谭海晖，杨 涟，米德才，杨礼明，吴龙科

（1.广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西南宁530011；2.南宁市城乡建设委员会，广西南宁530028）

南宁市粉细砂层抗剪强度参数取值研究

谭海晖1，杨 涟2，米德才1，杨礼明1，吴龙科1

（1.广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西南宁530011；2.南宁市城乡建设委员会，广西南宁530028）

广西南宁市粉细砂层分布广泛，随着许多大型基础设施建设项目的相继启动，粉细砂抗剪强度的确定对工程有重要意义且势在必行。在南宁市轨道交通深基坑中获取92组原状样进行室内试验，在3个轨道交通深基坑中进行原位试验，同时收集南宁市岩土工程勘察报告中粉细砂经验取值，将试验数据与经验值进行对比分析，结果显示：南宁市粉细砂层抗剪强度比地区经验取值稍低，与现行有效标准取值一致。

粉细砂层；抗剪强度；黏聚力；内摩擦角；参数

随着南宁市经济和社会发展，城市轨道交通项目、东盟商贸区及北部湾经济区等大型基础设施建设项目相继启动，这些工程项目建设需要开挖大量的深基坑。南宁市处于邕江阶地，河流冲洪积物分布范围广且发育厚度大，深基坑的开挖揭露了这些河流的冲洪积物，其中，粉细砂层已大范围揭露。由于形成年代较晚尚未完成固结，粉细砂层稳定性较差，对基坑的开挖造成潜在危害。因此，南宁市粉细砂抗剪强度参数的研究对保障南宁市基础设施建设顺利开展有着重大的实际工程意义。

一直以来，岩土层物理力学参数取值的确定都是岩土工程界的一个技术难题，国内外学者［1-11］采用不同的仪器，通过不同的试验方法及后期的统计分析对岩土层物理力学参数的准确取值进行了大量的研究。粉细砂抗剪强度的确定更是当今技术难题中的一个热点问题，实际工程中采用的取值一般是由室内试验及工程经验总结所得，具有一定不确定性。国内外学者对粉细砂抗剪强度进行了大量的研究。扈萍等［12］采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验，在试验的基础上对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进，并采用试验对改进过后的函数进行验证，最终表明三轴条件下的强度准则更能反映粉细砂的真实应力状态。许成顺等［13］利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪，针对相对密度为30%的福建标准砂，在不排水条件下控制主应力方向、中主应力系数、平均主应力保持不变，进行了单调剪切试验。

如今，南宁市基坑工程开挖揭露了大量的粉细砂层，一般情况下，粉细砂抗剪强度主要是通过钻探提取粉细砂芯样，然后通过室内试验获取，方法比较单一，且使用过程发现，由于粉细砂黏粒含量较少，在提取岩芯及岩芯运送的过程中易对其造成扰动，从而导致其试验参数与真实值存在误差。本文拟采用室内试验结合原位测试的方法研究粉细砂的抗剪强度，并通过对比粉细砂室内试验结果、原位测试结果及大量轨道交通勘查资料统计分析结果，总结南宁市粉细砂抗剪强度规律，为南宁市基坑支护地方规范的编制提供基础数据，并对南宁市今后地铁及其它基坑支护设计和建设起到很好的参考作用。

1 南宁市地质背景研究

南宁市主要位于南宁盆地范围内，南宁盆地地势自东北向西南倾斜，四面山丘环绕。城区范围为地形相对比较平坦的邕江阶地或河流堆积准平原，地势较开阔、平坦。根据潘顺安［14］研究，南宁市内发育有邕江五级阶地，二元结构保存完好，分布面积大。市区地层岩性较丰富，广泛分布的有第四系冲积层（岩性为：淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、粉土、粉细砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂、圆砾、卵石）；第四系残积黏土、粉质黏土；新近系泥岩、粉砂岩、煤层；古近系砂岩、泥质粉砂岩、泥岩。南宁市的新构造运动以地壳缓慢上升、河谷下切为特征，主要表现为：在古近系组成的向斜盆地边缘及内部的断层，切割了老第三纪地层；第四纪沉积物的轻微弯曲及相伴产生的断层；第四纪以来的地壳升降、河谷下切，形成邕江两岸Ⅰ—Ⅳ级阶地［15］。根据《中国地震动峰值加速度区划图（1∶400万）》［16］，勘查区地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震基本烈度为Ⅵ度区。南宁盆地内的地下水，总体上分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水4个大类。南宁市地貌单元分区图见图1。

图1 南宁市地貌单元分区图

2 南宁市粉细砂层力学性质研究

2.1 室内试验

在南宁轨道交通11个站点共取原状样92组进行室内试验，采用饱和快速剪切和快速剪切的试验方法获取粉细砂剪切强度指标。图2、图3为粉细砂抗剪强度黏聚力和内摩擦角室内试验结果的分布直方图。表1为粉细砂剪切强度指标的统计分析表。

图2 粉细砂黏聚力分布直方图

图3 粉细砂内摩擦角分布直方图

表1 粉细砂剪切强度室内试验结果统计表

由表1可见：南宁市粉细砂黏聚力最大值为14.2 kPa，最小值为0.0 kPa，平均值为4.5 kPa；内摩擦角最大值为33.4°，最小值为12.1°，平均值为25.3°。

根据以往勘察资料，南宁市粉细砂中黏粒含量较少甚至不含黏粒，其黏聚力较小，与试验结果基本一致。

2.2 原位试验

在南宁轨道交通深基坑开挖过程中大面积揭露粉细砂层，有利于开展粉细砂层原位测试。选取粉细砂层发育较厚的西津站、西乡塘客运站及安吉综合基地等3个轨道交通站点进行现场直接剪切试验。

