静力触探采用综合法划分土类的探讨_蔡守璋

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1、工程勘察1987年 第3期静力触探采用综合法划分土类的探讨铁道部第一勘测设计院蔡守璋【提要】根据 静力触探机理分 析和实浏对比资料研究成果,发 现仅以R,q 0土类方框图确定土名的方 法准确 性不足,提出以R,为主、辅以q c最大 值、一般曲线形态、特异曲线 和土类等四 因素综 合确定土类的方法,经 实浏检验,其判定土类的准 确率可达 8 09 0 %,且一般错判土名仅差一级。Abstra etlBas edonmeehani日mofsta七ieso undingandexperimental da七ait15fou-nd七hattheela s 吕ifie a七ionof50115me r

2、elybyblo ekdiagramR一q。15nota e eur ateenou-gh.Asynthetieme七 hod15pr opo sedinthispaperby七akingR矛a sabasisandaidedbyfourfa eto r日:themaximumvalueofq。,generaleurve,partieulareurveand日011type.Thea eeur a cyof七 hisme七 hodiupto5 0, o%,asprovedbyexPerimen七.前言静力触探最重要 的研究课题之一,是准确确定土层剖面,它 既离不开取样进行室内试验(定土名等)的

3、验证对比,又可 据 以评定室内试验结果的 可靠性,这正是静力触探应用技术的一特点。国内外广泛 采用 的 作 法 是以摩阻比(R,=f s/q。x10 0 %)作为土的分类手段,实践证明,有其适用意 义,也有粗糙之虞。特别是在黄河流域及以北地区,粘 性土层塑性指数(Ip)一 般偏低,又多 与砂类 土 成 互层存在,采用单一的摩阻比(R,)确 定土名,问题较多。根据我院在黄河中下游地 区的新荷铁路和德东线所作近百孔双桥静探与钻探鉴定土名,取样试验定土名等的对比分析结果,本 文提出以R,为主、辅以锥尖阻 力(q。)常见最大值、q c和f:(侧摩阻)一般曲线形态、特异曲线形态等四因素综 合 确定土名

4、的方法,最后再以少量钻孔 取样试验验证数孔静探曲线连成的平纵剖面并进行调整修正,经实测资料验证,划分土名的 准确率可达8 09 0%,错判土名一般只差 一级。暂将这种方法称为综合法”。文中错误之处,诚望批评指正。一、综合法划分土类的基本依据:(一)理论依据:1.临界深度的概念 和实用意义(见图50 0 0100001500 0尸火尸a)尸 终点 侧鳖h( m)图1临介深度示意图198 7年第3期工程勘察静力触探探头自地面压人土层中,土体受到挤压将产生剪切破坏,形成 如心形的剪切破坏区,破坏区外一 定范围的土体还会产生压缩变形,因此,实测 至探头某一深度的阻值(q c、f。)并非是该深度的真值,

5、而 是该深度处上下一定厚度土层的综 合阻值。模型实验表明,地表厚层均质土的 贯入阻力(q c或P:),自地面向下是逐 渐增大 的,当 超 过一定深度后,阻值才趋于常数值,这 个“一定深度”称为临界深度;与探头继续贯人至下层均 质土层顶面前,阻值将逐 渐变 大(下层土硬)或变小(下层土软),这一变化段称为“滞后段”,同样,下层土也有一个临界深度,一般称为“超前 段”。因此,深层任 一 均质厚土层 的阻值曲线(q。h、f:h )都可 区 分“超前段”、“常数段”、“滞 后段”三 段。显然,“常数值”段的平均阻值才是该层土的真实阻值。根据模型实验和天然土层实测 证实,上下 两层均质上之间过渡带厚度(

