中节能建设工程设计院有限公 四川成都 610052
摘要：阐述了岩土工程勘察中岩土类别的划分情况，由于岩土体的复杂性和天然成因，其物理力学性质的具有差异性和区域性，采用扁铲侧胀试验对其进行岩土类别的划分，需要建立区域性岩土参数的岩土材料分类公式。本文通过室内试验数据和扁铲侧胀试验，据现行国家规范提出的材料指数公式，总结了成都地区岩土类别的划分规律和相关关系，以促进扁铲侧胀技术的推广应用。
关键词 材料指数,粒径分布,塑性指数,岩土类别,扁铲侧胀试验
0 引言
在我国的岩土工程设计中，常采用众多的岩土工程勘察方法以确定岩土的物理力学参数和变形特征参数，包括地质钻孔、原位测试和室内试验等。地质钻孔时最直接和最为普遍的勘察方式，它的直观性表现在其通过钻探取样，直接识别岩土类型，并逐层对岩土体进行描述分层，划分不同成因、性质和不同状态的岩土体，直观表达土体的起伏变化，以供工程设计和工程施工使用，同时结合取样器的使用，可以在钻孔内取出试样，并室内试验中获取土样的物理力学参数，以为基础工程设计服务。钻探取样和室内试验需要耗费较大的工程成本和占用较长的工程时间，而原位测试方法，比如静力触探试验和扁铲侧胀试验等，作为重要的勘察手段之一，因其经济省时、效率高、在保持土体的原位状态中测试并提供众多参数，变得越来越受到欢迎，但在无勘探资料的情况下，原位测试不能直接确定岩土类型和划分岩层。此外，土层的力学性质与众多因素关联，比如，土体的成因、历史及人类活动等，表现出差异性和地区规律性，因此，需要结合大量的岩土钻探资料和原位测试数据，建立一种依赖于岩土类别的岩土材料分类公式，以制定恰当的地区岩土分类方法[1] [2]。
本文依据室内试验成果和现场扁铲侧胀试验数据，根据我国国家规范《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）提出的材料指数公式，总结了成都地区岩土类别的划分规律和相关关系，促进扁铲侧胀技术的推广应用[3-5]。
1 研究相关性
目前，与静力触探试验、标准贯入试验和标准动锥试验相比，扁铲侧胀试验在我国的应用并不广泛。这往往归因于我国的工程勘察依赖于钻探取样和室内试验，这些室内试验的成果由于取样的小尺度和运输及制备过程中的扰动而偏于保守，甚至失真[2]。尽管我国《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）收录了扁铲侧胀试验方法，但只规定了材料指数ID的计算方法，并明确指出其在土类划分中具有优势，但却为提供一个确实可行的分类标准或者分类指标界限[6]。由于岩土体形成的天然随机性和分布多样性，工程性质显得特殊而不确定性，为了提供工程勘察资料，应建立区域的相关关系、分类和计算公式。在众多的原位测试中，静力触探也提供土类的划分标准，但是其参数含有力学纲量，及测试侧摩阻力fs和锥尖阻力qc，不能反映岩土体的结构性变化，比如颗粒粒径含量变化对砂土的影响，或塑性指数对黏性土的影响等。众多原位测试试验研究表明，有必要制定一个岩土分类标准，不仅与土壤类型相关，而且与通用物理力学参数相关，例如测试土体中各种粒径颗粒的百分比，这种分类的可用性可以不考虑由于不同规范标准产生的误差，依据测试结果建立成都地区可经验公式和图表，也有利于工程设计时对分类参数具有量化标准[3-5]。
2 试验区域和方法
本文在成都地区进行了多个工程场地的扁铲侧胀试验，同时也收集了众多工程的扁铲侧胀测试数据，共计15个试验位置，总测试深度超过1000m。扁铲试验方法参照文献[6]所示规定进行，同时也采用了黏土和砂粒径分布的实验室试验（分别采用比重计和筛网试验）和黏土塑性指数，具体试验步骤可参见《土工试验方法标准》(GBT 50123-1999) [7]。
3 参数相关关系
3.1 岩土材料指标（ID）和颗粒含量
研究表明，材料指数ID与土壤中黏土颗粒含量之间的关系是指数关系，随着粘土颗粒含量从0%增加到10%，材料指数急剧下降，随后黏土颗粒含量进一步增加，曲线逐渐趋于为0的渐近线。材料指数ID与土壤中颗粒含量参数之间没有明显的相关性，但是可以看出，对于黏土（ID<1.5），材料指数ID随着粉粒含量的增加而增加，而对于砂土，则可以观察到两者相反的相互关系。
3.2 材料指数（ID）和塑性指数（IP）
黏土的塑性指数IP与材料指数ID也具有一定的相关性，呈指数关系，数据分析表明，各参数之间确实存在相关性，可以用方程来描述，但应注意，材料指数的每一个值都可以对应于一定范围内的塑性指数和土粒粒径含量值，换言之，应在同一地质单元中进行多次试验，以减少岩土体特性参数的测定误差。
4 岩土类别划分
根据确定的相关关系，可以提出根据材料指数进行的土壤分类，如表1所示。
表1 本文分类标准与Marchetti分类标准比较