为了获取更加准确的剪切强度指标值及降低试验数据的离散性，本文采用面积为0.5 m2（边长约70.7 cm，高35 cm）的剪力盒进行试验，反力系统依靠深基坑支护连续墙、堆载或地锚通过千斤顶来提供，当试验位置离连续墙较远时则采用堆载的方法提供水平及竖直方向的反力，而在连续墙附近进行实验时，水平反力可以由连续墙提供，竖直方向则采用地锚来提供反力。根据现场试验区域大小及粉细砂分布情况，在西津站、西乡塘客运站和安吉综合基地出入段线分别开展了2组、2组和5组现场剪切试验，试验结果如表2所示。

表2 粉细砂层直接剪切试验结果

从表2可见：粉细砂层黏聚力平均值为2.05 kPa，内摩擦角的平均值为27.3°。从区域来看，西津站黏聚力介于0.07 kPa～0.58 kPa，内摩擦角介于21.3°～23.2°，西乡塘客运站黏聚力为0 kPa，内摩擦角介于22.2°～23.9°，安吉综合基地出入段线站黏聚力介于0.97 kPa～7.07 kPa，内摩擦角介于23.3°～26.1°，可见，安吉综合基地出入段粉细砂相对密实，黏性颗粒较多，剪切强度指标比其他2个站点稍大，室内试验颗粒分析结果也验证了这一观点。

2.3 勘察资料统计分析

岩土体物理力学参数经验值是工程建设人员结合室内试验、现场原位试验以及工程类比等基础上得出的结果，具有较好的代表性。

搜集南宁市轨道交通1、2号线工程勘察资料70余份，根据岩土参数的分析和选定，在岩土工程勘察报告中一般情况下应提供岩土参数的平均值、标准差、变异系数、数据分布的范围及数据的数量，对轨道交通基坑中各个岩土体参数进行统计分析，统计结果如表3所示。

表3 南宁市粉细砂力学参数经验值统计表

根据表3中统计结果可见：直接快剪试验参与统计的样本个数达到了56个，其黏聚力均为0 kPa，内摩擦角介于16°～30°，平均值为24.4°；固结快剪参与统计的样本个数为13个，黏聚力均为0 kPa，而内摩擦角介于29°～30°，平均值为29.5°。由于在固结的过程中空隙水压力消散，有效应力提高，所以固结快剪试验得出的内摩擦角比直接快剪的稍大。

2.4 与地方标准等资料的对比分析

对广西附近广东省、湖北省的地方标准及工程地质手册等资料进行了查阅比较，表4为收集整理的相关指标一览表。

表4 现行有效规范中粉细砂强度参数表

从表4可见：不同地区粉细砂强度参数差别较大，湖北省基坑支护规范中粉细砂的强度指标是与标贯击数密切相关的，其粉细砂内摩擦角取值比南宁市原位试验值稍大；广东省基坑支护规范中给出细砂内摩擦角介于25°～32°，较南宁市粉细砂原位试验值偏大；工程岩土学中将其细分为细砂、粉砂、极细砂土，其内摩擦角介于26°～36°，内摩擦角较原位试验值偏大；水利水电工程地质手册中根据标贯击数及孔隙比给出了细砂、极细砂的内摩擦角经验值，其值与南宁市粉细砂原位试验值基本一致。

综合对比表1～表4可见：室内试验统计结果与轨道交通勘察报告中经验值的统计分析结果比较接近，其中室内试验内摩擦角φ的平均值与勘察报告中经验值的平均值相差0.9°，室内试验统计的粉细砂黏聚力存在一定的离散性，变异系数达到了0.71，分析认为粉细砂含泥量差异较大是造成结果离散性比较大的主要原因；原位试验获得的粉细砂层的黏聚力c及内摩擦角φ取值小于室内试验、勘察报告资料及相关地方标准中的取值。

3 结 论

本文通过室内试验、现场原位试验、轨道交通基坑勘察资料及相关地标和参考资料中粉细砂经验值的对比分析，对南宁市粉细砂层的强度参数进行比较，得出以下结论：

（1）通过对92组粉细砂室内试验结果的统计分析获得粉细砂的黏聚力平均值为4.5 kPa，内摩擦角平均值为25.3°，现场原位试验获得粉细砂黏聚力介于0～7.07 kPa，内摩擦角介于21.3°～26.1°。

（2）南宁轨道交通勘察报告显示：粉细砂直接剪切试验所得黏聚力平均值为0 kPa，内摩擦角平均值为24.4°，固结快剪所得黏聚力平均值为0 kPa，内摩擦角平均值为29.5°。

（3）与室内试验、轨道交通勘查资料及相关地标和参考资料比较，原位试验获得的粉细砂剪切强度指标偏小。

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Parameters Determination for Shear Strength of Fine Sand from Nanning

TAN Haihui1，YANG Lian2，MI Decai1，YANG Liming1，WU Longke1
（1.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi 530011，China；2.Nanning Urban and Rural Construction Commission，Nanning，Guangxi 530028，China）

The fine sand is widely distributed in Nanning.As the foundational construction in our country has enhanced，it is very important and urgent to determinate the values of shear strength of fine sand.The shear strength of fine sand by comparing the test results of 92 sets of undisturbed sample was tested in laboratory，in situ test results of 3 rail transit station，and investigation data of rail transit station of Nanning.The results show that the shear strength of fine sand of Nanning is lower than experience value of other places，and consistent with the currently effective standard.

fine sand；shear strength；cohesion；internal friction angle；parameters

TU411

A

1672—1144（2016）05—0140—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.027

2016－07－01

2016－08－25

谭海晖（1968—），男，广西合浦人，高级工程师，主要从事公路桥梁、道路的勘察设计及维修加固工作。E－mail：303471354@qq.com