用標貫擊數評價黏性土物理參數

張 坤，王 迅

(中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 134001)

0 引言

黏性土的液性指數是評價估算黏性土的物理、力學性質的重要指標。在野外勘察中，受巖心擺放時間、氣溫、地質人員工作經驗的影響，判定的塑性狀態與室內試驗值經有常較大出入，因此建立巖土物理參數與標貫試驗(SPT)擊數N 的經驗關系式，不失為一種比較科學、直觀的方法。

本文分析了哈爾濱市松北灌排體系及水生態環境建設工程2009年—2011年具有代表性的標貫試驗與土工試驗資料，對其進行一元線性回歸分析，建立線性回歸方程。設以變量X 代替標準貫入試驗實測錘擊數N，以變量Y 代替黏性土狀態指標IL。

1 數據選取

哈爾濱市松北灌排體系及水生態環境建設工程位于松花江左岸、哈爾濱市松北區，共完成勘探鉆孔4 000余個，總進尺3 萬余米，土樣試驗組數5 500 余組。本區第四系地層廣布，厚度30～80 m，由于淤泥質黏土標貫擊數極低，無評價意義，本文針對湖積環境灰色黏土及灰色粉質黏土進行統計，共收集367 組黏性土原狀樣土工試驗成果，對應標貫組數304 組。根據土工試驗成果中塑性狀態和標貫擊數分別進行統計，計算其平均值φm、標準差σf、變異系數δ［1－3］。

試驗指標中的重大失誤或非代表性的數據用Grubbs 準則判別，并采用三倍標準差法剔除異常數據，然后進行統計分析。統計數據見表1、表2。

2 一元線性回歸分析

一元線性回歸數學模型Y=f(X，u)，設回歸系數為a、b。利用最小二乘法:

由此求出回歸系數:

將表1 中標貫擊數N 定義為X 軸，液性指數IL定義為Y 軸，分別做出黏土與粉質黏土的標貫擊數—液性指數散點圖，見圖1～2。

如圖容易得出變量X、Y 之間存在線性相關關系，建立Y 倚X 線性關系。得出回歸方程(見表3):

表1 黏土標貫擊數與液性指數統計表Table 1 Statistical table of SPT blow count of clay and liquidity index

表2 粉質黏土標貫擊數與液性指數統計表Table 2 Statistical table of SPT blow count of silt clay and liquidity index

圖1 液體指數—標貫擊數(粘土)Fig.1 Liquidity index-SPT blow count

表3 回歸方程表Table 3 Regression equation

圖2 液性指數—標貫擊數(粉質粘土)Fig.2 Liquidity index-SPT blow count(silt day)

相關系數位于0.90 左右，可見標貫擊數與液性指數存在較高的線性關系，液性指數隨標貫擊數的增加而減小。并且黏土與粉質黏土的N-IL 線性方程相差不大，可合并黏性土經驗公式:IL=－0.026N +0.790。

表4 標貫經驗公式表Table 4 Table of empirical formula of standard penetration

3 公式驗證與應用

為了驗證該公式，把回歸預測值與實際物理參數作比較，抽取松北區松花江避暑城內河水系工程及松北灌排體系補充工程中30 組原狀土室內試驗來驗證，液性指數偏差算數平均值為9.87%，較接近，驗證了回歸方程的適用性。

另根據經驗公式得出表4。

該表與地質工程手冊(第四版)“實測擊數N 和黏性土液性指數IL的關系”存在部分差異，筆者認為，當采用標準貫入試驗測試巖土的物理力學參數時，錘擊數與巖土參數的關系在不同地區、不同地質條件下存在顯著的差異。尤其中國幅員廣闊，地形復雜多樣，各地區土質條件各異，所以，這些關系式的建立僅對該地區巖土參數的設計應用起到重要作用。

4 結論

利用哈爾濱松北區的大量黏性土試驗資料，通過線性回歸法得出標貫擊數N 與黏性土液性指數IL的相關性。證明了兩者存在線性關系。

此計算方法同樣適用于標貫擊數與壓縮模量N-ES、壓縮系數N-a 等，經過統計，N-ES、N-a 同樣存在線性關系，此文不再詳細說明。

本經驗公式僅供參考于哈爾濱松北地區或同類地質條件的非流塑黏性土。隨著更多數據的收集與統計，可以對該公式繼續修正，以求更加精確，為類似工程及建立地區經驗公式提供參考。

［1］GB50021—2001，巖土工程勘察規范［S］.

［2］馬良榮.標準貫入試驗擊數與砂土參數間的統計關系［J］.電力勘測設計，2009(3):5－8。

［3］盛驟，謝式千，潘承毅.概率論與數理統計［M］.第三版.北京:高等教育出版社，2001.

［4］工程地質手冊編委會.工程地質手冊［S］.第四版.北京:中國建筑工業出版社，2007.