鎮(zhèn)江地區(qū)土層標準化應用

許程，徐為海，吳曉亮

(鎮(zhèn)江市勘察測繪研究院有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212050)

1 引 言

基于當前城市化過程中建設用地規(guī)模持續(xù)擴大的現狀，結合區(qū)域地質一般呈現較為穩(wěn)定的分布特征，建立一個根據地質時代、成因類別等因素劃分，使得巖土名稱、物理力學指標在一定范圍內大致匹配的區(qū)域標準地層序列具有積極的現實意義。近幾年來，全國各大城市基于區(qū)域地質調查研究成果，系統(tǒng)總結地區(qū)地質條件并劃分工程地質層組，對地層主要物理力學指標參數進行統(tǒng)計，從而構建區(qū)域工程地質標準地層層序和統(tǒng)一編碼。

各地區(qū)巖土工程師結合區(qū)域地質資料做了大量的統(tǒng)計分析工作并取得可觀的研究成果。肖裕生[1]等在歸納南京地區(qū)第四紀沉積環(huán)境的基礎上，總結了不同地貌和地質單元的地層層序特征，提出了統(tǒng)一分層的方法和統(tǒng)一的地層代號，并將南京地區(qū)第四系劃分為填土、新近沉積土、一般沉積土和老沉積土等4個大層和若干亞層，并提供各層土的基本物理力學性質、典型剖面。邵萬強等[2]通過采用多種第四系研究方法和手段確定了青島市市區(qū)第四系層序的劃分并與區(qū)域地層進行了對比，確定了層級地層單位和唯一地層序號。馬鋒等[3]基于《天津市地基土層序劃分技術規(guī)程》的地基土層序劃分原則，對典型工程地質的地層進行綜合分析，建立基本符合天津市平原區(qū)地層的標準層序表。仝霄金等[4]通過多種研究方法和手段，按時代-成因-巖性劃分了層級地層單位，并訂制了唯一地層序號，確定了濟南市市區(qū)標準地層層序的劃分。楊育文等[5]介紹了武漢都市發(fā)展區(qū)范圍內地殼從海相沉積過渡到陸相沉積的28組地層單元，并分析了其巖土組合特性。

2 鎮(zhèn)江地區(qū)土層標準化

鎮(zhèn)江地區(qū)地貌單元可劃分為山地丘陵、崗地、谷地、灘地等，結合典型土層分布情況，可歸納總結出地貌類型與土層組合特征：Q3地層一般以分布在低山丘陵、崗地區(qū)的粉質黏土為主，褐黃色或淡黃色，呈現硬塑～可塑相間的特點；Q4地層一般以分布在谷地、灘地的有機質土、淤泥質土、粉質黏土、粉土粉砂等軟弱土為主，黑色或灰色，沉積環(huán)境復雜，土質不均勻。

根據區(qū)域地質、地貌資料，結合巖土參數統(tǒng)計成果，可進一步細化鎮(zhèn)江地區(qū)標準地層，如表1所示。

以上系鎮(zhèn)江地區(qū)標準地層的土層特征簡單描述，對于同一土層中相間呈韻律沉積的土層中夾層、夾薄層的情況可根據實際情況作為次亞層進行編號，對于同一土層中土性狀態(tài)變化較大造成參數變異系數偏高的情況亦可作為次亞層進行編號。

3 土層劃分案例

3.1 土層細劃前典型參數統(tǒng)計分析

④層粉質黏土為晚更新世沉積形成的下蜀黃土，在鎮(zhèn)江地區(qū)分布較廣，主要見于山丘區(qū)和崗地區(qū)[6]。本節(jié)以鎮(zhèn)江新區(qū)某項目④層粉質黏土318組土樣數據為分析對象，相關土樣的物理指標參數、壓縮性指標參數統(tǒng)計情況如表2所示，指標參數分布直方圖如圖1所示。

表2 ④層粉質黏土參數統(tǒng)計情況

圖1 ④層粉質黏土指標參數分布直方圖

根據④層粉質黏土參數統(tǒng)計和分布特征可以得出以下結論：

(1)④層粉質黏土物理指標中的土粒比重變異系數基本接近于0，天然密度變異系數小于0.05，故可以將土粒比重、天然密度視作為確定性變量。

(2)④層粉質黏土物理指標中的含水量、孔隙比、液限、塑限、塑性指數的變異系數基本位于0.10左右，液性指數的變異系數接近0.70，故采用巖土工程概率設計方法時應考慮相關參數的變異性。

(3)④層粉質黏土壓縮性指標中的壓縮系數、壓縮模量的變異系數基本位于0.20～0.30之間，對于巖土工程沉降設計會產生較大的影響。

一般而言，評價某一巖土參數的離散程度時可采用標準差指標，評價不同巖土參數的離散程度時則更傾向于利用無量綱系數，即變異系數。進行巖土工程可靠性設計時，變異系數大小的影響不容忽視[7]。在理想條件下，巖土參數變異性取決于同一土層的土質成分、密實度和稠度等因素，因此，準確合理地劃分土層單元對于變異系數的統(tǒng)計和分析的準確性顯得尤為重要[8]。

3.2 土層細劃后典型參數統(tǒng)計分析

針對鎮(zhèn)江新區(qū)某項目④層粉質黏土土樣數據統(tǒng)計分析結果，結合場地地層狀況，可將④層粉質黏土進一步劃分④-1層粉質黏土、④-2層粉質黏土和④-3層粉質黏土。

