原位測(cè)試求取巖土參數(shù)應(yīng)用總結(jié)

易宙子

(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東深圳 518028)

原位測(cè)試求取巖土參數(shù)應(yīng)用總結(jié)

易宙子?

(深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東深圳 518028)

相對(duì)于鉆探、取樣、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等傳統(tǒng)方法，原位測(cè)試具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，其涉及的土體比實(shí)驗(yàn)室樣品大得多，測(cè)試技術(shù)方法可連續(xù)進(jìn)行，可以得到完整的土層剖面及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，周邊土體中的應(yīng)力未釋放，因而更能反映土體的宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)土的性質(zhì)的影響，能夠獲得接近實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果。本文通過不同原位測(cè)試方法求取幾個(gè)巖土參數(shù)方法的總結(jié)，對(duì)工程勘察過程原位測(cè)試的應(yīng)用具有一定的借鑒作用。

原位測(cè)試；巖土參數(shù)；求取

1 前 言

各種原位測(cè)試手段在巖土參數(shù)的求取中應(yīng)用廣泛。但由于種種原因，實(shí)際勘察工作中，往往僅對(duì)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單羅列，運(yùn)用原位測(cè)試數(shù)據(jù)提參數(shù)建議值的卻很少，本文結(jié)合在深圳地鐵2號(hào)線等項(xiàng)目工程勘察過程原位測(cè)試工作，對(duì)原位測(cè)試求取巖土參數(shù)應(yīng)用方法進(jìn)行了初步探討與總結(jié)，主要包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、螺旋板載荷試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、K30載荷試驗(yàn)等用于求取基床系數(shù)、地基承載力特征值、巖土層變形模量E0和壓縮模量Es、巖土層抗剪強(qiáng)度值。

2 求取基床系數(shù)的方法

2.1 K30試驗(yàn)

根據(jù)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB50307-2012)7.3.10條文說(shuō)明:K30值是指用直徑為30 cm的圓形載荷板試驗(yàn)在P-S曲線上對(duì)應(yīng)地基土變形為0.125 cm時(shí)的P值與變形的比值:

K30=P0.125/0.125

式中:K30——基床系數(shù)(MPa/m)；P0.125——地基土所受的應(yīng)力(MPa)；為便于統(tǒng)一和比較，建議荷載板試驗(yàn)值K30作為標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)K1值。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

據(jù)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》7.3.10條的條文說(shuō)明，基床系數(shù)K與地基土的標(biāo)貫擊數(shù)N的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為K=(1.5～3.0)N(MPa/m)，說(shuō)明中未解釋K值是水平還是垂直，使用中對(duì)水平、垂直向性質(zhì)基本相同的土層，如花崗巖殘積土，所進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，水平、垂直向統(tǒng)一按K=2N(MPa/m)推求。

2.3 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

目前相關(guān)規(guī)范求沒有重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)求取基床系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，本次測(cè)試根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比，建立經(jīng)驗(yàn)公式，建議基床系數(shù)可按K=(3.0～5.0)N63.5(MPa/m)估算。

2.4 旁壓試驗(yàn)

從原理講，旁壓試驗(yàn)為水平加壓，水平變形，符合水平向基床系數(shù)的定義，參照上海市標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(DGJ08-37-2012)10.7.5條的規(guī)定，土的側(cè)向基床系數(shù):Km=△P/△r

本次測(cè)試采用高壓的單腔旁壓儀，其膨脹時(shí)變形為梨形，其△r較實(shí)測(cè)小，故按此方法推出的水平基床系數(shù)略大。

2.5 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)

參照上海市標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》10.8.2條文說(shuō)明的規(guī)定，土的側(cè)向基床系數(shù):Kh=△P/△s

考慮膜片中心位移量1.1mm及平均位移量為2/3中心位移量，得出扁鏟側(cè)向基床反力系數(shù)基準(zhǔn)值Kh0，Kh0=1364△P。

式中λ1、λ2、λ3分別是對(duì)尺寸、基礎(chǔ)形狀與剛?cè)嵝浴⒓雍伤俾实冗M(jìn)行修正。

2.6 螺旋板載荷試驗(yàn)

螺旋板載荷試驗(yàn)適用于深層地基土或地下水位以下的地基土，無(wú)須開挖試驗(yàn)平臺(tái)，可避免產(chǎn)生土體擾動(dòng)及應(yīng)力釋放，理論上可以更加準(zhǔn)確求取土體的真實(shí)基床系數(shù)。

