柳陽 付超

(信陽師范學(xué)院土木工程學(xué)院，河南信陽 464000)

0 引言

靜力觸探試驗(yàn)(CPT)是原位測試技術(shù)中最重要的一種。1932年荷蘭工程師P.Barentsen首先進(jìn)行手動的荷蘭錐灌入試驗(yàn);1948年荷蘭工程師Bakker研制出世界上第一個電測式探頭;1957年荷蘭Delft土力學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制出第一臺能測定側(cè)摩阻力的電測式探頭;1980年Roy等設(shè)計了第一臺能同時測定錐尖阻力qc、側(cè)摩阻力fs和孔隙壓力u的三相探頭。靜力觸探試驗(yàn)具有測試數(shù)據(jù)精度高，快速、連續(xù)、效率高、功能多和干擾小等優(yōu)點(diǎn)，因此，目前，被廣泛的應(yīng)用在土層結(jié)構(gòu)的劃分和定名、評估工程性質(zhì)指標(biāo)以及為工程設(shè)計提供直接的結(jié)論性的判斷等方面［1-3］。

1 土體定名方法的研究

1965年Begemann［4］首創(chuàng)了根據(jù)錐尖阻力qc和側(cè)摩阻力fs的關(guān)系(即摩阻比Fr=qc/fs)來確定土體的名稱，并繪制了相應(yīng)的土體分類圖。雖然該方法由于使用機(jī)械錐和受場地條件限制等原因未能得到大面積的推廣，但仍具有非常重要的意義。Sanglerat(1974)和Schmertmann(1978)在改用機(jī)械錐后，也根據(jù)摩阻比Fr和對數(shù)化的錐尖阻力的關(guān)系，分別給出了各自的土體分類方法和分類圖［5］。此后，隨著電測式探頭的出現(xiàn)和使用，Douglas和Olsen(1981)、Vos(1982)、Jones和 Rust(1982)等［6］也提出了自己的土體方法和分類圖。1986年Robertson等［6］在考慮了由于端阻力qc和側(cè)摩阻力fs在接觸面上的差異而引起的尺寸效應(yīng)和孔隙水壓力u的共同影響下，提出可根據(jù)修正后的端阻力qt與摩阻比Fr的關(guān)系劃分土類，并繪制了包含12種類型的土體分類圖;1990年Robertson又在前述方法的基礎(chǔ)上，增加了上覆壓力的影響，提出根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的摩阻比RF與標(biāo)準(zhǔn)化的端阻力Qt的關(guān)系，繪制了一個包含了7種類型的新型土體分類圖。1997年Fellenius和Eslami［5］又根據(jù)靜力觸探試驗(yàn)在樁基設(shè)計中所取得的成果，在考慮了有效應(yīng)力影響的基礎(chǔ)上，提出了一個基于側(cè)摩阻力fs與有效端阻力qE，且包含五種類型的對數(shù)表示的土體分類圖。

2 CPTU在土體定名中的應(yīng)用

采用GEOTECH公司提供的孔壓靜力觸探設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，場地選擇在河南省信陽市寶石橋附近某建筑工地，試驗(yàn)最大測試深度為10.7 m。首先，根據(jù)CPTU試驗(yàn)所獲得的連續(xù)讀數(shù)，將土體劃分為五層［7］，分層結(jié)果見圖1。其次，對CPTU的試驗(yàn)讀數(shù)進(jìn)行處理，并分別繪制摩阻比和修正后的端阻力(Fr—qt)、標(biāo)準(zhǔn)化的摩阻比和標(biāo)準(zhǔn)化的錐尖阻力(Fr—Qt)以及側(cè)摩阻力和有效端阻力(fs—qE)的三幅關(guān)系圖，見圖2～圖4。再次，結(jié)合圖2～圖4的特點(diǎn)以及Robertson和Fellenius的土體分類圖，分別確定各層土的組成情況。最后，將上述三種土體的分類情況與鉆孔取樣后的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行匯總并比較，其比對情況見表1，表2，并評價各種方法的精確程度。

