APP下载

粉土的工程特性与标贯击数分析①

2022-08-24宋国文李大华韩孟君

关键词:曲线图模量土层

宋国文, 李大华, 韩孟君

(1.安徽建筑大学土木工程学院,安徽 合肥 230601;2.安徽建工集团股份有限公司,安徽 合肥 230601)

0 引 言

此项技术在我国应用较为广泛[1-4],许多国内学者已经研究出不同地区标贯击数与土的部分物理力学参数之间的关系式[5-10]。例如,江苏省水利工程总队研究出标准贯入击数与地基承载力的经验回归式P0=23.3N,冶金部成都勘察公司利用经验回归建立出P0=56N-558和P0=19N-74,分别适用于不同性质土层。各地区还建立标贯击数N与土压缩模量Es和变形模量E0之间经验关系。例如,湖北省水利电力勘察设计院建立E0=1.6058N+7.4306,适用于黏性土和粉土,武汉城市规划设计院建立了E0=1.4135N+2.6156,适用于武汉地区黏性土和粉土,西南综合勘察院建立了Es=10.32+0.276N,适用于唐山新市区粉细沙。湖北省地方标准利用标贯击数平均值确定淤泥质土、黏性土剪切波速表和粉细砂的剪切波速表。

国外一些学者根据大量的标准贯入试验结果得出了砂土自重压力对标准贯入试验结果有很大作用的影响,在有效粒径范围内的饱和粉土及细砂,当其密度大于一临界时,贯入阻力将会偏大,需要将其标贯击数进行修正。他们经过一系列的工程实践分析,也建立了不同地区土的部分物理力学参数与标贯击数之间的表达式用来估算土层的内聚力,用标贯击数N值与砂性土、黏性土和软岩的抗剪强度、变形模量及桩基承载力之间的关系式、用标贯击数N值预估桩尖阻力和桩身阻力等。Sshultze&Menzen bach建立了土的压缩模量与标贯击数之间的关系式Es=7.1+0.49N,适用于地下水位以下细砂,Peck建立砂土N与内摩擦角φ经验关系式φ=0.3N+27。

1 标准贯入试验要点

①先用钻具钻至试验土层高程15cm处,清除残土,并应避免试验土层受刀扰动。

②贯入前,应拧紧探杆探头,将贯入器放入孔内,避免冲击孔底,注意保持贯入器、探杆、导向杆的垂直度。孔内宜加导向器,保证穿心锤中心施力,试验应采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击,锤击速率应小于每分钟30击。

③将贯入器竖直打入土层中15cm后,开始记录每打入10cm的击数,累计打入30cm的击数,定为实测击数N。密实土层中贯入度不足30cm而击数超过50击时,应终止试验并记录实际贯入度Δs和累计击数n,按式(1)换算成贯入30cm击数N。

④拔出贯入器,取出贯入器中的土样进行鉴别,描述记录。必要时妥善保存土样以备试验之用。试验原始记录应保存完好。

⑤根据记录表中的数据,应将实测击数N与试验深度d的关系曲线绘制于同一直角坐标图中,并应结合场地勘察结果分层,算出该试验孔各分层土的实测平均值,计算时应剔除异常值。

⑥应用标准贯入试验锤击数N值是否修正和如何修正应根据建立统计关系时的具体规定而定。

2 室外标准贯入试验和室内土工试验

2.1 主要土层分布情况及部分物理力学参数

通过对许昌市某道路工程详勘阶段钻探成果,该地区土层0~15m范围大致由第四系全新统人工杂填土、粉土以及粉质黏土组成。

①杂填土:杂色,松散,由建筑垃圾,生活垃圾,含植物根组成。②粉土:黄褐色,稍密,稍湿,含少量铁锰质斑点及钙质结核。③粉质黏土:黄褐色,可塑,含少量铁锰质斑点及钙质结核,无震摇反应,稍有光泽,干强度中等,韧性中等。土层情况,见表1。

