铁岭地区地基土标准贯入锤击数与物理及力学参数关系试验研究

杨洪生 张涛 李雪

摘 要:以铁岭地区大量岩土工程勘察报告为基础,对粘性土标贯试验与部分物理及力学参数的相关关系进行研究,用一元线性回归法确定线性对应关系，给出线性拟合关系式及其相关系数。通过分析表明粘性土的压缩模量与标准贯入击数成正比关系,线性相关系数绝大部分达0.95以上；粘性土的孔隙比、液性指数与标准贯入击数成反比关系,线性相关系数绝大部分达0.94以上;对铁岭地区粘性土的物理及力学参数可用本文建立的以标准贯入击数为自变量的线性关系式来进行预测评价。

关键词:标准贯入试验;土工试验;线性关系

TU41

土的孔隙比、压缩模量及液性指数是反映地基土物理性质，估算力学性质的重要指标。这些指标数据通常很难在野外勘察中直接取得，需要现场取样在土工试验室通过实验获得。通常标准贯入试验是在野外现场利用重63.5kg的穿心锤，以76cm的落距，将标准贯入器打入土中，记录每贯入30cm所需锤击数的一种方便、快捷、普遍采用的现场原位测试方法。如果能建立粘性土相关物理力学参数与其标准贯入锤击数的经验关系式，那么在勘察现场，勘察技术人员就能利用现场标准贯入试验估算出更多的地基土的物理及力学性质，使野外记录分层情况更加准确，室内整理室内试验与地层无大偏差。由此可见，建立适合铁岭地区的粘性土相关物理力学参数与其标准贯入锤击数的经验关系式是很有意义的一项工作。

1. 粘性土的分布规律及相关数据的收集

铁岭市位于辽河中上游，为辽河冲积平原的一部分。根据地貌成因类型可将铁岭地区分为3个地貌单元：构造侵蚀地形（高丘陵、低丘陵）、剥蚀堆积地形（山前坡洪积裙扇、丘间谷地）、堆积地形（辽河冲积平原、一级阶地、河漫灘）。本文主要以第四纪冲积成因的粉质粘土为研究对象。

笔者根据多年的本地区工程勘察经历，并结合铁岭大部分区域的工程勘察野外记录及土工试验数据，为收集相关质料创造了有利条件。本文参考了铁岭4个辖区近千份工程勘察报告中近4000个土工试验数据及标准贯入锤击数，进行收集研究。绘制出数据离散图，见图1、图2、图3。

2.数据统计方法与结果

根据所收集到的土工试验资料与标准贯入锤击数试验数据，将各勘察报告中粘性土的液性指数IL、压缩模量ES及孔隙比e按照土层的形成时代、成因、塑性状态，与同一土层中的标准贯入锤击数N，统计其平均值、标准差、变异系数。

式中为岩土参数测试值；为参加统计的子样数。试验中的重大误差或非代表性的数据用Gmbbs准则判别，对异常数据进行舍弃，用式(3)计算。

采用三倍标准差方法，即取，舍弃试验中的重大误差或非代表性数据，统计结果见表1。

3土的标准贯入锤击数与其部分物理及力学参数相关关系分析

3.1标准贯入锤击数与孔隙比相关关系分析

孔隙比指材料中孔隙体积与材料中颗粒体积之比，是反应材料密实程度的重要物理性质指标。

对表1中孔隙比与标准贯入锤击数进行一元线性回归，回归直线方程为

(4)

其中： 土的孔隙比

土的标准贯入锤击数

绘孔隙比与标准贯入锤击数的出关系图，见图1

由图1可见,粘性土的孔隙比与土的标准贯入锤击数成反比关系,线性相关很好。

3.2标准贯入锤击数与液性指数相关关系分析

粘性土的液性指数是评价地基土的承载力、估算土的力学性质的重要指标。

对表1中液性指数与标准贯入锤击数进行一元线性回归，回归直线方程为

(5)

其中： LI—土的液性指数

N—土的标准贯入锤击数

绘出液性指数与标准贯入锤击数的关系图，见图2

由图2可见,粘性土的液性指数与土的标准贯入锤击数成反比关系,线性相关很好。

3.3标准贯入锤击数与压缩模量的相关关系分析

土的压缩模量是土在完全侧限的条件下,竖向正应力与相应变形稳定时二者的比值。一般情况是,土的压缩模量越小,则土的压缩性越好。

对表1中压缩模量与标准贯入锤击数进行一元线性回归，回归直线方程为

(6)

其中： 土的压缩模量

土的标准贯入锤击数

绘出压缩模量与标准贯入锤击数的关系图，见图3

由图3可见,粘性土的压缩模量与土的标准贯入锤击数成正比关系,线性相关很好。

4.结论

通过对标准贯入锤击数与孔隙比、标准贯入锤击数与粘性土液性指数以及标准贯入锤击数与压缩模量相应关系的分析表明，铁岭地区粘性土同时有许多物理及力学参数与标准贯入锤击数呈相关系数很高的线性关系，在今后的岩土工程勘察中，野外勘察技术人员可参考本文分析出的粘性土的物理及力学性质与标贯的关系式，利用标准贯入锤击数对粘性土的液性指数、孔隙比及压缩模量进行预测。

参考文献：

[1]常柏林．概率论与数理统计（第四版）．北京：高等教育出版社，2008．

[2]中华人民共和国建设部. GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3]林宗元.岩土工程勘察设计手册辽宁科学技术出版社１９９６

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。