紅黏土地基壓縮模量與標(biāo)準(zhǔn)貫入經(jīng)驗(yàn)擊數(shù)關(guān)系研究

李海波 周先才

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

武廣客運(yùn)專線烏龍泉至臨湘、耒陽至沙口等地段分布近100 km的灰?guī)r殘積層紅黏土地基,厚度由幾米到幾十米不等。該類紅黏土地基從上至下分別為棕紅色硬塑網(wǎng)紋狀黏土、褐黃色硬塑—軟塑黏土。紅黏土地基上部土層多呈硬塑狀態(tài),裂隙發(fā)育,易開裂,常規(guī)勘察取樣難以得到二級(jí)質(zhì)量土樣,易造成變形指標(biāo)室內(nèi)試驗(yàn)值偏低等實(shí)際問題。為此，武廣客運(yùn)專線勘察時(shí)對(duì)典型紅黏土區(qū)段采用三重單動(dòng)管取土器采取原狀一級(jí)土樣,并進(jìn)行孔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)與室內(nèi)變形計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析,得到相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式,實(shí)際硬塑至半干硬紅黏土沉降計(jì)算參數(shù)選取時(shí)參考了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù),有效提高了沉降變形計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性。

1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上屬于動(dòng)力觸探類型之一,它利用一定的錘擊能量(錘重63.5±0.5 kg,落距76±2 cm),采用自動(dòng)脫鉤的落錘法,將一定規(guī)格的對(duì)開管式貫入器打入鉆孔孔底的土中,根據(jù)打入土中貫入阻力的大小,判別土層的變化情況和土的工程性質(zhì)。貫入阻力的大小用貫入器貫入土中30 cm的錘擊數(shù)N63.5衡量。

標(biāo)貫試驗(yàn)一般分兩階段完成：一是預(yù)打階段,先將貫入器打入土中15 cm,若錘擊數(shù)已達(dá)50擊,貫入度未達(dá)15 cm,記錄實(shí)際貫入度；二是試驗(yàn)階段,將貫入器再打入土中30 cm,記錄每打入10 cm的錘擊數(shù),累計(jì)打入30 cm的錘擊數(shù)即為標(biāo)貫擊數(shù)N。在土層較硬時(shí),若累積擊數(shù)已達(dá)50擊,而貫入度未達(dá)到30 cm時(shí)終止試驗(yàn),記錄實(shí)際貫入度以及累計(jì)擊數(shù)n,按下式計(jì)算貫入30 cm時(shí)的錘擊數(shù)N

N=30n/ΔS

式中 ΔS——對(duì)應(yīng)錘擊數(shù)n的貫入數(shù)，cm。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N值的影響因素很多,如鉆桿長(zhǎng)度,錘擊能量等。在應(yīng)用標(biāo)貫擊數(shù)N評(píng)定土的有關(guān)工程性質(zhì)時(shí),應(yīng)按規(guī)范要求對(duì)N值進(jìn)行有關(guān)修正。

2 武廣紅黏土壓縮模量與標(biāo)貫擊數(shù)的關(guān)系研究

壓縮模量是反映土體性質(zhì)的重要參數(shù),也是進(jìn)行路基沉降計(jì)算和預(yù)測(cè)等必不可少的試驗(yàn)參數(shù)。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)總結(jié)出很多關(guān)于壓縮模量Es與標(biāo)貫擊數(shù)之間經(jīng)驗(yàn)公式,如表1所示。本線結(jié)合湖北、湖南代表性紅黏土地基工點(diǎn)，總結(jié)出了壓縮模量與標(biāo)貫擊數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式。

表1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)單位提出的Es或(E0)與標(biāo)貫擊數(shù)N經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

2.1 泉口工點(diǎn)(DK1 293+427.50)壓縮模量與標(biāo)貫擊數(shù)相關(guān)關(guān)系分析

(1)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)成果

采取一級(jí)質(zhì)量紅黏土土樣進(jìn)行室內(nèi)壓縮試驗(yàn),得到不同地層深度Z處壓縮模量Es值(如表2所示)。

表2 泉口工點(diǎn)不同深度Z處壓縮模量ES值

對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合及趨近分析,得到ES-Z的擬合公式

Es=-0.775 3Z+19.832

(0.8≤Z≤12.6 m,R2=0.977 1)

