综合原位测试在岩土工程勘察中的应用研究

何磊

(四川名阳岩土工程有限公司，四川 南充， 637000)

摘要：多种原位测试方法应用于工程勘察中将有效提高对土体性能的客观判定，可通过不同测试方法的优势互补获取可靠的土体性能参数，避免由于单一测试方法的局限性可能产生的不利因素。本文结合某岩土工程勘察项目，综合应用扁铲测试和静力触探测试方法，分别对黏性土、粉土和砂土进行静力触探和扁铲侧胀试验。研究成果表明：扁铲侧胀试验仅需测试3个参数，即可获取大量的物理力学参数，比静力触探具有较明显优势；不同性质土层压缩模量皆可用比贯入阻力的幂指数关系进行表达；对于不同性质的土层，扁铲侧胀试验与静力触探试验获取的压缩模量之间的差异明显。

关键词:扁铲侧胀；静力触探；工程勘察；力学参数；原位测试

扁铲侧胀试验与静力触探试验作为岩土工程测试领域中重要的两种原位测试方法，在岩土工程勘察中得到广泛的应用^[1-3]。扁铲侧胀试验能够提供土体横向力学性能测试参数，而静力触探试验则可以提供土体垂向的力学性能测试参数，综合两种测试手段应用于岩土工程勘察，可以大幅度地提高所提供参数的可靠度，降低单一方法所带来的原理和设备产生的误差。同时把两种测试方法所得的测试参数进行对比，综合考虑各种测试方法的局限性和优势互补，进而可为岩土参数的综合分析提供更加合理的解决方案^[4]。

本文结合某岩土工程勘察项目，综合应用扁铲测试和静力触探测试方法，对黏性土、粉土和砂土的刚度计算参数压缩模量、强度计算参数不排水剪强度进行研究，研究成果可为类似工程提供基础资料和参考借鉴。

1 测试方法和设备

扁铲侧胀试验是利用贯入设备将铲形探头贯入预定深度的土体中，对铲形探头侧壁安装的60mm钢薄膜进行施加气压，读取钢薄膜分别膨胀至0.05 mm，1.10 mm和恢复至0.05 mm位置时的气压，进而利用理论和经验公式计算相关物理力学参数。测试设备采用意大利MARCHETTI FLAT DILATOMETER设备。

单桥静力触探（CPT）是我国特有的一种静力触探方法，测试时静力触探探头以一定的速率压入土中，利用探头内的力传感器，通过电子量测器将探头受到的贯入阻力记录下来。由于贯入阻力的大小与土层的性质有关，因此通过贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层工程性质的目的。测试设备采用WSY-B双缸液压静力触探机，探头直径为10 cm，贯入速度：1.0～2.0 cm/s。

2 场区工程地质条件

根据本次勘探成果，拟建场地覆盖层由近代人工填土层（Q^ml）、第四系全新统湖积（Q₄^l）、冲积（Q₄^al）、冲洪积（Q₄^al+pl）淤泥、一般黏性土、淤泥质土、互层土、砂土及碎石类土组成；下伏基岩主要为白垩-下第三系东湖群（K-Edn）砂砾岩、粉砂质泥岩，少数钻孔揭露灰岩。根据本次勘探成果，结合室内土工试验成果报告，场区内经扁铲侧胀与静力触探试验测试的主要地层由新至老分述如下：