圖1 采用孔壓靜力觸探試驗(yàn)劃分土層（單位：m）

圖2 摩阻比Fr與修正后的端阻力qt

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化的摩阻比RF與標(biāo)準(zhǔn)化的端阻力Qt

圖4 側(cè)摩阻力fs與有效端阻力qE

表1 CPTU與室內(nèi)試驗(yàn)所確定的土體定名表

表2 CPTU與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果比對表

根據(jù)表1和表2進(jìn)一步比對，可發(fā)現(xiàn):

1)由Robertson關(guān)于 Fr—qt的分類結(jié)果可看出，該法僅在“2.8 m～5.5 m”處得到了錯誤的結(jié)論，而其他土層的判斷結(jié)果均較為準(zhǔn)確。

2)由Robertson關(guān)于RF—Qt的分類結(jié)果可看出，該法僅在“0 m ～2.8 m”和“5.5 m ～7.6 m”獲得了較為準(zhǔn)確的結(jié)果，而其余三層均與室內(nèi)結(jié)果存在差異，誤差最大。

3)由Fellenius＆Eslami關(guān)于fs—qE的分類結(jié)果可看出，該法在除了“2.8 m～5.5 m”以外的土層，均獲得了令人滿意的結(jié)果，與室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果最為接近。

4)在上述三種分類方法中，“0 m ～2.8 m”和“5.5 m ～7.6 m”兩層的分類結(jié)果與其余三層相比，均具有更高的準(zhǔn)確度，這說明無論是采用Robertson還是Fellenius＆Eslami的方法，在確定細(xì)粒土，特別是黏土?xí)r，均具有更高的識別度。

5)經(jīng)比較，可得出上述三種分類方法的精確度存在以下關(guān)系:fs—qE最高，F(xiàn)r—qt次之，RF—Qt最低。同時，需要注意的是，由于試驗(yàn)數(shù)量、探測深度以及土的應(yīng)力狀態(tài)等影響，上述三種分類方法精確程度的關(guān)系可能存在變化。當(dāng)然，值得肯定的是，三種分類方法均已具備了一定的準(zhǔn)確度。

3 結(jié)語

本試驗(yàn)采用孔壓靜力觸探的試驗(yàn)參數(shù)來確定各層土體的類型，并與鉆孔取樣后的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn):

1)與鉆孔取樣后的室內(nèi)試驗(yàn)相比較，孔壓靜力觸探試驗(yàn)可根據(jù)Fr—qt，RF—Qt和 fs—qE三幅圖的特點(diǎn)，確定各層土的類型。其中，fs—qE的精度最高，F(xiàn)r—qt次之，RF—Qt最低;

2)無論采用Robertson還是Fellenius＆Eslami的分類方法，在區(qū)別細(xì)粒土，特別是黏土?xí)r，均具有更高的辨識度。

［1］Lunne T.Cone penetration testing in geotechnical practice［M］.London:Blackie Academic and Professional，1997.

［2］Robertson P K.Soil behaviour type from the CPT:an update［C］.2nd International symposium on cone penetration testing，2010.

［3］Mayne P W.Cone penetration testing-a synthesis of highway practice.NCHRP Synthesis 368［R］.Atlanta:Georgia Institute of Technology，2007.

［4］Begemann H K S.The friction jacket cone as an aid in determining the soil profile［C］.Proceedings of the 6th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering，ICSMFE，Montreal，1965:17-20.

［5］Fellenius B H，Eslami A.Soil Profile interpreted from CPTU data［C］.“Year 2000 Geotechnics”Geotechnical Engineering Conference，2000.

［6］Robertson P K.Use of Piezometer Cone data［C］.In-Situ’86 Use of In-situ testing in Geotechnical Engineering.Specialty Publication，1986:1263-1280.

［7］付 超.靜力觸探實(shí)驗(yàn)在土層劃分中的應(yīng)用研究［J］.信陽師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，26(2):305-308.

［8］付 超.淺析靜力觸探試驗(yàn)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.四川建材，2011，37(4):67-68.