(1)

(2)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)成果

表3 泉口工點(diǎn)不同深度Z處修正后標(biāo)貫擊數(shù)N數(shù)據(jù)匯總

對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合及趨近分析,得到N-Z的擬合公式

N=-1.5Z+25.944

(1.7≤Z≤12.1,R2=0.936 1)

(2)

(3)Es-N經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定

根據(jù)式(1)、式(2),可得到泉口工點(diǎn)Es-N經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式

Es=0.517N+6.422 (13≤N≤25,R2=0.915)

2.2 耒陽工點(diǎn)(DK1 784+884.9)壓縮模量與標(biāo)貫擊數(shù)相關(guān)關(guān)系分析

(1)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)成果

采取一級(jí)質(zhì)量紅黏土土樣進(jìn)行室內(nèi)壓縮試驗(yàn),得到不同地層深度Z處壓縮模量Es值(如表4所示)。

表4 耒陽工點(diǎn)不同深度Z處室內(nèi)壓縮模量Es

將上表中數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合和趨近分析,可得ES-Z擬合公式為

Es=-0.503Z+13.24

(0.7≤Z≤15.3 m,R2=0.985 3)

(3)

(2)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)成果

耒陽工點(diǎn)修正后標(biāo)貫試驗(yàn)成果如表5所示。

表5 耒陽工點(diǎn)不同地層深度Z處修正后標(biāo)貫擊數(shù)N

對(duì)上表中數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合,并進(jìn)行趨近分析,可知N-Z函數(shù)關(guān)系為

N=0.092 4Z3-2.544 3Z2+19.628Z-15.157

(R2=0.974 7)

(4)

對(duì)同一深度處由公式(3)、(4)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)和壓縮模量值進(jìn)行曲線擬合(如圖1所示)。

根據(jù)常理分析，N值越大表示地基土層越堅(jiān)硬,壓縮模量應(yīng)越大,即Es值隨N值增大而增大,圖1中AB、BC段斜率為負(fù),應(yīng)舍去；DE段雖也滿足壓縮模量隨標(biāo)貫擊數(shù)增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的基本規(guī)律,但是斜率過小,幾乎為零增長(zhǎng),故可不予考慮。由此分析可知,圖1中曲線CD段兩者關(guān)系較為合理,截取該段曲線(如圖2所示)進(jìn)行擬合,并進(jìn)行趨近分析,采用直線式相關(guān)性較好,耒陽工點(diǎn)Es-N經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式如下

圖1 耒陽工點(diǎn)壓縮模量Es與標(biāo)貫擊數(shù)N初始擬合曲線

Es=0.614N-8.591 (15≤N≤30,R2=0.988)

圖2 耒陽工點(diǎn)壓縮模量Es與標(biāo)貫擊數(shù)N修正后擬合曲線

3 結(jié)束語

結(jié)合沿線湖北、湖南兩處典型紅黏土地基工點(diǎn)的對(duì)比性勘探資料,可知武廣客運(yùn)專線紅黏土地基的壓縮模量Es與原位測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N之間具有良好的線性相關(guān)性。紅黏土地基上部土層較硬,常規(guī)勘察取樣較難得到二級(jí)質(zhì)量土樣,易造成變形指標(biāo)室內(nèi)試驗(yàn)值偏低,而標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)簡(jiǎn)單,是實(shí)際勘察中的常規(guī)方法。根據(jù)總結(jié)的壓縮模量Es與原位測(cè)試試驗(yàn)標(biāo)貫擊數(shù)N相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)壓縮模量結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修正,可以較準(zhǔn)確的獲得紅黏土地基壓縮模量,減少因常規(guī)勘探取樣土樣質(zhì)量不佳造成室內(nèi)試驗(yàn)值偏低等問題。

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