宋國文, 李大華, 韓孟君

(1.安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,安徽 合肥 230601;2.安徽建工集團(tuán)股份有限公司,安徽 合肥 230601)

0 引 言

此項(xiàng)技術(shù)在我國應(yīng)用較為廣泛[1-4],許多國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)研究出不同地區(qū)標(biāo)貫擊數(shù)與土的部分物理力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系式[5-10]。例如,江蘇省水利工程總隊(duì)研究出標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與地基承載力的經(jīng)驗(yàn)回歸式P0=23.3N,冶金部成都勘察公司利用經(jīng)驗(yàn)回歸建立出P0=56N-558和P0=19N-74,分別適用于不同性質(zhì)土層。各地區(qū)還建立標(biāo)貫擊數(shù)N與土壓縮模量Es和變形模量E0之間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。例如,湖北省水利電力勘察設(shè)計(jì)院建立E0=1.6058N+7.4306,適用于黏性土和粉土,武漢城市規(guī)劃設(shè)計(jì)院建立了E0=1.4135N+2.6156,適用于武漢地區(qū)黏性土和粉土,西南綜合勘察院建立了Es=10.32+0.276N,適用于唐山新市區(qū)粉細(xì)沙。湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)利用標(biāo)貫擊數(shù)平均值確定淤泥質(zhì)土、黏性土剪切波速表和粉細(xì)砂的剪切波速表。

國外一些學(xué)者根據(jù)大量的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果得出了砂土自重壓力對標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果有很大作用的影響,在有效粒徑范圍內(nèi)的飽和粉土及細(xì)砂,當(dāng)其密度大于一臨界時(shí),貫入阻力將會偏大,需要將其標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行修正。他們經(jīng)過一系列的工程實(shí)踐分析,也建立了不同地區(qū)土的部分物理力學(xué)參數(shù)與標(biāo)貫擊數(shù)之間的表達(dá)式用來估算土層的內(nèi)聚力,用標(biāo)貫擊數(shù)N值與砂性土、黏性土和軟巖的抗剪強(qiáng)度、變形模量及樁基承載力之間的關(guān)系式、用標(biāo)貫擊數(shù)N值預(yù)估樁尖阻力和樁身阻力等。Sshultze&Menzen bach建立了土的壓縮模量與標(biāo)貫擊數(shù)之間的關(guān)系式Es=7.1+0.49N,適用于地下水位以下細(xì)砂,Peck建立砂土N與內(nèi)摩擦角φ經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式φ=0.3N+27。

1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)要點(diǎn)

①先用鉆具鉆至試驗(yàn)土層高程15cm處,清除殘土,并應(yīng)避免試驗(yàn)土層受刀擾動。

②貫入前,應(yīng)擰緊探桿探頭,將貫入器放入孔內(nèi),避免沖擊孔底,注意保持貫入器、探桿、導(dǎo)向桿的垂直度。孔內(nèi)宜加導(dǎo)向器,保證穿心錘中心施力,試驗(yàn)應(yīng)采用自動脫鉤的自由落錘法進(jìn)行錘擊,錘擊速率應(yīng)小于每分鐘30擊。

③將貫入器豎直打入土層中15cm后,開始記錄每打入10cm的擊數(shù),累計(jì)打入30cm的擊數(shù),定為實(shí)測擊數(shù)N。密實(shí)土層中貫入度不足30cm而擊數(shù)超過50擊時(shí),應(yīng)終止試驗(yàn)并記錄實(shí)際貫入度Δs和累計(jì)擊數(shù)n,按式(1)換算成貫入30cm擊數(shù)N。

④拔出貫入器,取出貫入器中的土樣進(jìn)行鑒別,描述記錄。必要時(shí)妥善保存土樣以備試驗(yàn)之用。試驗(yàn)原始記錄應(yīng)保存完好。

⑤根據(jù)記錄表中的數(shù)據(jù),應(yīng)將實(shí)測擊數(shù)N與試驗(yàn)深度d的關(guān)系曲線繪制于同一直角坐標(biāo)圖中,并應(yīng)結(jié)合場地勘察結(jié)果分層,算出該試驗(yàn)孔各分層土的實(shí)測平均值,計(jì)算時(shí)應(yīng)剔除異常值。

⑥應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N值是否修正和如何修正應(yīng)根據(jù)建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系時(shí)的具體規(guī)定而定。

2 室外標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)

2.1 主要土層分布情況及部分物理力學(xué)參數(shù)

通過對許昌市某道路工程詳勘階段鉆探成果,該地區(qū)土層0～15m范圍大致由第四系全新統(tǒng)人工雜填土、粉土以及粉質(zhì)黏土組成。

①雜填土:雜色,松散,由建筑垃圾,生活垃圾,含植物根組成。②粉土:黃褐色,稍密,稍濕,含少量鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)及鈣質(zhì)結(jié)核。③粉質(zhì)黏土:黃褐色,可塑,含少量鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)及鈣質(zhì)結(jié)核,無震搖反應(yīng),稍有光澤,干強(qiáng)度中等,韌性中等。土層情況,見表1。

