PT型袖珍貫入儀在海岸帶地區(qū)工程地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

徐華，徐建國，張卓，張濤，紀(jì)汶龍

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

PT型袖珍貫入儀適用于原位或室內(nèi)測定一般粘性土、軟土及黃土的液性指數(shù)、壓縮模量及粗估土的承載力等，利用該儀器，能提高地基土的描述精度，變手感鑒別為定量測試，在工程地質(zhì)調(diào)查野外描述中是一種方便實(shí)用的儀器。

PT型袖珍貫入試驗(yàn)在工程勘察中已得到一定程度的應(yīng)用，部分地區(qū)也建立了袖珍貫入阻力與土的液性指數(shù)、壓縮模量及承載力基本值的相關(guān)關(guān)系式[1-4],但對試驗(yàn)的研究程度還是較為薄弱，尤其在海岸帶地區(qū)，目前國內(nèi)還為空白。該文建立的萊州灣地區(qū)的袖珍貫入阻力與土的物理力學(xué)參數(shù)的相關(guān)關(guān)系式，對其他海岸帶地區(qū)的工程勘察具有一定的借鑒價(jià)值。

1 PT型袖珍貫入儀試驗(yàn)概況

該儀器每套配有A，B，C三個測頭，以適應(yīng)軟硬程度不同土質(zhì)的需要，A測頭適應(yīng)較軟土，C測頭適應(yīng)較硬土，B測頭適應(yīng)一般土。儀器規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)見表1[5]。

表1 儀器規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)

在野外工程地質(zhì)鉆探施工中，可以通過對巖心的現(xiàn)場貫入試驗(yàn)，及時(shí)準(zhǔn)確地判斷土的物理力學(xué)性質(zhì)。將鉆孔巖心柱，由上向下從中間剖開，必須選取有代表性的巖心段，巖心段直徑一般不小于10cm，長度一般不小于20cm，用削刀整平表面，不得反復(fù)涂抹。在所選巖心段中部位置選擇貫入點(diǎn)，將測頭勻速貫入土內(nèi)，至測頭上刻度線與土面接觸為止，壓入時(shí)測桿與土樣表面必須垂直。每個貫入試驗(yàn)樣所測試貫入點(diǎn)個數(shù)不少于3個，各貫入點(diǎn)之間的距離不小于3倍測頭直徑，將各貫入點(diǎn)所測數(shù)值中偏差較大者剔除，取其余讀數(shù)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

2 萊州灣地區(qū)巖土類型和特征

萊州灣地區(qū)共形成5個海相層和6個陸相層[6-9]。沉積厚度一般55～80m，由海向陸方向逐漸變薄。根據(jù)沉積物的顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造所含的古生物及沉積物本身的原始產(chǎn)狀等，又將海相地層劃分為潮坪相、三角洲前緣相、河口砂壩、河口邊灘和淺海相；陸相地層劃分為河口三角洲相、泛濫平原相和湖沼相。

海相層：三角洲前緣相、河口砂壩相巖性多以亮黃棕色和黃棕色，稍密—密實(shí)的粉土、粉砂為主，局部地區(qū)夾有淤泥薄層；潮坪相、河口邊灘和淺海相巖性一般為黃棕色、橄欖棕色和橙色，軟塑—可塑的粉質(zhì)粘土和粘土。

陸相層：河口三角洲相和泛濫平原相巖性以亮黃棕和黃棕色，可塑—硬塑的粉質(zhì)粘土、粘土為主，局部夾有砂或粉土透鏡體；湖沼相巖性主要為棕色—黑色，軟塑—可塑的粘土和粉質(zhì)粘土[10]。區(qū)內(nèi)粘性土總厚度約占沉積地層總厚度的60%以上，大量的軟塑—硬塑的粘性土層，為開展袖珍貫入試驗(yàn)提供了良好的試驗(yàn)條件。

3 試驗(yàn)指標(biāo)相關(guān)性分析

袖珍貫入試驗(yàn)與靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的原理是一致的，試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定相關(guān)性[11-12]。在萊州灣區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查中，每個工程地質(zhì)鉆孔旁同時(shí)施工雙橋靜力觸探孔，選取26個工程地質(zhì)孔、靜力觸探孔組的袖珍貫入阻力(Pt)與靜力觸探試驗(yàn)錐尖阻力(qc)、側(cè)壁阻力(fs)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。

表2 袖珍貫入試驗(yàn)與靜力觸探試驗(yàn)、地基土基本承載力數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)選取時(shí)以同一孔組相同巖性的同一土層，即工程地質(zhì)亞層作為基本統(tǒng)計(jì)單位，統(tǒng)計(jì)單位土層中袖珍貫入數(shù)據(jù)、靜力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用剔除異常值后的平均值。同樣方法選取區(qū)域內(nèi)袖珍貫入試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)89組，進(jìn)行袖珍貫入阻力(Pt)與標(biāo)貫修正擊數(shù)(N)的相關(guān)性分析。

圖1、圖2、圖3分別為袖珍貫入阻力與靜力觸探錐尖阻力、側(cè)壁阻力、標(biāo)貫修正擊數(shù)值間相關(guān)性分析圖，表明土的微貫阻力值與靜探錐尖阻力、側(cè)壁阻力、標(biāo)貫修正擊數(shù)值存在正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性較高。

