静力触探试验在合肥黏性土地层中的应用

贺炎九

(中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队,合肥 230088)

岩土体受到形成条件、形成年代、组成成分、地质构造、地应力、地下水、环境因素、应力历史等因素的影响,不同地区岩土的性质和特征存在明显区域性。在进行岩土工程设计和施工时,必须充分考虑不同区域的岩土特点,结合实际情况制订相应的施工计划和采用适当的施工技术,以确保工程的安全性和可靠性。但是,区域性岩土体的物理力学性质指标往往不能用既有的经验公式进行选用,需要经过室内试验或者原位试验的方法进行确定[1]。

静力触探试验是应用最为广泛的原位测试方法之一,与室内实验相比,静力触探测试是在岩土体原来的位置上进行,保持岩土体的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下测定岩土体的性质,不会引起岩土体的结构破坏或应力释放,避免了取样、运输、重塑等过程对岩土体性质的改变。这样能够更真实地反应岩土体在天然状态下所具有的工程特性,且可以在较短的时间内完成。该方法可获取岩土性质的连续变化情况,定量地对岩土体的物理力学性质进行分析,对于区域性明显的土层,能够更好地揭示其变化规律[2,3]。

因此,以合肥地区肥西县FX202271号地块项目为研究背景,运用静力触探试验原位测试的方法对场区黏性土进行比贯入阻力测试,结合室内试验成果,运用统计分析方法对比贯入阻力与内摩擦角、黏聚力、干重度和含水量参数进行关系拟合,建立合肥地区典型地层的静力触探参数与常见物理力学指标的经验关系。研究成果可为相关地区规范的制定以及合肥地区岩土工程勘察的发展提供有益参考。

1 工程概况

肥西县FX202271号地块项目位于合肥市肥西县上派镇,金寨南路与瑜城路交叉口。总用地面积63 529.84 m2,总建筑面积221 532.27 m2。项目包含房建部分及两条规划支路。道路部分为新建支路,总长为723.22 m,道路宽度为15 m,道路工程重要性等级为3级。房建部分详细资料见表1。

表1 建筑物基本情况

2 场区黏性土工程地质特征分析

经过勘察揭露,场区地基土为合肥市的典型地层,黏性土地层层序从上到下分别为①层杂填土、②层粉质黏土、③层黏土、④层黏土、⑤粉质黏土夹粉土,典型的地质剖面如图1所示。各黏性土地层的工程地质特征如表2所示。场区地表水主要存在于场地地表的水坑、水塘内,地表水主要由大气降水和地表径流补给,上层滞水主要赋存于①层杂填土中,承压水主要分布于⑤层粉质黏土夹粉土中,水量较丰富,承压水位埋深约为6.0～9.0 m,水位标高约为7.0～9.5 m,承压水头约为1 m。

表2 建筑场区地基土黏性土地层工程地质特征

场区各层黏性地基土的物理力学指标如表3所示。

表3 建筑场区黏性地基土的物理力学指标

3 静力触探试验实测结果

静力触探试验采用温州南光地质仪器公司生产的便携式单桥静力触探试验仪,其试验过程是一个将静力触探探头传感器贯入土层的过程,传感器能够将贯入土层受到的阻力转为电信号,并经过放大后显示在电脑终端,得到连续的比贯入阻力曲线[4]。探头的贯入速度应保持匀速,比避免贯入的抖动引起探杆的弯曲和比贯入阻力值的飘移[5]。在静力触探探头贯入土体前,为避免触探零漂移位对测试成果的污染,克服的方法是将其贯入0.5～1.0 m,然后将探头维持1 min左右,再将探头缓慢提升5～10 c m[6]。触探的贯入速率应控制在(1.2±0.3) m/min范围内,在同一检测孔的实验过程中宜保持匀速贯入,每贯入0.1 m,记录一次读数[7],得到的典型静力触探试验曲线如图2所示。图2中3个静力触探孔的地质钻孔揭露地层深度如表4所示。从表4中可以看出,各个地层的横向分布较为均匀,起伏变化不大。在深度方向上,6.5 m为⑤层粉质黏土夹粉土层,该层土较厚。从图2中可以看出,静力触探试验能够得到连续的比贯入阻力曲线,可反映地层的变化。比贯入阻力能够较好地区分①层杂填土和⑤层粉质黏土夹粉土,比贯入阻力呈现不同程度的波动,而对于②层粉质黏土、③层黏土和④层黏土,比贯入阻力随着深度的增加而增加。

表4 典型静力触探孔地质钻孔揭露情况

4 基于静力触探试验数据的黏性土物理力学指标回归分析

为了分析合肥地区黏性土地层的物理力学性质,运用静力触探试验比贯入阻力与室内试验成果建立回归拟合关系。图3为静力触探试验比贯入阻力与含水量、干重度的拟合关系。从图3(a)中可以看出,静力触探试验比贯入阻力与含水量具有良好的拟合关系,随着比贯入阻力的增加,黏性土含水量呈现单调非线性降低的趋势,两者的拟合决定系数R2=0.873 9,拟合关系式如式(1)所示。

w=20.34+10.07/Ps

(1)

从图3(b)中可以看出,静力触探试验比贯入阻力与干重度具有良好的拟合关系,随着比贯入阻力的增加,黏性土干重度呈现单调非线性增加的趋势,两者的拟合决定系数R2=0.903 7,拟合关系式如式(2)所示。

γ=16.5-2.0/Ps

(2)

图4为静力触探试验比贯入阻力与黏聚力、内摩擦角的拟合关系。从图4(a)中可以看出,静力触探试验比贯入阻力与黏聚力具有良好的拟合关系,随着比贯入阻力的增加,黏性土黏聚力呈现线性增加的趋势,两者的拟合决定系数R2=0.990 6,拟合关系式如式(3)所示。

c=35+15Ps

(3)

从图4(b)中可以看出,静力触探试验比贯入阻力与内摩擦角具有良好的拟合关系,随着比贯入阻力的增加,黏性土干重度呈现线性增加的趋势,两者的拟合决定系数R2=0.950 0,拟合关系式如式(4)所示。

φ=3+1.2Ps

(4)

5 结 论

以合肥地区肥西县FX202271号地块项目为研究背景,运用静力触探试验原位测试的方法对场区黏性土进行比贯入阻力测试,结合室内试验成果,对比贯入阻力与内摩擦角、黏聚力、干重度和含水量参数进行关系拟合,得到以下几个结论:

a.静力触探试验能够得到连续的比贯入阻力曲线,可反映地层的变化。比贯入阻力能够较好地区分①层杂填土和⑤层粉质黏土夹粉土,比贯入阻力呈现不同程度的波动,而对于②层粉质黏土、③层黏土和④层黏土,比贯入阻力随着深度的增加而增加。

b.在物理指标方面,静力触探试验比贯入阻力与含水量、干重度均具有良好的拟合关系。随着比贯入阻力的增加,黏性土含水量呈现单调非线性降低的趋势,干重度呈现单调非线性增加趋势。

c.在力学指标方面,静力触探试验比贯入阻力与黏聚力、内摩擦角均具有良好的拟合关系。随着比贯入阻力的增加,黏性土内摩擦角和黏聚力均呈线性增加趋势,拟合决定系数均大于0.95。