6、即上层滞后段 加 下层超前 段)为lm左右,一因此对上下硬(或上下软)的中间薄层土(lm 左右),一般不 会有常数值段,则根据阻值曲线确 定薄层土的平 均阻值将偏大(或偏小)。临界深度 的存在和测 定,对正确 划 分力学分层和确定分层平均阻值,具有重 要 的指导意义,也直接影响静力触探曲线 的正确 应用和解释。譬如以上层土常 数值的 终点 和下层土常数值的起点之间的中点作为分层面,其分层面误差一般只 在o.Zm左右;又如对上下硬中间软的薄层 淤泥质粘土,实测 该层土q。将会偏大,而实测 f:因受淤 泥在 侧 壁表面的涂抹作用将会 偏低,导致R,值常在1左右,就会造成土 类 判定 的错误。2.q

7、。最大值和上类 的关系:静力触探探头快速(每 分钟lm 左右)压人土体中,使土体迅速产 生剪切破坏,锥尖阻 力(q。)的大 小主要 与土的内摩擦角(切)密切相关,土颗粒越粗,甲值一般越大,各类 土切值都有一 定 的幅度范围,q。值也有相应的幅度范围和常 见最大值,因此,以q c最大值作为判别土 类 的方法之一是可行 的。3.R,和 土类的关系:探头 侧摩阻(f:)一般随锥尖阻力(q。)的增大而增大,但增大幅度又与土的颗粒粗细、含水 量大小而变化,总 的说,几大,f:增幅也大,Rf就大,饱和亚粘土、粘 土人增幅小,R,也 小。(二)实测依据:1.R,与I,的 关系:从图2看出,R,与几的关系是递

8、增关系,根据21 7组对比资料的统计分析,R,=0.2 2几,剩余标堆 差;=2,根据土工试验几误差为12,公式均方差显然偏高,究其原因为:刀:%2 扮牛耳军了万下-一 。轰一扩寸坛产了节布广矿万图ZR,Ip散点图(1)土工 试验几本身的误 差;(2)根据阻值曲线 确 定f:和q c平均值的误 差;(3)对比资料主要 来源于黄河 中下游的 枯性土 和砂类土互层 发育地 区,相 邻很近的探孔阻值往往差别较大,薄层土的互。、了:值也 难于堆确确 定,且一般只有一个 探孔数据,缺乏足够可靠的对比依据等。2.乳最大值与土 类的 关系:根据近3 00组实测对比资 料分析,各类土都有各 自的切值幅度范围和

9、对应的最大q o值如表1。3.曲线形 态与土类的 关系:根据近百孔双桥曲线(q。h、f:h ) 的厚层土常数段曲线形态与土类的对比分析,工程勘察198 7年第3期表1Ip1717I夕1010Ip7Ip蕊7砂类土,.值幅度范围叮。最大值(k Pa)1025153 020e e3 62 5e e353045300 040 006 000e e80 0 010 000e e12 0 0 015 0 0 017 0 0 013 00 0050000并参 照5 0 孔单桥曲线(P。h )对比,初步总结出有如下规律性:(1)Ip17的粘土:曲线 形态平缓,常数段平 均q。(互。)值与其该常数段中的最大、最

10、小值(个别异常点剔 除-一下 同)的正负差为1 0%左右,元一般大于互。,基本上与推导公式(矛:=女。+6;4f,)相近,(2)1 7)Ip10的亚粘土:曲线形态稍起伏,互。的正负差为2 0 % 左右,民一般大于 乳,同推导 公式也较接近,(3)1 0)几7的轻亚粘土:曲线形态起伏较大,互。的正负差为3 04 0%,云:比 乳时大时小,这类上相邻两双桥孔 的曲线 形态基本相同,但虱也常现差别;(4)几7和砂类土:曲线形态多呈短锯齿形或 长锯 齿状,氛的正负差有时可达 5 01 00%,一般 确定乳值较易于了:值,因此,常以R, h曲线先定反,再反求了,=豆,乳;矛:比乳也 时 大 时小。二、综