圖1 qc-Pt相關(guān)關(guān)系圖

圖2 fs-Pt相關(guān)關(guān)系圖

圖3 N-Pt相關(guān)關(guān)系圖

相關(guān)方程式為：

qc=0.0089Pt-0.417R=0.82

fs=0.128Pt-3.287R=0.76

N=0.0103Pt+1.052R=0.72

4 袖珍貫入試驗(yàn)與地基土承載力基本值相關(guān)性分析

單橋靜力觸探早在1964年就研制試用并很快得到推廣和普及。在長期的理論研究和工程實(shí)踐過程中，人們將單橋靜力觸探比貫入阻力Ps與眾多的土性參數(shù)建立了較多經(jīng)驗(yàn)公式[13]。

由于萊州灣地區(qū)與天津地區(qū)晚更新世以來地層沉積環(huán)境基本相同[14]，地層結(jié)構(gòu)、巖性亦大致相同[2]，具有相同沉積環(huán)境的工程地層一般具有大致相近的工程地質(zhì)性質(zhì)，其地基土層的物理力學(xué)性質(zhì)也基本相同，故該文利用表2中雙橋靜力觸探數(shù)據(jù)，采用天津地區(qū)一般粘性土經(jīng)驗(yàn)公式：R=6.91Ps0.416(kPa)，計(jì)算了表中各工程地質(zhì)土層天然地基基本承載力(R)，與相應(yīng)袖珍貫入阻力值進(jìn)行相關(guān)性分析(表2)。公式中Ps為單橋靜力觸探比貫入阻力，由于單、雙用探頭外形、幾何形狀和尺寸不同，使所測得的比貫入阻力Ps與錐頭阻力qc有明顯差別，故采用雙橋探頭時(shí)，就不能直接用錐頭阻力qc套用單探頭的經(jīng)驗(yàn)公式來求算地基土的各種指標(biāo)，因而應(yīng)將qc換算為Ps。綜合分析國內(nèi)已有的幾個經(jīng)驗(yàn)公式，該文采用鐵科院提出的換算關(guān)系：各類土Ps=1.1qc[15-16]。

圖4為袖珍貫入阻力與地基土基本承載力相關(guān)性分析圖，表明土的袖珍貫入阻力值與基本承載力值存在正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性較高。相關(guān)方程式為：

R=0.2401Pt+96.239

R=0.78

圖4 R-Pt相關(guān)關(guān)系圖

5 袖珍貫入試驗(yàn)與土工試驗(yàn)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

袖珍貫入阻力(Pt)是一項(xiàng)反映土物理力學(xué)性質(zhì)的綜合性指標(biāo)，那么其與土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)液性指數(shù)(IL)、壓縮模量(Es1-2)應(yīng)存在一定相關(guān)關(guān)系[17-20]。為分析研究它們之間的相關(guān)關(guān)系，該文選取了萊州灣沿岸同期進(jìn)行了野外袖珍貫入試驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)的一般粘性土樣品72組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表3所示。

表3 貫入阻力與土工試驗(yàn)力學(xué)指標(biāo)匯總

圖5、圖6為袖珍貫入阻力與土的液性指數(shù)、壓縮模量的相關(guān)性分析圖，表明土的袖珍貫入阻力值與液性指數(shù)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系、與壓縮模量存在正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性較高。

相關(guān)方程式為：

IL=-0.566ln(Pt)+4.125R=0.91

Es1-2=0.007Pt+0.648R=0.78

圖5 IL-Pt相關(guān)關(guān)系圖

6 袖珍貫入試驗(yàn)在工程地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

在海岸帶地區(qū)工程地質(zhì)勘察、施工驗(yàn)槽等工作中，對于粘性土層可直接在野外現(xiàn)場通過袖珍貫入試驗(yàn)，依據(jù)該文建立的貫入阻力值與土的物理力學(xué)

圖6 Es1-2-Pt相關(guān)關(guān)系圖

指標(biāo)相關(guān)關(guān)系式，估算土的液性指數(shù)、壓縮模量及基本承載力值，達(dá)到快速了解土的物理力學(xué)性質(zhì)，提高土的描述精度與工作效率，對土的工程性質(zhì)作出較準(zhǔn)確地判斷和評價(jià)。為便于公式的野外應(yīng)用，該文根據(jù)IL-Pt,Es1-2-Pt及R-Pt相關(guān)關(guān)系圖，制定袖珍貫入阻力與土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對照(表5、表6、表7)，由袖珍貫入試驗(yàn)阻力值可以直接查表確定土的狀態(tài)、壓縮模量及承載力基本值。

表5 袖珍貫入阻力與粘性土狀態(tài)關(guān)系對照

表6 袖珍貫入阻力與粘性土壓縮模量關(guān)系對照

表7 袖珍貫入阻力與地基土承載力基本值關(guān)系對照

7 結(jié)論

(1)該文所建立的袖珍試驗(yàn)貫入阻力與土的液性指數(shù)、壓塑模量、承載力基本值以及與靜力觸探阻力、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)的相關(guān)式均具有較高的相關(guān)性，可直接應(yīng)用于海岸帶地區(qū)工程地質(zhì)勘察、施工驗(yàn)槽等工作中。

(2)袖珍貫入儀攜帶方便，操作簡單，試驗(yàn)作為一種原位測試手段，具有數(shù)據(jù)處理快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，體現(xiàn)了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

(3)該文根據(jù)IL-Pt,Es1-2-Pt及R-Pt相關(guān)關(guān)系圖，制定了袖珍貫入阻力與土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對照表，便于公式的野外應(yīng)用。

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