務樓深基坑施工實例［J］.探礦工程：巖土鉆掘工程，2006（8）.

［5］ 吳金娜.基于南寧盆地地層組合的高層建筑地基—基礎（短樁）的共同作用分析［D］.南寧：廣西大學，2007.

［6］ 麥穎.南寧地下連續(xù)墻設計與實測對比研究：以西關廣場深基坑工程為例［D］.南寧：廣西大學，2012.［7］ 黃鐘暉，楊磊.圓礫層地區(qū)基坑圍護選型及穩(wěn)定性分項系數(shù)統(tǒng)計分析［J］.工程地質學報，2013，21（3）.

［8］ 周光孔.樁端為堅實巖土層的群樁承載力［J］.廣西土木建筑，1997（2）.

［9］ 余宏明，胡艷欣，唐輝明.紅色泥巖風化含礫粘土的抗剪強度參數(shù)與物理性質相關性研究［J］.地質科技情報，2002，21（4）.

U416.1

A

1671-2668（2016）06-0080-03

2016-04-10

南寧市軌道公司《南寧市基坑工程主要巖土層物理力學參數(shù)取值研究》