基于靜力觸探的鎮(zhèn)江地區(qū)下蜀黃土工程性質預測

夏 磊 錢 進 趙道雙

（鎮(zhèn)江市工程勘測設計研究院，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

0 引言

靜力觸探作為一種成熟的原位測試手段，具有資料連續(xù)、直觀、可靠、重復性好等優(yōu)點［1］，分為單橋、雙橋和孔壓靜力觸探。靜力觸探不是依靠理論分析求解，而是依靠經驗建立回歸方程解決工程問題。單橋靜力觸探不僅具有極好的防水性、超長的耐久性，制造簡單、價格便宜，而且已積累了豐富的基礎數據和經驗，在鎮(zhèn)江地區(qū)被普遍應用。靜力觸探參數從原位測試獲得，對地基土的原始應力狀態(tài)影響很小，消除了鉆探取樣過程中的人為擾動，貫入阻力的大小可以真實有效地反映地層在垂直方向上的物理力學性質變化，通過比貫入阻力的變化情況，可以達到了解土層工程性質的目的［2，3］。因此，通過地區(qū)經驗公式預測本區(qū)下蜀黃土的物理力學指標是切實可行的。

關于靜力觸探參數與地基物理力學指標的相關分析，國內外學者已進行過研究，總結了一些經驗公式，這些公式均具有一定的地區(qū)性［1］。筆者嘗試將鎮(zhèn)江地區(qū)工程中的大量單橋靜力觸探試驗數據與土體物理力學參數測試數據進行相關性分析，找出它們之間的內在聯系，并建立相應的關系式，為鎮(zhèn)江地區(qū)下蜀黃土土性參數預測提供幫助。

1 鎮(zhèn)江地區(qū)下蜀黃土分析

鎮(zhèn)江市位于長江南岸與京杭大運河的交匯處，寧鎮(zhèn)山脈的西端。本區(qū)地貌單元類型豐富，微地貌發(fā)育十分成熟，空間分布復雜。除去長江邊河漫灘和沖積平原，丘陵（低山）、崗地（階地）是本區(qū)主要地貌單元，垂向賦存中普遍發(fā)育著形成于第三紀晚更新世的下蜀黃土。在鎮(zhèn)江市區(qū)約120 km2（含大港14 km2）范圍內，下蜀黃土分布約占50%，其主要特征如下：

（1）顏色以褐黃、淡黃色為主，部分可見灰白色或灰綠色條紋；

（2）主要成分為粉質粘土，鐵、錳結核發(fā)育，存在鐵錳質膠膜，局部地層可見鈣質結石；

（3）塑性指數10.5～17.0；

（4）團粒結構，塊狀構造，層與層之間沒有明顯界限；

（5）石英、長石是其主要的礦物成份，粘土礦物以伊利石為主，其次為蒙脫石，少量的高嶺石［4］；

（6）高程-40～70 m，厚度達5～35 m 以上；

（7）可塑-硬塑，中壓縮性-低壓縮性；

（8）承載力特征值fak=120～280 kPa，可視為良好的天然地基土［5］。

2 研究結果

通過鉆探取巖土樣、標準貫入和靜力觸探試驗、室內土工試驗等多種手段獲得了研究區(qū)巖土層的各項物理力學性質指標，并采用Cagd 巖土工程軟件對地層進行了劃分以及參數統(tǒng)計。按照有關規(guī)范，文中的天然濕密度、孔隙比、液限指數、壓縮模量、壓縮系數和靜力觸探參數為平均值，抗剪強度指標采用標準值。筆者匯總鎮(zhèn)江地區(qū)23 個丘陵和崗地工點、200 余個鉆孔的勘察資料，采用統(tǒng)計、回歸等方法，初步建立了比貫入阻力和物理力學指標之間的關系。

2.1 比貫入阻力與物理指標

采用Origin 數據處理軟件，對比分析比貫入阻力和物理指標，分別得到鎮(zhèn)江地區(qū)下蜀黃土比貫入阻力與物理指標之間的擬合曲線（圖1）及回歸方程（表1）。圖1 和表1 均表明，比貫入阻力與天然含水量、濕密度、孔隙比和液性指數均呈顯著的線性關系，相關系數達到0.8 以上。隨著靜力觸探比貫入阻力的增加，下蜀黃土的天然含水量、孔隙比、液性指數均呈減小趨勢，而濕密度隨之增大，說明土層靜力觸探測試結果與土層的顆粒密度、結構排列、空隙結構、含水量、稠度等密切相關［3］。