根據(jù)基床系數(shù)定義和螺旋板試驗(yàn)?zāi)Ｐ停蚕禂?shù)可按下式選取:K=αPf/Sf

式中:K——基床系數(shù)(MPa/m)；

Pf——比例界線壓力(MPa)；

Sf——相應(yīng)于該P(yáng)f值的沉降量(m)。

α——基床系數(shù)修正數(shù)。根據(jù)土體條件不同，采取不同的修正系數(shù)，一般取0.5～1.0。

3 求取地基承載力特征值的方法

3.1 靜力觸探試驗(yàn)

按《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》(TB 10018-2003 J 261-2003)10.5.16條文說(shuō)明的方法進(jìn)行，得出地基承載力基本值。

(1)粘性土(Q1～Q3):σ0=0.1ps

2700 kPa≤ps≤6000 kPa

ps≤6000 kPa

(3)軟土(Q4):σ0=0.112ps+5 85 kPa≤ps≤800 kPa

(4)砂土及粉土:σ0=0.89p0.63s+14.4

ps≤24000 kPa

3.2 動(dòng)力觸探試、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

按《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)中動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)有關(guān)確定承載力的條文、表格查表進(jìn)行，可得出地基承載力。

3.3 螺旋板載荷試驗(yàn)

按《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》4.4條文說(shuō)明的方法進(jìn)行，得出地基承載力基本值。

采用拐點(diǎn)法，取臨塑壓力PF為σ0，適用于具有初始直線段的p-s曲線。

3.4 旁壓試驗(yàn)

按《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》7.4.6條文說(shuō)明的方法進(jìn)行，得出地基承載力基本值。

σ0=PF-σho

式中:PF為旁壓的臨塑壓力；σh0為地基土的靜止水平總壓力。

其中，σh0采用以下方法計(jì)算:

粘性土、粉土、砂類土和黃土:σh0=K0σ′v0+pw

式中:K0——靜止土壓力系數(shù)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定:正常固結(jié)及輕度超固結(jié)砂類土、粉土和黃土取0.40，硬塑至堅(jiān)硬狀粘性土可取0.50，軟塑狀粘性土可取0.60，流塑狀粘性土可取0.70；

σ′v0——土的有效自重壓力；pw——土的靜水壓力。軟質(zhì)巖石及風(fēng)化巖石的σh0可取P-V曲線上的p0值。在淤泥質(zhì)粘土等軟土層作旁壓試驗(yàn)時(shí)，鉆具提升后，試驗(yàn)點(diǎn)的軟土回彈縮孔，試驗(yàn)點(diǎn)的孔徑小于旁壓腔的直徑。而后旁壓腔到達(dá)試驗(yàn)點(diǎn)后，對(duì)孔徑強(qiáng)行擠壓至旁壓腔的直徑。在鉆探和反復(fù)擠壓兩種條件的綜合作用下成孔，此方法對(duì)軟土的承載力推算值偏小。

4 求取變形模量E0和壓縮模量Es

4.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

按《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)中3-3-13及表3-3 -15有關(guān)方法進(jìn)行。

(1)E.Schultze＆H.Menzenbach的經(jīng)驗(yàn)公式:

N＞15，Es=4.0+C(N-6)

N＜15，Es=C(N+6)

或Es=C1+C2N

C、C1、C2由同手冊(cè)表3-3-12、表3-3-13確定。

(2)湖北省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院:

E0=1.0658N+7.4306適用于粘性土、粉土。

(3)Webbe:E0=2.0+0.6N

4.2 靜力觸探試驗(yàn)

按《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》表10.5.18進(jìn)行。4.3 螺旋板載荷試驗(yàn)

按《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》4.4條文說(shuō)明的方法進(jìn)行。

E0按下式計(jì)算:E0=ωI1I2(1-μ2)bpF/SF

其中:I1=0.5+0.23b/z；I2=1+2μ2+2μ4

I1——螺旋板埋深z的修正系數(shù)；

I2——與泊松比有關(guān)的修正系數(shù)；

b——螺旋板板徑；

ω——螺旋板形狀系數(shù)，可取0.79；

μ——土的泊松比，參照該規(guī)程第3.4.5條取值；

SF——對(duì)于臨塑壓力pF的沉降。

4.4 旁壓試驗(yàn)