11、合划分土类的基本标准及方法综上分析,以静力触探划分土类,既要有一定 的理论依据和实践经验,也要有一定数量 的钻孔(一般占探孔 的1 /5 )和取样试 验结果的对比验证,但也不宜全盘照套,因为钻孔鉴 定和试验数据也有一定误差。因此,只有不 断总结经验和实践,并逐步摸索 出一套比较完整的综 合判定土类的方法,才能基本保证分层 剖面 的准确性。根据对既有对比资料的初步研究结论,并参考国内外有关研究成果和文献,考虑到各类土在贯人阻力(P。或q。)相 同时,其容许承载力(。)有 随粘 粒含量(Ip)增大而增 大的规律性,也考虑I,=7和1 0 两种 分类 同时并用的情况,提出表2综合 划分土类的基本标谁

12、。上述综合划分土类的基本标准,没有提出绝对的界限值,从图3R,一q c散点图的方框 划分土类 可以看出,以 绝对界限值划分土类 的方法基本可行,但仍有 较大误差,在具体进行力学分层和 确定土名时还应考虑:1.力学分层时注意事项:(1)对每 孔的静力触探曲 线,先对q。h曲线进行宏观分层,首先确 定各厚层 均质上常数值的起终点,剔除异常点后,确定吼和分表2刀,一五10 0%q。最大值一般 曲线形态q。正 负差特异 曲线和土类另订(k Pa)(q。一h)(写)Ip1 717聋Ip101 0)I户7Ip盛745251217“片华卜1护 驴10习尸 7“粉砂细砂?卜。二”拭:孟趁卜孟 达冬 如.趁扩皇

13、卜盯卜比卜卜峨3价万了件万泛:“飞今(7及砂,10000“;,:; -葱拓丽一一一几优尸公图3摩阻比(R,)锥尖阻力(q。)散点图层面,再定f,对亚砂土和砂类土也可先定凡,再反定了:;(2)对薄层土和层厚为0.5m左右的互层土进行分层和确定乳、了,值时,薄层土一般以最低阻值(上下为硬层)或最高阻值(上下为软层)定平均值,互层土可取中值为平均值。2.土质分类判定程序:(1)先以R,值 初判 土名,再 以 氏检验,当两 者定名有 差别,一般以 乳值判定为主,或 以曲线形态分析判定之,(2)一项工程或一个地貌单元有数孔或数十孔触探曲线,可将相邻各孔分层剖面连成地质平纵剖面,相互对比后再进行个别调整或

14、修正。(3)最 后 以少量钻孔取样试验进行验证和修正,特别对容易判错的土类的薄层土、互层土和软土等应予重 点核对。3.特异曲线形态和土类 的判定:(1)淤泥质粘土和软土层:铁 路静力触探使用技术暂行规定中曾将P:(q。)1 5 ook Pa的土层均划为软土,实际上如柴达木盆地的优沙梁附近的饱和粉细砂和东部地区的亚砂土等,也常 见乳 脚0 0,1 5O0k Pa者,而淤泥质粘土和软土的刀,值也常见为1左右,容易误 判为 亚砂冰和砂类土,对此类土除按曲线形态 分析定性外,还可事先摸清该地区软土分布层序和层位参考确定,也可增作 电测十字板剪切试验以原状土(。.),口扰动土(c:)的 比值(。C二 灵

15、敏度K。云于夕大小来判定,即一般高塑性土灵 敏度高,还可参照经验对比 公式确定,即:粘土C。“0.0 5户.亚 枯土和亚砂 土C“、0.0 3P s(2)薄层土:对上下硬中间软的薄层土,q c一般偏高,R,偏低;对上下软中间硬的薄 层土,q c一般偏低,R,偏高;对这类薄层土应根据q c值大小将土名提高(或降低)一级。(3)薄互层土:粘性土和砂类土相间的薄(厚。.sm左右)互层土,一般可 划 归一层为“粘性土和砂类土”互层,f:较难确 定,可先根据q。h、R,一h曲线,找出该 层平均乳高值线和低值线,以中值作为该层土 的乎均值,再确定豆,值,计算f,。(4)饱 和粘性土( I,1 0) :实测对比发现,地下水位下的饱和粘性土R,值常小于2,而I,则大于10,可能是实测f,值偏低,对这类土根据曲线形态 和乳值等,应考虑将土名提高一级。