靜力觸探試驗在合肥黏性土地層中的應用

賀炎九

(中國建筑材料工業地質勘查中心安徽總隊,合肥 230088)

巖土體受到形成條件、形成年代、組成成分、地質構造、地應力、地下水、環境因素、應力歷史等因素的影響,不同地區巖土的性質和特征存在明顯區域性。在進行巖土工程設計和施工時,必須充分考慮不同區域的巖土特點,結合實際情況制訂相應的施工計劃和采用適當的施工技術,以確保工程的安全性和可靠性。但是,區域性巖土體的物理力學性質指標往往不能用既有的經驗公式進行選用,需要經過室內試驗或者原位試驗的方法進行確定[1]。

靜力觸探試驗是應用最為廣泛的原位測試方法之一,與室內實驗相比,靜力觸探測試是在巖土體原來的位置上進行,保持巖土體的天然結構、天然含水量以及天然應力狀態下測定巖土體的性質,不會引起巖土體的結構破壞或應力釋放,避免了取樣、運輸、重塑等過程對巖土體性質的改變。這樣能夠更真實地反應巖土體在天然狀態下所具有的工程特性,且可以在較短的時間內完成。該方法可獲取巖土性質的連續變化情況,定量地對巖土體的物理力學性質進行分析,對于區域性明顯的土層,能夠更好地揭示其變化規律[2,3]。

因此,以合肥地區肥西縣FX202271號地塊項目為研究背景,運用靜力觸探試驗原位測試的方法對場區黏性土進行比貫入阻力測試,結合室內試驗成果,運用統計分析方法對比貫入阻力與內摩擦角、黏聚力、干重度和含水量參數進行關系擬合,建立合肥地區典型地層的靜力觸探參數與常見物理力學指標的經驗關系。研究成果可為相關地區規范的制定以及合肥地區巖土工程勘察的發展提供有益參考。

1 工程概況

肥西縣FX202271號地塊項目位于合肥市肥西縣上派鎮,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。項目包含房建部分及兩條規劃支路。道路部分為新建支路,總長為723.22 m,道路寬度為15 m,道路工程重要性等級為3級。房建部分詳細資料見表1。

表1 建筑物基本情況

2 場區黏性土工程地質特征分析

經過勘察揭露,場區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層粉質黏土、③層黏土、④層黏土、⑤粉質黏土夾粉土,典型的地質剖面如圖1所示。各黏性土地層的工程地質特征如表2所示。場區地表水主要存在于場地地表的水坑、水塘內,地表水主要由大氣降水和地表徑流補給,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,水位標高約為7.0～9.5 m,承壓水頭約為1 m。

表2 建筑場區地基土黏性土地層工程地質特征

場區各層黏性地基土的物理力學指標如表3所示。

表3 建筑場區黏性地基土的物理力學指標

3 靜力觸探試驗實測結果

靜力觸探試驗采用溫州南光地質儀器公司生產的便攜式單橋靜力觸探試驗儀,其試驗過程是一個將靜力觸探探頭傳感器貫入土層的過程,傳感器能夠將貫入土層受到的阻力轉為電信號,并經過放大后顯示在電腦終端,得到連續的比貫入阻力曲線[4]。探頭的貫入速度應保持勻速,比避免貫入的抖動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測試成果的污染,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]。觸探的貫入速率應控制在(1.2±0.3) m/min范圍內,在同一檢測孔的實驗過程中宜保持勻速貫入,每貫入0.1 m,記錄一次讀數[7],得到的典型靜力觸探試驗曲線如圖2所示。圖2中3個靜力觸探孔的地質鉆孔揭露地層深度如表4所示。從表4中可以看出,各個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,靜力觸探試驗能夠得到連續的比貫入阻力曲線,可反映地層的變化。比貫入阻力能夠較好地區分①層雜填土和⑤層粉質黏土夾粉土,比貫入阻力呈現不同程度的波動,而對于②層粉質黏土、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鉆孔揭露情況

4 基于靜力觸探試驗數據的黏性土物理力學指標回歸分析

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

w=20.34+10.07/Ps

(1)

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

γ=16.5-2.0/Ps

(2)

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

c=35+15Ps

(3)

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

φ=3+1.2Ps

(4)

5 結 論

以合肥地區肥西縣FX202271號地塊項目為研究背景,運用靜力觸探試驗原位測試的方法對場區黏性土進行比貫入阻力測試,結合室內試驗成果,對比貫入阻力與內摩擦角、黏聚力、干重度和含水量參數進行關系擬合,得到以下幾個結論:

a.靜力觸探試驗能夠得到連續的比貫入阻力曲線,可反映地層的變化。比貫入阻力能夠較好地區分①層雜填土和⑤層粉質黏土夾粉土,比貫入阻力呈現不同程度的波動,而對于②層粉質黏土、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.在物理指標方面,靜力觸探試驗比貫入阻力與含水量、干重度均具有良好的擬合關系。隨著比貫入阻力的增加,黏性土含水量呈現單調非線性降低的趨勢,干重度呈現單調非線性增加趨勢。

c.在力學指標方面,靜力觸探試驗比貫入阻力與黏聚力、內摩擦角均具有良好的擬合關系。隨著比貫入阻力的增加,黏性土內摩擦角和黏聚力均呈線性增加趨勢,擬合決定系數均大于0.95。