表1 該地區(qū)第四系主要地基土層信息

對現(xiàn)場采取的土樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn),得出該地區(qū)的粉土層的物理力學(xué)參數(shù)。該地區(qū)粉土物理力學(xué)參數(shù),見表2,表3。

表2 該地區(qū)粉土物理力學(xué)參數(shù)

表3 該地區(qū)粉土物理力學(xué)參數(shù)

從表2中可知,該地區(qū)的粉土含水率最低為8.9%,最高為28.7%,含水率較高,飽和度最低為46%,最高為97%,說明局部粉土層含有地下水較豐富。

2.2 標(biāo)貫擊數(shù)分析

將現(xiàn)場粉土層所進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)以及對應(yīng)土層的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),見表4。

表4 標(biāo)貫修正擊數(shù)與粉土物理力學(xué)參數(shù)

0.22 7.06 14.6 23.5 0.77 0.51 7.9 9.6 0.21 7.51 15.3 23.9 0.727 0.44 7.9 10 0.18 7.95 15.8 24.3 0.692 0.33 8.1 10.4 0.16 8.39 16.4 25.0 0.659 0.29 8.6 12 0.14 9.24 17.5 26.2 0.63 0.25 9 13 0.14 11.92 18.2 27.1 0.591 0.19 9.2 13.5 0.13 13.64 19.3 27.9 0.516 0.13 9.6 8

2.3 標(biāo)貫擊數(shù)與粉土物理力學(xué)參數(shù)分析

通過表3數(shù)據(jù),現(xiàn)將該地區(qū)粉土部分物理力學(xué)參數(shù)與標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行分析,見圖1至圖7。

圖1 粉土的N-α關(guān)系曲線圖

圖2 粉土的N-Es關(guān)系曲線圖

圖3 粉土的N-c關(guān)系曲線圖

圖4 粉土的N-φ關(guān)系曲線圖

圖5 粉土的N-e關(guān)系曲線圖

圖6 粉土的N-IL關(guān)系曲線圖

圖7 粉土的N-IP關(guān)系曲線圖

從圖1至圖7分析結(jié)果可知,該地區(qū)粉土的壓縮系數(shù)α,壓縮模量Es,粘聚力c,內(nèi)摩擦角φ,孔隙比e,液性指數(shù)I L及塑性指數(shù)I P7個(gè)物理力學(xué)參數(shù)與標(biāo)貫擊數(shù)N具有良好的線性關(guān)系,并通過線性回歸建立了兩者之間的表達(dá)式,見表4。

表4 標(biāo)貫擊數(shù)與粉土物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)的回歸方程

其中壓縮系數(shù)α,孔隙比e以及液性指數(shù)I L與標(biāo)貫擊數(shù)N成良好的負(fù)向線性相關(guān),相關(guān)系數(shù)R分別為-0.9655,-0.9798,-0.9804。壓縮模量Es,粘聚力c,內(nèi)摩擦角φ以及塑性指數(shù)I P與標(biāo)貫擊數(shù)成良好的正向線性相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.8851,0.9417,0.9426,0.9321以及通過F檢驗(yàn)相關(guān)性顯著。

3 推算值與實(shí)測值誤差合理范圍分析

將圖1至圖7所建立的標(biāo)貫擊數(shù)與粉土的7個(gè)物理力學(xué)參數(shù)方程進(jìn)行合理的誤差范圍分析,結(jié)果見表5。

表5 參數(shù)對比結(jié)果

通過表4誤差分析可知,在滿足參數(shù)方程適用的地質(zhì)條件下,利用參數(shù)方程所預(yù)測的粉土部分物理力學(xué)參數(shù)可信,誤差值在工程允許范圍內(nèi)0～15%。

4 結(jié) 論

(1)通過室外標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了該地區(qū)粉土的7個(gè)物理力學(xué)指標(biāo),從而建立了該地區(qū)標(biāo)貫擊數(shù)與粉土的部分物理力學(xué)參數(shù)方程,α=-0.02055N+0.39694,Es=0.75074N+1.36894,c=0.58227N+10.47054,φ=0.59124N+19.0498,e=-0.0375N+1.06416,I L=-0.08456N+1.23843,I P=0.2368N+6.05931。相關(guān)系數(shù)R分別為0.9655,0.8851,0.9417,0.9426,0.9798,0.9804及0.9321相關(guān)性均較高。

(2)該地區(qū)粉土的壓縮模量Es,粘聚力c,內(nèi)摩擦角φ,塑性指數(shù)I P,壓縮系數(shù)a,孔隙比e以及液性指數(shù)I L7個(gè)物理力學(xué)參數(shù)均可用建立的線性回歸方程進(jìn)行定量的預(yù)測,預(yù)測值可靠,有較高的精準(zhǔn)度,誤差范圍在0～15%,滿足工程需求。

(3)研究成果,可用標(biāo)貫錘擊數(shù)判斷該地區(qū)土層的部分物理力學(xué)指標(biāo)的預(yù)測有一定的指導(dǎo)作用,對該地區(qū)的巖土勘察活動增加經(jīng)驗(yàn),當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)降低成本。