表1 该地区第四系主要地基土层信息

对现场采取的土样进行室内土工试验,得出该地区的粉土层的物理力学参数。该地区粉土物理力学参数,见表2,表3。

表2 该地区粉土物理力学参数

表3 该地区粉土物理力学参数

从表2中可知,该地区的粉土含水率最低为8.9%,最高为28.7%,含水率较高,饱和度最低为46%,最高为97%,说明局部粉土层含有地下水较丰富。

2.2 标贯击数分析

将现场粉土层所进行的标准贯入试验锤击数以及对应土层的物理力学参数进行统计,见表4。

表4 标贯修正击数与粉土物理力学参数

0.22 7.06 14.6 23.5 0.77 0.51 7.9 9.6 0.21 7.51 15.3 23.9 0.727 0.44 7.9 10 0.18 7.95 15.8 24.3 0.692 0.33 8.1 10.4 0.16 8.39 16.4 25.0 0.659 0.29 8.6 12 0.14 9.24 17.5 26.2 0.63 0.25 9 13 0.14 11.92 18.2 27.1 0.591 0.19 9.2 13.5 0.13 13.64 19.3 27.9 0.516 0.13 9.6 8

2.3 标贯击数与粉土物理力学参数分析

通过表3数据,现将该地区粉土部分物理力学参数与标贯击数进行分析,见图1至图7。

图1 粉土的N-α关系曲线图

图2 粉土的N-Es关系曲线图

图3 粉土的N-c关系曲线图

图4 粉土的N-φ关系曲线图

图5 粉土的N-e关系曲线图

图6 粉土的N-IL关系曲线图

图7 粉土的N-IP关系曲线图

从图1至图7分析结果可知,该地区粉土的压缩系数α,压缩模量Es,粘聚力c,内摩擦角φ,孔隙比e,液性指数I L及塑性指数I P7个物理力学参数与标贯击数N具有良好的线性关系,并通过线性回归建立了两者之间的表达式,见表4。

表4 标贯击数与粉土物理力学参数指标的回归方程

其中压缩系数α,孔隙比e以及液性指数I L与标贯击数N成良好的负向线性相关,相关系数R分别为-0.9655,-0.9798,-0.9804。压缩模量Es,粘聚力c,内摩擦角φ以及塑性指数I P与标贯击数成良好的正向线性相关,相关系数分别为0.8851,0.9417,0.9426,0.9321以及通过F检验相关性显著。

3 推算值与实测值误差合理范围分析

将图1至图7所建立的标贯击数与粉土的7个物理力学参数方程进行合理的误差范围分析,结果见表5。

表5 参数对比结果

通过表4误差分析可知,在满足参数方程适用的地质条件下,利用参数方程所预测的粉土部分物理力学参数可信,误差值在工程允许范围内0~15%。

4 结 论

(1)通过室外标准贯入试验及室内土工试验数据分析了该地区粉土的7个物理力学指标,从而建立了该地区标贯击数与粉土的部分物理力学参数方程,α=-0.02055N+0.39694,Es=0.75074N+1.36894,c=0.58227N+10.47054,φ=0.59124N+19.0498,e=-0.0375N+1.06416,I L=-0.08456N+1.23843,I P=0.2368N+6.05931。相关系数R分别为0.9655,0.8851,0.9417,0.9426,0.9798,0.9804及0.9321相关性均较高。

(2)该地区粉土的压缩模量Es,粘聚力c,内摩擦角φ,塑性指数I P,压缩系数a,孔隙比e以及液性指数I L7个物理力学参数均可用建立的线性回归方程进行定量的预测,预测值可靠,有较高的精准度,误差范围在0~15%,满足工程需求。

(3)研究成果,可用标贯锤击数判断该地区土层的部分物理力学指标的预测有一定的指导作用,对该地区的岩土勘察活动增加经验,当地工程建设降低成本。

猜你喜欢

曲线图模量土层
内蒙古地区典型路基土动态回弹模量研究
土钉喷锚在不同土层的支护应用及效果分析
土层 村与人 下
土层——伊当湾志
土层 沙与土 上
利用不同褶皱形成方法测量高分子纳米薄膜模量的比较
钻孔灌注桩桩端后注浆沉降因素分析
高中地理图像图表题解析技巧之管窥
曲线图在高中生物教学中的应用
解答《经济生活》曲线图试题的四大技巧