①_-1杂填土（Q^ml）：杂色，饱和，主要由黏性土、砂土夹砖块、碎石、块石、炉渣等建筑组成该层地表普遍有厚度15～50 cm厚的混凝土地坪。

③_-1黏土（Q₄^al+pl）：黄褐色、饱和，呈可塑状，含少量铁锰质氧化物，局部含大量螺壳，切面较光滑，属中等压缩性土。

③_-4淤泥质黏土（Q₄^al+pl）：灰褐色，饱和，流塑状态，富含有机质，具流变性，有腐臭味，属于高压缩性土。该层土全线普遍分布。

③_-5粉质黏土、粉土、粉砂互层（Q₄^al+pl）：褐灰色、灰色，饱和；粉质黏土主要呈流塑状，粉土呈中密状，粉砂呈松散～稍密状，属高压缩性土。

④_-1粉砂（Q₄^al+pl）：褐黄色、饱和、呈稍密状态，矿物成分主要为石英、长石，少量云母片，局部混少量黏性土，属中等压缩性土。

④_-2粉细砂（Q₄^al+pl）：青灰色，饱和，呈中密状态，砂质较均匀，矿物成分主要为石英、长石，少量云母片，局部含木屑，属于中等偏低压缩性土。

⑤圆砾（Q₄^al+pl）：灰色，饱和，中密，主要由圆砾和卵石组成，属于低压缩性土。砾卵石粒径2～100 mm不等，最大直径大于20 cm，卵石多呈次圆状，砾石呈次圆～次棱角状，成分以石英砂岩、硅质岩为主。

3 综合测试成果分析

3.1 参数测试成果

图1为场区典型单桥静力触探数据曲线，并根据钻探揭示各土层厚度将曲线划分为各段，从图中可以看出，比贯入阻力与土层的力学性质有关，各段的曲线能够较好地反映土层的力学性质，在①_-1杂填土层，由于土层成份不均，含有砖块、碎石等硬质颗粒组成，因此其数据曲线起伏变化较大，而③_-1黏土、③_-4淤泥质黏土为第四系新近沉积土，土质均匀，因此比贯入阻力曲线起伏变化不明显，且逐渐增加，而③_-5粉质黏土、粉土、粉砂互层、④_-1粉砂、④_-2粉细砂层，由于土质不均，含有夹层或互层等因素，造成比贯入阻力曲线起伏剧烈。

图2为场区扁铲侧胀试验实测曲线，从图中可以看出，A值、B值、C值随着深度的增加而逐渐增加，而B值与A值的差值与土性有关，黏性土差值较小，而砂土的差值较大，且随着深度的增加差值逐渐加大。

图1 典型静力触探比贯入阻力实测曲线与钻探分层对比 图2 典型扁铲侧胀实测曲线与钻探分层对比

3.2 参数相关关系分析

对场区黏性土、粉土、砂土的压缩模量与比贯入阻力进行拟合分析表明，两者具有明显的幂指数关系，如方程（1）～（3）：

（1）

（2）

（3）

图3 扁铲侧胀与静力触探试验压缩模量对比

图3为扁铲侧胀试验与静力触探试验压缩模量与土类指数的关系对比，从图中可以看出，对于黏性土（土类指数I_D≤0.6），扁铲侧胀试验与静力触探试验压缩模量值较为集中，且数值相近，而对于粉土（0.6＜土类指数I_D≤1.8），随着土类指数的增加，扁铲侧胀试验获取的压缩模量逐渐偏离静力触探试验获取的压缩模量范围界限（图中实线），且数值偏大，而对于砂土（1.8＜土类指数I_D），扁铲侧胀试验与静力触探试验获取的压缩模量离散型较大。

4 结语

（1）扁铲侧胀试验仅需测试3个参数，即可通过经验公式计算土体的土类指标、水平应力指数、静止侧压力系数、不排水剪切强度、侧胀模量、压缩模量以及侧向反力基床系数，可以获取较多的土体侧向物理力学参数。

（2）不同性质土层压缩模量皆可用比贯入阻力的幂指数关系进行表达，具体如公式方程（1）～（3）所示。

（3）对于不同性质的土层，扁铲侧胀试验与静力触探试验获取的压缩模量之间的差异明显，随着土类指数I_D的增加，两者的数值由相近变为逐渐偏离，最后变为无明显规律。

参考文献：

[1] 任士房,曾洪贤.深层孔压静力触探技术的应用研究[J].工程勘察,2018,4:7-11.

[2] 马淑芝, 汤艳春, 孟高头等. 孔压静力触探测试机理方法及工程应用[M].武汉:中国地质大学出版社, 2007 (2): 21-24.

[3] Marchetti, S.In Situ Tests by Flat Dilatometer. Jnl GED, ASCE, 106, GT3, 1980, 299-321.

[4] 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.

1何磊，1987年生，男，汉族，四川省南充市人，硕士研究生，工程师，从岩土工程勘察工作。