基于CPTU試驗成果在土體定名中的研究★

柳陽 付超

(信陽師范學院土木工程學院，河南信陽 464000)

0 引言

靜力觸探試驗(CPT)是原位測試技術中最重要的一種。1932年荷蘭工程師P.Barentsen首先進行手動的荷蘭錐灌入試驗;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土力學實驗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，因此，目前，被廣泛的應用在土層結(jié)構(gòu)的劃分和定名、評估工程性質(zhì)指標以及為工程設計提供直接的結(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的關系(即摩阻比Fr=qc/fs)來確定土體的名稱，并繪制了相應的土體分類圖。雖然該方法由于使用機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)在改用機械錐后，也根據(jù)摩阻比Fr和對數(shù)化的錐尖阻力的關系，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上，增加了上覆壓力的影響，提出根據(jù)標準化的摩阻比RF與標準化的端阻力Qt的關系，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)靜力觸探試驗在樁基設計中所取得的成果，在考慮了有效應力影響的基礎上，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在土體定名中的應用

采用GEOTECH公司提供的孔壓靜力觸探設備進行試驗，場地選擇在河南省信陽市寶石橋附近某建筑工地，試驗最大測試深度為10.7 m。首先，根據(jù)CPTU試驗所獲得的連續(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的試驗讀數(shù)進行處理，并分別繪制摩阻比和修正后的端阻力(Fr—qt)、標準化的摩阻比和標準化的錐尖阻力(Fr—Qt)以及側(cè)摩阻力和有效端阻力(fs—qE)的三幅關系圖，見圖2～圖4。再次，結(jié)合圖2～圖4的特點以及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)試驗結(jié)果進行匯總并比較，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 標準化的摩阻比RF與標準化的端阻力Qt

圖4 側(cè)摩阻力fs與有效端阻力qE

表1 CPTU與室內(nèi)試驗所確定的土體定名表

表2 CPTU與室內(nèi)試驗結(jié)果比對表

根據(jù)表1和表2進一步比對，可發(fā)現(xiàn):

1)由Robertson關于 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)果均較為準確。

2)由Robertson關于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，均具有更高的準確度，這說明無論是采用Robertson還是Fellenius＆Eslami的方法，在確定細粒土，特別是黏土時，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，由于試驗數(shù)量、探測深度以及土的應力狀態(tài)等影響，上述三種分類方法精確程度的關系可能存在變化。當然，值得肯定的是，三種分類方法均已具備了一定的準確度。

3 結(jié)語

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

1)與鉆孔取樣后的室內(nèi)試驗相比較，孔壓靜力觸探試驗可根據(jù)Fr—qt，RF—Qt和 fs—qE三幅圖的特點，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)別細粒土，特別是黏土時，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.靜力觸探實驗在土層劃分中的應用研究［J］.信陽師范學院學報(自然科學版)，2013，26(2):305-308.

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