靜力觸探試驗(yàn)在合肥黏性土地層中的應(yīng)用

賀炎九

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊(duì),合肥 230088)

巖土體受到形成條件、形成年代、組成成分、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力、地下水、環(huán)境因素、應(yīng)力歷史等因素的影響,不同地區(qū)巖土的性質(zhì)和特征存在明顯區(qū)域性。在進(jìn)行巖土工程設(shè)計(jì)和施工時(shí),必須充分考慮不同區(qū)域的巖土特點(diǎn),結(jié)合實(shí)際情況制訂相應(yīng)的施工計(jì)劃和采用適當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù),以確保工程的安全性和可靠性。但是,區(qū)域性巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)往往不能用既有的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選用,需要經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)或者原位試驗(yàn)的方法進(jìn)行確定[1]。

靜力觸探試驗(yàn)是應(yīng)用最為廣泛的原位測(cè)試方法之一,與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相比,靜力觸探測(cè)試是在巖土體原來(lái)的位置上進(jìn)行,保持巖土體的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)下測(cè)定巖土體的性質(zhì),不會(huì)引起巖土體的結(jié)構(gòu)破壞或應(yīng)力釋放,避免了取樣、運(yùn)輸、重塑等過(guò)程對(duì)巖土體性質(zhì)的改變。這樣能夠更真實(shí)地反應(yīng)巖土體在天然狀態(tài)下所具有的工程特性,且可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成。該方法可獲取巖土性質(zhì)的連續(xù)變化情況,定量地對(duì)巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析,對(duì)于區(qū)域性明顯的土層,能夠更好地揭示其變化規(guī)律[2,3]。

因此,以合肥地區(qū)肥西縣FX202271號(hào)地塊項(xiàng)目為研究背景,運(yùn)用靜力觸探試驗(yàn)原位測(cè)試的方法對(duì)場(chǎng)區(qū)黏性土進(jìn)行比貫入阻力測(cè)試,結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)比貫入阻力與內(nèi)摩擦角、黏聚力、干重度和含水量參數(shù)進(jìn)行關(guān)系擬合,建立合肥地區(qū)典型地層的靜力觸探參數(shù)與常見(jiàn)物理力學(xué)指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。研究成果可為相關(guān)地區(qū)規(guī)范的制定以及合肥地區(qū)巖土工程勘察的發(fā)展提供有益參考。

1 工程概況

肥西縣FX202271號(hào)地塊項(xiàng)目位于合肥市肥西縣上派鎮(zhèn),金寨南路與瑜城路交叉口?？傆玫孛娣e63 529.84 m2,總建筑面積221 532.27 m2。項(xiàng)目包含房建部分及兩條規(guī)劃支路。道路部分為新建支路,總長(zhǎng)為723.22 m,道路寬度為15 m,道路工程重要性等級(jí)為3級(jí)。房建部分詳細(xì)資料見(jiàn)表1。

表1 建筑物基本情況

2 場(chǎng)區(qū)黏性土工程地質(zhì)特征分析

經(jīng)過(guò)勘察揭露,場(chǎng)區(qū)地基土為合肥市的典型地層,黏性土地層層序從上到下分別為①層雜填土、②層粉質(zhì)黏土、③層黏土、④層黏土、⑤粉質(zhì)黏土夾粉土,典型的地質(zhì)剖面如圖1所示。各黏性土地層的工程地質(zhì)特征如表2所示。場(chǎng)區(qū)地表水主要存在于場(chǎng)地地表的水坑、水塘內(nèi),地表水主要由大氣降水和地表徑流補(bǔ)給,上層滯水主要賦存于①層雜填土中,承壓水主要分布于⑤層粉質(zhì)黏土夾粉土中,水量較豐富,承壓水位埋深約為6.0～9.0 m,水位標(biāo)高約為7.0～9.5 m,承壓水頭約為1 m。

表2 建筑場(chǎng)區(qū)地基土黏性土地層工程地質(zhì)特征

場(chǎng)區(qū)各層黏性地基土的物理力學(xué)指標(biāo)如表3所示。

表3 建筑場(chǎng)區(qū)黏性地基土的物理力學(xué)指標(biāo)