按《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》7.4.8條文說(shuō)明的方法進(jìn)行。

(1)粘性土變形模量E0及壓縮模量Es根據(jù)旁壓剪切模量Gm按表7.4.8-1取值。

(2)砂類土變形模量E0按下式估算:E0=KGm

K——變形模量轉(zhuǎn)換系數(shù)，可按7.4.8-3取值。

5 求取抗剪強(qiáng)度c、φ值

5.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

按《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)表3-3-10中Meyerhof計(jì)算砂土的φ值。按表3-3-11中獲得粘性土的c、φ值。

其中N手與N機(jī)的轉(zhuǎn)換關(guān)系按下式得出:

N手=0.74+1.12N機(jī)，適用范圍:2＜N機(jī)＜23

5.2 靜力觸探試驗(yàn)

按《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》10.5.10-3估算軟土的不排水抗剪強(qiáng)度cu值。

cu=0.04ps+2；式中ps的單位為kPa。

查表10.5.12得出砂類土的內(nèi)摩擦角φ。

5.3 動(dòng)力觸探試驗(yàn)

按《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)表3-2-29得出砂類土的內(nèi)摩擦角φ。

5.4 十字板剪切試驗(yàn)

按《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》的相關(guān)條文說(shuō)明的方法進(jìn)行。

6 工程應(yīng)用實(shí)例

深圳地鐵2號(hào)線位于深圳后海灣，該區(qū)域花崗巖風(fēng)化殘積層厚度可達(dá)到40 m～50 m，區(qū)間隧道埋深20 m～30 m，圍巖主要為花崗巖風(fēng)化殘積層。本線路巖土工程勘察中，對(duì)花崗巖風(fēng)化殘積層按可塑狀和硬塑狀兩種狀態(tài)分層，并分別進(jìn)行了大量的原位測(cè)試，在求取花崗巖殘積土的基床系數(shù)、巖土承載力、壓縮模量、剪切強(qiáng)度等方面進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，根據(jù)前述求取巖土參數(shù)的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和分析，取得了有效的數(shù)據(jù)，提出了各巖土參數(shù)的建議值。各方法計(jì)算成果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

各種測(cè)試方法求取巖土參數(shù)成果表 表1

7 結(jié) 語(yǔ)

原位測(cè)試與鉆探、取樣、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法比較起來(lái)，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，原位測(cè)試涉及的土體積比實(shí)驗(yàn)室樣品大得多，土的很多原位測(cè)試技術(shù)方法可連續(xù)進(jìn)行，可以得到完整的土層剖面及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，周邊土體中的應(yīng)力未釋放，因而更能反映土體的宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)土的性質(zhì)的影響，能夠獲得接近實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果。需說(shuō)明的是，原位測(cè)試手段對(duì)不同性質(zhì)巖土層具有一定的適宜性和局限性，運(yùn)用時(shí)應(yīng)引起注意。通過對(duì)各種測(cè)試手段有效求取各巖土參數(shù)方法的總結(jié)，對(duì)同類工程中原位測(cè)試成果的廣泛應(yīng)用，多種方法求取巖土參數(shù)并互相驗(yàn)證，有一定的借鑒作用。

[1] GB50307-2012.城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2] DGJ08-37-2012.巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3] TB 10018-2003 J 261-2003.鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程[S].

[4] 常士驃，張?zhí)K明.工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007，218～234.

[5] 謝樹彬等.鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

[6] 林宗元.巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[7] 徐超.巖土工程原位測(cè)試[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.

A Summary of Obtain Several Geotechnical Parameters Through In-situ Tests

Yi Zhouzi
(Shenzhen Geotechnical Investigation＆Surveying Institute Co.，Ltd.Shenzhen 518028，China)

Compared with traditionalmethods of drilling，sampling，laboratory experiments，in-situ tests has obvious advantages.In-situ tests samples involvesmore than laboratory，testingmethods can be continued，you can get full soil profile and physical properties，not release of stresses in surrounding soilmass，and thusmore able to reflect the macro structure of soil influence on the soil properties，get close to the actual test results.A summary of obtain several geotechnical parametersmethod，reference of the the engineering investigation process in-situ tests applications.

in-situ measurement；geotechnical parameters；obtain

1672-8262(2013)02-164-03

TU413

B

2013—01—10

易宙子(1978—)，男，高級(jí)工程師，主要從事巖土工程勘察工作。