(1)④-1層粉質黏土

④-1層粉質黏土物理指標參數、壓縮性指標參數統(tǒng)計情況如表3所示，典型參數分布特征如圖2所示。

表3 ④-1層粉質黏土參數統(tǒng)計情況

圖2 ④-1層粉質黏土典型指標參數分布直方圖

④-1層粉質黏土的典型指標參數正態(tài)檢驗如表4所示，正態(tài)Q-Q圖如圖3所示。

圖3 ④-1層粉質黏土典型指標參數正態(tài)Q-Q圖

根據表4關于④-1層粉質黏土典型指標參數正態(tài)檢驗(K-S檢驗和S-W檢驗)結果可知，典型參數中的含水量和液性指數的顯著性檢驗P值大于0.05，判定其呈現正態(tài)分布。通過正態(tài)Q-Q圖進行驗證，含水量和液性指數的觀察值與預期正態(tài)接近直線分布，說明數據符合正態(tài)分布特征。

表4 ④-1層粉質黏土正態(tài)檢驗

(2)④-2層粉質黏土

④-2層粉質黏土的物理指標參數、壓縮性指標參數統(tǒng)計情況如表5所示，典型參數分布特征如圖4所示。

表5 ④-2層粉質黏土參數統(tǒng)計情況

圖4 ④-2層粉質黏土典型指標參數分布直方圖

④-2層粉質黏土的典型指標參數正態(tài)檢驗如表6所示，正態(tài)Q-Q圖如圖5所示。

圖5 ④-2層粉質黏土典型指標參數正態(tài)Q-Q圖

根據表6關于④-2層粉質黏土典型指標參數正態(tài)檢驗(K-S檢驗和S-W檢驗)結果可知，典型參數中的含水量、孔隙比、液性指數和壓縮模量的顯著性檢驗P值均大于0.05，判定其呈現正態(tài)分布。通過正態(tài)Q-Q圖進行驗證，含水量、孔隙比、液性指數和壓縮模量的觀察值與預期正態(tài)均接近直線分布，說明數據符合正態(tài)分布特征。

表6 ④-2層粉質黏土正態(tài)檢驗

(3)④-3層粉質黏土

④-3層粉質黏土的物理指標參數、壓縮性指標參數統(tǒng)計情況如表7所示，典型參數分布特征如圖6所示。

表7 ④-3層粉質黏土參數統(tǒng)計情況

圖6 ④-3層粉質黏土典型指標參數分布直方圖

④-3層粉質黏土的典型指標參數正態(tài)檢驗如表8所示，正態(tài)Q-Q圖如圖7所示。

圖7 ④-3層粉質黏土典型指標參數正態(tài)Q-Q圖

根據表8關于④-3層粉質黏土典型指標參數正態(tài)檢驗(K-S檢驗和S-W檢驗)結果可知，典型參數中的液性指數的顯著性檢驗P值大于0.05，判定其呈現正態(tài)分布。通過正態(tài)Q-Q圖進行驗證，液性指數的觀察值與預期正態(tài)接近直線分布，說明數據符合正態(tài)分布特征。

表8 ④-3層粉質黏土正態(tài)檢驗

3.3 土層細劃前后典型參數統(tǒng)計對比分析

將土層細劃前后典型參數的標準差比值與變異系數比值進行統(tǒng)計分析，如表9所示。

表9 ④層粉質黏土細劃前后參數比值統(tǒng)計情況

由表9可知，經土層細劃后的④層粉質黏土參數的標準差與變異系數均有不同程度的削減，天然密度ρ值的標準差與變異系數為原數值的75%左右，含水量w值的標準差與變異系數為原數值的55%～75%左右，土粒比重GS值的標準差與變異系數幾乎未變，孔隙比e值的標準差與變異系數為原數值的60%～75%左右；液限wL、塑限wP、塑性指數IP比值變化稍小，其標準差與變異系數為原數值的50%～90%左右；液性指數IL值的標準差為原數值的25%～55%左右，變異系數為原數值的14%～120%；壓縮系數a1-2值的標準差、變異系數為原數值的40%～65%，壓縮模量Es值的標準差、變異系數為原數值的35%～80%。

需要指出的是，經土層細劃后的④-3層粉質黏土液性指數變異系數則增至120%，分析可知液性指數的平均值和標準差均因土層細分后有所減小，而平均值數值降幅大于標準差數值降幅，從而導致變異系數較土層細化前有所增大。因此，土層離散程度變化需結合標準差與變異系數進行分析考慮。

綜上所述，土性物理指標參數的變異系數一般小于壓縮性指標參數的變異系數，且土層細劃有助于進一步降低指標參數變異系數的大小?；谕馏w變異性分析作為巖土工程可靠性設計基礎這一情況，巖土工程師在針對區(qū)域巖土特性進行分析研究時應重視變異系數所反映的土性離散程度，并在區(qū)域土層標準化的過程中加以運用，從而有利于保證土層標準化劃分的準確性和參數取值的合理性。

4 結 論

工程建設一般需根據土體沉積環(huán)境、工程地質特性等因素將土體進行分層，同一土層的土體一般視為性質均勻土體，并以土性物理力學性質指標參數的平均值或標準值表示。鎮(zhèn)江地區(qū)土層標準化劃分可初步劃分為4個主要工程地質層，17個亞層，包含填土層、灘地沉積層、谷地淤積層、崗地沉積層等，并可根據具體情況進行次亞層劃分以滿足實際需求。

巖土工程師在針對區(qū)域巖土特性進行分析研究時應重視變異系數所反映的土性離散程度，而進行土層細分有助于進一步降低土性參數變異系數的大小。工程勘察過程中加強對地層成因時代和沉積環(huán)境的分析，有利于合理劃分土層；基于地區(qū)數據資料進行統(tǒng)一土層層序編碼與描述，有利于巖土資料的統(tǒng)計與類比分析。