3 靜力觸探試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果

靜力觸探試驗(yàn)采用溫州南光地質(zhì)儀器公司生產(chǎn)的便攜式單橋靜力觸探試驗(yàn)儀,其試驗(yàn)過(guò)程是一個(gè)將靜力觸探探頭傳感器貫入土層的過(guò)程,傳感器能夠?qū)⒇炄胪翆邮艿降淖枇D(zhuǎn)為電信號(hào),并經(jīng)過(guò)放大后顯示在電腦終端,得到連續(xù)的比貫入阻力曲線[4]。探頭的貫入速度應(yīng)保持勻速,比避免貫入的抖動(dòng)引起探桿的彎曲和比貫入阻力值的飄移[5]。在靜力觸探探頭貫入土體前,為避免觸探零漂移位對(duì)測(cè)試成果的污染,克服的方法是將其貫入0.5～1.0 m,然后將探頭維持1 min左右,再將探頭緩慢提升5～10 c m[6]。觸探的貫入速率應(yīng)控制在(1.2±0.3) m/min范圍內(nèi),在同一檢測(cè)孔的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中宜保持勻速貫入,每貫入0.1 m,記錄一次讀數(shù)[7],得到的典型靜力觸探試驗(yàn)曲線如圖2所示。圖2中3個(gè)靜力觸探孔的地質(zhì)鉆孔揭露地層深度如表4所示。從表4中可以看出,各個(gè)地層的橫向分布較為均勻,起伏變化不大。在深度方向上,6.5 m為⑤層粉質(zhì)黏土夾粉土層,該層土較厚。從圖2中可以看出,靜力觸探試驗(yàn)?zāi)軌虻玫竭B續(xù)的比貫入阻力曲線,可反映地層的變化。比貫入阻力能夠較好地區(qū)分①層雜填土和⑤層粉質(zhì)黏土夾粉土,比貫入阻力呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng),而對(duì)于②層粉質(zhì)黏土、③層黏土和④層黏土,比貫入阻力隨著深度的增加而增加。

表4 典型靜力觸探孔地質(zhì)鉆孔揭露情況

4 基于靜力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)的黏性土物理力學(xué)指標(biāo)回歸分析

為了分析合肥地區(qū)黏性土地層的物理力學(xué)性質(zhì),運(yùn)用靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與室內(nèi)試驗(yàn)成果建立回歸擬合關(guān)系。圖3為靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與含水量、干重度的擬合關(guān)系。從圖3(a)中可以看出,靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與含水量具有良好的擬合關(guān)系,隨著比貫入阻力的增加,黏性土含水量呈現(xiàn)單調(diào)非線性降低的趨勢(shì),兩者的擬合決定系數(shù)R2=0.873 9,擬合關(guān)系式如式(1)所示。

w=20.34+10.07/Ps

(1)

從圖3(b)中可以看出,靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與干重度具有良好的擬合關(guān)系,隨著比貫入阻力的增加,黏性土干重度呈現(xiàn)單調(diào)非線性增加的趨勢(shì),兩者的擬合決定系數(shù)R2=0.903 7,擬合關(guān)系式如式(2)所示。

γ=16.5-2.0/Ps

(2)

圖4為靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與黏聚力、內(nèi)摩擦角的擬合關(guān)系。從圖4(a)中可以看出,靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與黏聚力具有良好的擬合關(guān)系,隨著比貫入阻力的增加,黏性土黏聚力呈現(xiàn)線性增加的趨勢(shì),兩者的擬合決定系數(shù)R2=0.990 6,擬合關(guān)系式如式(3)所示。

c=35+15Ps

(3)

從圖4(b)中可以看出,靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與內(nèi)摩擦角具有良好的擬合關(guān)系,隨著比貫入阻力的增加,黏性土干重度呈現(xiàn)線性增加的趨勢(shì),兩者的擬合決定系數(shù)R2=0.950 0,擬合關(guān)系式如式(4)所示。

φ=3+1.2Ps

(4)

5 結(jié) 論

以合肥地區(qū)肥西縣FX202271號(hào)地塊項(xiàng)目為研究背景,運(yùn)用靜力觸探試驗(yàn)原位測(cè)試的方法對(duì)場(chǎng)區(qū)黏性土進(jìn)行比貫入阻力測(cè)試,結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果,對(duì)比貫入阻力與內(nèi)摩擦角、黏聚力、干重度和含水量參數(shù)進(jìn)行關(guān)系擬合,得到以下幾個(gè)結(jié)論:

a.靜力觸探試驗(yàn)?zāi)軌虻玫竭B續(xù)的比貫入阻力曲線,可反映地層的變化。比貫入阻力能夠較好地區(qū)分①層雜填土和⑤層粉質(zhì)黏土夾粉土,比貫入阻力呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng),而對(duì)于②層粉質(zhì)黏土、③層黏土和④層黏土,比貫入阻力隨著深度的增加而增加。

b.在物理指標(biāo)方面,靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與含水量、干重度均具有良好的擬合關(guān)系。隨著比貫入阻力的增加,黏性土含水量呈現(xiàn)單調(diào)非線性降低的趨勢(shì),干重度呈現(xiàn)單調(diào)非線性增加趨勢(shì)。

c.在力學(xué)指標(biāo)方面,靜力觸探試驗(yàn)比貫入阻力與黏聚力、內(nèi)摩擦角均具有良好的擬合關(guān)系。隨著比貫入阻力的增加,黏性土內(nèi)摩擦角和黏聚力均呈線性增加趨勢(shì),擬合決定系數(shù)均大于0.95。