成都地区划分标准 | 分类标准(Marchetti,1980) | ||||||||
黏性土 d＜0.075 | 粉土 0.075＜d＜0.05 | 砂土0.05＜d＜2 | 圆砾 2＜d | 塑性指数IP% | 材料指数ID | 材料指数ID | 岩土素描 | ||
0.05＜d＜2 | 0.1＜d＜2 | 0.25＜d＜2 | |||||||
＞60 | -- | -- | -- | -- | ＜10 | ＞27 | ＜0.09 | 0.1-0.6 | 黏土 |
30-60 | -- | ＜40 | -- | -- | 17-27 | 0.09-0.37 | |||
30-60 | -- | ≥40 | -- | -- | 17-27 | 0.37-0.43 | 粉质黏土 | ||
17.5-30 | -- | ＜40 | -- | -- | 10-17 | 0.43-0.74 | |||
17.5-30 | -- | ≥40 | -- | -- | 10-17 | 0.74-0.84 | 0.6-1.8 | 粉土 | |
10-17.5 | -- | ＜40 | -- | -- | 7-10 | 0.84-0.16 | |||
10-17.5 | -- | ≥40 | -- | -- | 7-10 | 1.46-1.64 | |||
6-10 | -- | ＜50 | -- | -- | 1-7 | 1.64-1.88 | |||
3-6 | -- | ≥50 | -- | -- | 1-7 | 1.88-2.00 | 1.8-(10) | 砂土 | |
＜3 | ＜30 | ＜75 | -- | 2.00-2.20 | |||||
＜3 | ＜30 | ≥75 | -- | 2.20-2.50 | |||||
＜3 | ＜30 | -- | ＞50 | -- | ＞2.50 | ||||
表1的分类结构、岩土素描和塑性指数范围值的范围确定，参考了国家标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001），从表中可以看出，扁铲侧胀试验可以测试不同粒径范围内的岩土材料指数，对圆砾土、卵石土因存在刺破膜片的风险而不再适应，材料指数ID值在刻画砂土类时，范围值较大，而在刻画粉土、粉质黏土和黏土时，由于颗粒粒径和塑性指数ID的不同，扁铲侧胀材料指数可以更为精准地描述，因此，对于在成都地区广泛分布的淤泥、淤泥质土、粉质黏土、粉土和砂土，建立材料指数与各种土壤颗粒含量、塑性指数
ID的相关关系，使用ID作为分类标准具有可行性。
5 结 论
（1）扁铲侧胀试验是一种经济便捷、可提供众多物理力学参数的先进原位测试方法，在保持土体的天然状态下完成测试，其材料指数在岩土分类中具有明显的优势；
（2）结果分析表明，材料指数（ID）与不同土体颗粒粒径的含量及塑性指数（IP）之间存在相关性。基于这些相关性，根据成都地区广泛分布的的岩土类型，制定了按材料指数划分ID的岩土分类标准。。
（3）根据材料指数制定岩土分类标准是建立区域相关性和其他岩土参数（如变形模量）计算公式的第一步，分类标准可大大提高工程勘察效率和资料，对推广扁铲侧胀试验的应用具有积极作用，此外，建立的成都地区土类划分标准结构是初步的，在后续的研究中可加以扩展和补充。
参 考 文 献（References）：.
[1]任士房,曾洪贤. 基于圆形弹性薄板模型求解扁铲侧胀试验侧向基床系数[J].路基工程,2019,204（3）:30-35.
[2]Marchetti, S. The Flat Dilatometer Test (DMT) in Soil Investigations. A Report by the ISSMGE Committee TC16. May 2001, 41 pp. Reprinted in Proc. 2nd Int. Conf. on the Flat Dilatometer, Washington D.C.2006:7-48.
[3]Marchetti, S.In Situ Tests by Flat Dilatometer. Jnl GED, ASCE, 106, GT3, 1980, 299-321.
[4]Robertson P.K., Campanella R.G. Interpretation of cone penetration test. Canadian Geotechnical Journal (GGJ) – 1983. - №4, November. P. 718-745.
[5]唐世栋,林华国.用扁铲侧胀试验求解侧向基床反力系数[J].岩土工程学报，2003，25(6):692-696.
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