镇江地区土层标准化应用

许程，徐为海，吴晓亮

(镇江市勘察测绘研究院有限公司，江苏 镇江 212050)

1 引 言

基于当前城市化过程中建设用地规模持续扩大的现状，结合区域地质一般呈现较为稳定的分布特征，建立一个根据地质时代、成因类别等因素划分，使得岩土名称、物理力学指标在一定范围内大致匹配的区域标准地层序列具有积极的现实意义。近几年来，全国各大城市基于区域地质调查研究成果，系统总结地区地质条件并划分工程地质层组，对地层主要物理力学指标参数进行统计，从而构建区域工程地质标准地层层序和统一编码。

各地区岩土工程师结合区域地质资料做了大量的统计分析工作并取得可观的研究成果。肖裕生[1]等在归纳南京地区第四纪沉积环境的基础上，总结了不同地貌和地质单元的地层层序特征，提出了统一分层的方法和统一的地层代号，并将南京地区第四系划分为填土、新近沉积土、一般沉积土和老沉积土等4个大层和若干亚层，并提供各层土的基本物理力学性质、典型剖面。邵万强等[2]通过采用多种第四系研究方法和手段确定了青岛市市区第四系层序的划分并与区域地层进行了对比，确定了层级地层单位和唯一地层序号。马锋等[3]基于《天津市地基土层序划分技术规程》的地基土层序划分原则，对典型工程地质的地层进行综合分析，建立基本符合天津市平原区地层的标准层序表。仝霄金等[4]通过多种研究方法和手段，按时代-成因-岩性划分了层级地层单位，并订制了唯一地层序号，确定了济南市市区标准地层层序的划分。杨育文等[5]介绍了武汉都市发展区范围内地壳从海相沉积过渡到陆相沉积的28组地层单元，并分析了其岩土组合特性。

2 镇江地区土层标准化

镇江地区地貌单元可划分为山地丘陵、岗地、谷地、滩地等，结合典型土层分布情况，可归纳总结出地貌类型与土层组合特征：Q3地层一般以分布在低山丘陵、岗地区的粉质黏土为主，褐黄色或淡黄色，呈现硬塑～可塑相间的特点；Q4地层一般以分布在谷地、滩地的有机质土、淤泥质土、粉质黏土、粉土粉砂等软弱土为主，黑色或灰色，沉积环境复杂，土质不均匀。

根据区域地质、地貌资料，结合岩土参数统计成果，可进一步细化镇江地区标准地层，如表1所示。

以上系镇江地区标准地层的土层特征简单描述，对于同一土层中相间呈韵律沉积的土层中夹层、夹薄层的情况可根据实际情况作为次亚层进行编号，对于同一土层中土性状态变化较大造成参数变异系数偏高的情况亦可作为次亚层进行编号。

3 土层划分案例

3.1 土层细划前典型参数统计分析

④层粉质黏土为晚更新世沉积形成的下蜀黄土，在镇江地区分布较广，主要见于山丘区和岗地区[6]。本节以镇江新区某项目④层粉质黏土318组土样数据为分析对象，相关土样的物理指标参数、压缩性指标参数统计情况如表2所示，指标参数分布直方图如图1所示。

表2 ④层粉质黏土参数统计情况

图1 ④层粉质黏土指标参数分布直方图

根据④层粉质黏土参数统计和分布特征可以得出以下结论：

(1)④层粉质黏土物理指标中的土粒比重变异系数基本接近于0，天然密度变异系数小于0.05，故可以将土粒比重、天然密度视作为确定性变量。

(2)④层粉质黏土物理指标中的含水量、孔隙比、液限、塑限、塑性指数的变异系数基本位于0.10左右，液性指数的变异系数接近0.70，故采用岩土工程概率设计方法时应考虑相关参数的变异性。

(3)④层粉质黏土压缩性指标中的压缩系数、压缩模量的变异系数基本位于0.20～0.30之间，对于岩土工程沉降设计会产生较大的影响。

一般而言，评价某一岩土参数的离散程度时可采用标准差指标，评价不同岩土参数的离散程度时则更倾向于利用无量纲系数，即变异系数。进行岩土工程可靠性设计时，变异系数大小的影响不容忽视[7]。在理想条件下，岩土参数变异性取决于同一土层的土质成分、密实度和稠度等因素，因此，准确合理地划分土层单元对于变异系数的统计和分析的准确性显得尤为重要[8]。