2.2 比貫入阻力與力學指標

圖1 比貫入阻力與物理指標之間的關系曲線

表1 比貫入阻力與物理指標相關方程

比貫入阻力是土體原始應力結構狀態(tài)下力學性狀的綜合體現，而粘聚力、內摩擦角、壓縮模量等參數是反映土顆粒接觸方式、緊密度、膠結強弱及結構特征等方面性質的指標［6］，因此，建立和研究它們之間的關系具有重要的實用意義。圖2 和表2 分別為比貫入阻力與抗剪強度指標和壓縮性指標之間的擬合曲線及回歸方程。本區(qū)下蜀黃土比貫入阻力與粘聚力、內摩擦角、壓縮模量之間具有顯著的線性正相關關系，壓縮系數呈線性負相關關系，相關系數達到0.9 左右，即：抗剪性越強，壓縮性越低的土體比貫入阻力越大。

3 預測結果驗證

為了驗證預測結果，筆者選取江蘇鎮(zhèn)江市古運河京峴山橋-瑞陽路橋間的河北岸景觀工程進行驗證。此處場地為崗地地貌單元，剝去表層填土，就是典型的鎮(zhèn)江地區(qū)下蜀黃土覆蓋層。選取土層為②層，該層土性質描述為：黃色，可塑，無搖震反應，干強度和韌性中等，層厚不均勻，最薄處為1.80 m，最厚處為7.00 m，平均厚度為3.90 m，平均高程為9.92 m，該土層比貫入阻力為1.8 MPa。

把比貫入阻力代入回歸方程得到各項物理力學指標的預測值，并將土工試驗實際結果和預測值作對比，見表3。

由表3 可以看出，土體工程性質指標預測較準確，因此，基于靜力觸探參數的鎮(zhèn)江地區(qū)下蜀黃土工程性質預測是可行的。土的礦物成份、粒度成份、含水量、結構特征以及空隙特征等不僅決定著土體的工程性質，也是影響比貫入阻力大小的主要因素。

4 結論

利用鎮(zhèn)江地區(qū)大量下蜀黃土勘察資料，通過數據處理和對比分析可發(fā)現，比貫入阻力與濕密度、粘聚力、內摩擦角、壓縮模量之間存在顯著的線性正相關關系，與天然含水量、孔隙比、液性指數、壓縮系數存在良好的線性負相關關系，說明利用比貫入阻力能快捷、有效地預測土體的工程性質。

單橋靜力觸探在鎮(zhèn)江地區(qū)是一種重要的原位測試勘察手段，通過比貫入阻力預測土體工程性質指標值是可信的，對鎮(zhèn)江地區(qū)下蜀黃土工程勘察工作有較好的指導作用。

圖2 比貫入阻力與力學指標之間的關系曲線

表2 比貫入阻力與力學指標相關方程

表3 預測值與實際值對比表

［1］高頌東.靜力觸探參數與地基土物理力學指標（天津地區(qū)）相關分析研究［J］.巖土工程界，2003，6（7）：75-77.

［2］雷創(chuàng)鋒，趙穎.單橋靜力觸探的常見問題處理［J］.施工技術，2009，6（38）：487-489.

［3］簡文彬，吳振祥，劉慧明，等.閩東南沿海地區(qū)軟土靜力觸探參數相關分析［J］.巖土力學，2005，26（5）：732-738.

［4］苗永紅，張立新.鎮(zhèn)江地區(qū)下蜀黃土承載力探討［J］.工程勘察，2007（12）：16-18.

［5］陳曰友.鎮(zhèn)江市區(qū)地基土工程地質特征［J］.城市勘察，1994（4）：39-43.

［6］姚環(huán)，邱樹生，陳文慶.靜力觸探在福建沿海城市工程地質勘察中的應用研究［J］.福建大學學報，1996，24（1）：121-127.