圆锥动力触探数据在泥石流勘查中的应用

2014-04-29王仁霞王海敏

信息周刊 2014年2期

王仁霞王海敏

【摘要】泥石流勘查是查明泥石流发育的自然环境、形成条件，泥石流基本特征、危害特征，同时对泥石流防治工程部位进行工程地质勘查，由于防治工程部位工程地质条件存在一定的特殊性，因此勘查手段与一般工业建筑与民用建筑存在诸多不同。本文在泥石流发育的自然环境、形成条件以及泥石流特殊工程地质条件的基础上，辅以工程实例，重点阐述圆锥动力触探在泥石流勘查中的应用，以期对泥石流的勘查有所帮助。

【关键词】泥石流；工程地质条件；特殊性；圆锥动力触探试验；应用

引言

泥石流是山区沟谷中或山坡上，由于降水（暴雨、冰川、融雪、水体溃决）激发的一种含有大量泥沙、石块和巨砾等固体物质，并具有很大冲击力的特殊洪流。其中的固体物质的颗粒间充满水或泥浆，结构松散，在运动过程中形成动接触，没有稳定的连接构造，是一种不稳定的流动体。它的发生和发展是地理环境、地质背景、气象因素和人类活动综合作用的结果。其特点是爆发突然、来势凶猛、历时短暂、能量巨大、冲击力强，具有强大的破坏力。泥石流勘查是查明泥石流发育的自然环境、形成条件，泥石流基本特征、危害特征，同时对泥石流防治工程部位进行工程地质勘查，为泥石流防治方案的选择和防治工程的设计提供工程地质参数。

一、泥石流治理部位工程地质条件的特殊性

泥石流发育的自然环境和形成条件决定了泥石流沟道内的地层岩性和结构特征。泥石流一般发育在区域地质环境较差的地区，这些地区大多构造复杂、断裂褶皱发育、构造活动强烈地区，地表岩石破碎，结构松散、软弱、易于风化、节理发育或软硬相间成层、崩塌、滑坡等不良地质现象发育，能为泥石流提供丰富的碎屑物来源。另外，泥石流形成区域多为三面环山，山高坡陡，沟谷纵坡降较大，为地表水的短时汇集提供了前提条件。因此，在短时强降雨的激发下，泥石流能够迅速暴发。由于泥石流上下游沟道形态不同，泥石流流体在遇见相对开阔的沟谷时，会因为组成物源的成分不同、粒径不同而形成不同程度的沉积，加之历次泥石流的累计搬运，沟道内会呈现出多次沉积的现象（这一现象在泥石流勘查的井（槽）探中较为常见）。沉积层在泥石流沟道所处的位置不同时，其厚度也会发生较大变化，颗粒组成、密实度等性质亦存在较大差异，导致地基土均匀性较差，物理力学性质不稳定。

泥石流拦挡工程是泥石流灾害防治工程中常见的一种措施。理想的拦挡位置是沟道卡口处，沟底及左右岸基岩出露且库容满足要求，但受沟道、地层的等条件的制约，拦挡工程很难全部修建在基岩出露的沟道中。而拦挡坝在沟道中担负着拦挡物源、消减能量、降低对沟床冲刷的作用，其对地基土的工程地质条件要求较高，若选择沟道沉积层作为修建地点，将对勘查工作提出更高的要求。因此，通过勘查选择理想的拦挡工程修建位置，是泥石流勘查中一项重要的工作。这也是泥石流勘查与一般工业建筑、民用建筑勘查的不同之处。在一般的勘查中，土工试验数据是提供地基土承载力的主要来源，而在泥石流勘查中，土工试验数据却不易获取。如前所述，泥石流沟道内作为持力层的地基土颗粒组成、粒径、密实度等存在较大差异，给取样带来一定困难，同时，所取样品有时达不到室内试验的要求，其试验数据仅具参考价值。同样的原因，标准贯入试验在泥石流勘查中也很难发挥它的优势。而利用圆锥动力触探的锤击数去反映土层的力学性质，并将其转化为承载力和变形参数的数值，是一个较为理想的勘查手段。在野外规范的施工基础上，准确的分析处理数据，圆锥动力触探可有效的完成防治工程部位土层力学性质的准确反映。