3.2 土层细划后典型参数统计分析

针对镇江新区某项目④层粉质黏土土样数据统计分析结果，结合场地地层状况，可将④层粉质黏土进一步划分④-1层粉质黏土、④-2层粉质黏土和④-3层粉质黏土。

(1)④-1层粉质黏土

④-1层粉质黏土物理指标参数、压缩性指标参数统计情况如表3所示，典型参数分布特征如图2所示。

表3 ④-1层粉质黏土参数统计情况

图2 ④-1层粉质黏土典型指标参数分布直方图

④-1层粉质黏土的典型指标参数正态检验如表4所示，正态Q-Q图如图3所示。

图3 ④-1层粉质黏土典型指标参数正态Q-Q图

根据表4关于④-1层粉质黏土典型指标参数正态检验(K-S检验和S-W检验)结果可知，典型参数中的含水量和液性指数的显著性检验P值大于0.05，判定其呈现正态分布。通过正态Q-Q图进行验证，含水量和液性指数的观察值与预期正态接近直线分布，说明数据符合正态分布特征。

表4 ④-1层粉质黏土正态检验

(2)④-2层粉质黏土

④-2层粉质黏土的物理指标参数、压缩性指标参数统计情况如表5所示，典型参数分布特征如图4所示。

表5 ④-2层粉质黏土参数统计情况

图4 ④-2层粉质黏土典型指标参数分布直方图

④-2层粉质黏土的典型指标参数正态检验如表6所示，正态Q-Q图如图5所示。

图5 ④-2层粉质黏土典型指标参数正态Q-Q图

根据表6关于④-2层粉质黏土典型指标参数正态检验(K-S检验和S-W检验)结果可知，典型参数中的含水量、孔隙比、液性指数和压缩模量的显著性检验P值均大于0.05，判定其呈现正态分布。通过正态Q-Q图进行验证，含水量、孔隙比、液性指数和压缩模量的观察值与预期正态均接近直线分布，说明数据符合正态分布特征。

表6 ④-2层粉质黏土正态检验

(3)④-3层粉质黏土

④-3层粉质黏土的物理指标参数、压缩性指标参数统计情况如表7所示，典型参数分布特征如图6所示。

表7 ④-3层粉质黏土参数统计情况

图6 ④-3层粉质黏土典型指标参数分布直方图

④-3层粉质黏土的典型指标参数正态检验如表8所示，正态Q-Q图如图7所示。

图7 ④-3层粉质黏土典型指标参数正态Q-Q图

根据表8关于④-3层粉质黏土典型指标参数正态检验(K-S检验和S-W检验)结果可知，典型参数中的液性指数的显著性检验P值大于0.05，判定其呈现正态分布。通过正态Q-Q图进行验证，液性指数的观察值与预期正态接近直线分布，说明数据符合正态分布特征。

表8 ④-3层粉质黏土正态检验

3.3 土层细划前后典型参数统计对比分析

将土层细划前后典型参数的标准差比值与变异系数比值进行统计分析，如表9所示。

表9 ④层粉质黏土细划前后参数比值统计情况

由表9可知，经土层细划后的④层粉质黏土参数的标准差与变异系数均有不同程度的削减，天然密度ρ值的标准差与变异系数为原数值的75%左右，含水量w值的标准差与变异系数为原数值的55%～75%左右，土粒比重GS值的标准差与变异系数几乎未变，孔隙比e值的标准差与变异系数为原数值的60%～75%左右；液限wL、塑限wP、塑性指数IP比值变化稍小，其标准差与变异系数为原数值的50%～90%左右；液性指数IL值的标准差为原数值的25%～55%左右，变异系数为原数值的14%～120%；压缩系数a1-2值的标准差、变异系数为原数值的40%～65%，压缩模量Es值的标准差、变异系数为原数值的35%～80%。

需要指出的是，经土层细划后的④-3层粉质黏土液性指数变异系数则增至120%，分析可知液性指数的平均值和标准差均因土层细分后有所减小，而平均值数值降幅大于标准差数值降幅，从而导致变异系数较土层细化前有所增大。因此，土层离散程度变化需结合标准差与变异系数进行分析考虑。

综上所述，土性物理指标参数的变异系数一般小于压缩性指标参数的变异系数，且土层细划有助于进一步降低指标参数变异系数的大小。基于土体变异性分析作为岩土工程可靠性设计基础这一情况，岩土工程师在针对区域岩土特性进行分析研究时应重视变异系数所反映的土性离散程度，并在区域土层标准化的过程中加以运用，从而有利于保证土层标准化划分的准确性和参数取值的合理性。

4 结 论

工程建设一般需根据土体沉积环境、工程地质特性等因素将土体进行分层，同一土层的土体一般视为性质均匀土体，并以土性物理力学性质指标参数的平均值或标准值表示。镇江地区土层标准化划分可初步划分为4个主要工程地质层，17个亚层，包含填土层、滩地沉积层、谷地淤积层、岗地沉积层等，并可根据具体情况进行次亚层划分以满足实际需求。

岩土工程师在针对区域岩土特性进行分析研究时应重视变异系数所反映的土性离散程度，而进行土层细分有助于进一步降低土性参数变异系数的大小。工程勘察过程中加强对地层成因时代和沉积环境的分析，有利于合理划分土层；基于地区数据资料进行统一土层层序编码与描述，有利于岩土资料的统计与类比分析。