二、圆锥动力触探试验简介

圆锥动力触探试验（DPT）是岩土工程勘查中常规的原位测试方法之一，它是利用一定质量的落锤，以一定高度的自由落距将标准规格的圆锥形探头打入土层中，根据探头贯入的难易程度（可用贯入一定距离的锤击数、贯入度或探头单位面积动贯阻力来表示）判定土层的性质。圆锥动力触探试验的类型分为轻型（落锤质量10kg）、重型（落锤质量63.5kg）和超重型（落锤质量120kg）三种，轻型圆锥动力触探试验一般用于贯入深度小于4m的粘性土、粘性土组成的素填土和粉土；重型圆锥动力触探试验一般适用于砂土、中密以下的碎石土和极软岩；超重型圆锥动力触探试验一般适用于较密实的碎石土、极软岩和软岩。结合工程实例，本文中介绍的为重型圆锥动力触探，其落锤质量63.5kg、落距76cm、探头直径74mm、探头锥角60°、探杆直径42mm，试验指标为：贯入10cm的锤击数N63.5

试验要点：贯入时，穿心锤自动脱钩，自由下落；地面上触探杆高度控制在1.5m以内，以免倾斜和摆动过大；贯入过程应尽量连续贯入，锤击速率每分钟宜为15～30击；每贯入10cm记录其相应的锤击数N63.5。

三、圆锥动力触探在泥石流勘查中的应用实例

1、工程概况

某勘查场地位于河北省涉县某泥石流沟内，流域范围大致呈圈椅状，海拔高差383m，沟谷内上覆第四系冲洪积物，下伏地层为奥陶系下统冶里组。拟治理工程措施为：在泥石流沟道内逐级修建拦挡工程。根据钻探和井（槽）探揭露的地层情况，该区1.6～8.5m为卵砾石层，故采用的是重型圆锥动力触探（N′63.5）对泥石流沟道内的碎石土层进行试验。

2、影响圆锥动力触试验数据的因素

（1）人为及设备的影响

从工程实践中不难看出，在进行圆锥动力触探试验时，落锤的高度、锤击速速、操作方法以及读数方法和精度，都会影响试验的准确性。另外，触探杆与侧壁的摩擦和触探杆的长度，也是影响试验数据的一个重要因素。一般情况下，触探贯入时，由于土对触探杆侧壁的摩擦作用消耗了部分能量而使触探击数增大，侧壁摩擦的影响有随土密度和触探深度的增大而增大的趋势。有资料显示，对于一般土层条件，用泥浆护壁钻进，触探深度小于15m时，可不考虑侧壁摩擦的影响。从在松散～稍密的砂土和圆砾、卵石层上所做的对比试验来看：重型动力触探在深度12m左右范圍内，侧壁摩擦的影响是不显著的。如果土层较密，深度较大时，侧壁摩擦有明显的影响。

（2）试验土层的影响

通常状况下，土的密度、含水量、状态、颗粒组成、结构强度、抗剪强度、压缩性对触探试验都有一定程度的影响。本工程中的卵砾石层对试验的影响主要表现在卵砾石中不同的粒径组成对锤击数的影响。卵砾石中主要的颗粒粒径较小时，动力触探锤击数变化较小；卵砾石中主要的颗粒粒径较大时，动力触探锤击数变化较大。尤其是遇见较大的卵石或者漂石时，锤击数会大幅上升，甚至出现反弹的情况。当锤击数异常大时，数据是不合理不可取的。

3、数据的整理和应用

试验锤击数统计平均值为N′63.5=50，锤击数按下列公式进行修正：

N63.5=α·N′63.5

式中N63.5——修正后的重型圆锥动力触探试验锤击数（查表取值，本工程中α取0.78）；

α——重型圆锥动力触探试验锤击数修正系数；

N63.5——实测重型圆锥动力触探试验锤击数。

由公式可得修正锤击数N63.5=39，根据修正锤击数确定地基承载力为400 kPa。结合室内试验数据，可综合判定该层的物理力学性质，选择其作为拦挡工程的持力层。

结束语

圆锥动力触探试验是以贯入一定深度的锤击数为触探指标，并对锤击数进行修正，通过与室内试验建立相关关系来获取土层的物理力学指标以及承载力特征值，从而对土层性质进行评价。该方法能清楚的反映不同地层的物理力学性质，判断地层的密实度，准确提供设计需要的地层参数，提高勘查资料的质量。

圆锥动力触探也有其不足的一面，由于试验中不能采样对土层进行直观鉴别描述，且试验人为误差较大，不可再现，会影响试验数据的准确程度。因此在进行试验时，有待进一步规范操作方法，对比试验成果与土层物理力学参数的关系，使该试验方法的优点得到更广泛的发挥。

参考文献：

[1]李奇峰.圆锥动力触探成果在碎石土勘察中的应用[J]. 中国科技论文在线》，2008.