江门新会地区软土静力触探与十字板剪切相关性的探讨

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　　摘要：通过对江门新会地区软土十字板与静力触探试验参数间的对比试验分析，得出了该地区软土的十字板剪切强度与锥尖阻力及侧壁摩阻力之间的经验关系，建立了多元线性回归方程。
　　关键词：十字板剪切强度；锥尖阻力；侧壁摩阻力；多元线性回归
　　中图分类号：TU471.8 文献标识码：A 文章编号：
　　静力触探及十字板剪切试验作为软土地区最常用的两种原位测试技术，都具有轻便、快速、高效的特点。这两种方法均在原位应力条件下进行，避免了取土等方面的扰动，试验时的排水条件、受力状态比较接近原始状态，能较真实的反映其天然抗剪强度，因此在软土分布地区的勘察、监测、检测等方面得到了广泛应用，成为近二十年来工程领域大力推广的测试技术。
　　十字板板头强度较低，容易损坏，因而现场十字板剪切试验主要应用于Cu<30kPa的饱和软粘土中，并且十字板剪切试验的试验点竖向间距规定最小值不应小于1.0m[1]，由此确定土的强度是不连续的数据，在工程应用中有一定的局限性。而静力触探的测量间距可以设定至10cm，且适用土层范围更宽，若用静力触探所测的参数去估算土的强度，则强度指标可得到一连续的曲线。因此可以更详尽地了解土层的强度变化，便于发现其中的薄弱环节，采取相应措施。
　　本文将通过在江门新会地区所做的双桥静力触探与十字板剪切的对比试验，分析不排水抗剪强度与锥尖阻力及侧摩阻力的对比关系，建立多元线性回归方程。
　　场地概况
　　江门市新会区位于珠江三角洲西部，潭江下游，为河谷冲积平原，河网水系发育。区内分布大面积的深厚淤泥及淤泥质土为主的软弱地基。工程地质评价本区域淤泥属不良地基土，具有高压缩性，高灵敏度，欠固结，抗剪强度低，工程性质差，不能直接满足地基的变形及特定要求，必须进行加固处理。本文选取在江门新会地区某预压处理工程，对加固处理后的软基进行双桥静力触探与十字板剪切的对比试验。
　　试验方案
　　（1）试验设备
　　本次试验采用CLD-3型十字板—静力触探两用仪，静力触探试验中采用锥底面积为10cm2的双桥探头，探头尺寸和规格符合国家技术标准。十字板试验选用电测式传感器及通用的矩形十字板板头，宽高厚分别为50mm、100mm、2mm，两试验均采用同一微机自动记录测试数据。
　　（2）对比方案
　　为保证十字板剪切试验与静力触探试验数据具备足够的可比性，先在地层分布具有代表性的地段选取多个基准孔进行双桥静力触探试验，以探明软土层的范围，并为十字板剪切试验的竖向点位分布提供参考依据。待探明场地软土的空间分布后，再于距离静力触探试验孔位约0.5~1.0m处分别布置4个十字板剪切试验孔。根据双桥静力触探成果曲线可知，该场地在现状地面以下-2.0至-12.0m范围内试验土层的锥尖阻力小于0.50MPa，摩阻比约为1%，为典型的淤泥质土[2]，因此十字板剪切试验选定在每孔内的-3.0m、-5.0m、-7.0m、-9.0m及-11.0m处进行试验。
　　试验数据的筛选
　　鉴于静力触探及十字板剪切试验仪器灵敏性较高，尤其在软土层夹薄层粉细砂或薄层粉质粘土的情况下，即使对比试验孔的间距很小，由于土性偏差及试验误差，同一深度处的数据也会相差很大。为了尽量消除这些影响，取同一地层内静力触探相对应深度处相邻5个测试数据的算术平均值作为一对比点，对静力触探曲线进行平滑处理[3]。此外，还需要结合两种试验各自的特点，对采集的数据加以筛选，数据筛选的原则是：
　　（1）十字板剪切强度对应同一深度上的锥尖阻力值及侧摩阻力值，当静力触探数据曲线出现突变而且突变厚度薄(小于0.50m)时，可考虑为夹层影响或偶然因素制约，与十字板剪切强度对比性差，予以剔除[4]；
　　（2）十字板剪切强度值过小(或过大)，而静力触探锥尖阻力数值相对较大(或较小)或测得的锥尖阻力数据变化稳定时，两者对比性差，一般视十字板剪切强度为异常，予以剔除。
　　（3）当同一深度处的两对比数据点处于不同土层时，数据可比性差，应予以剔除；
　　试验数据的回归分析
　　将场区中测得的经过筛选的33组锥尖阻力值qc及侧摩阻力值fs与对应深度的抗剪强度Cu值利用多元线性回归分析来得出三者之间的关系。通过EXCEL软件中的“回归”分析功能，对三者之间进行多元回归分析可以得到：
　　Cu=0.514qc +0.572 fs+10.46（200kPa≤qc≤600kPa）
　　统计分析的相关系数r为0.831，标准误差为1.43，说明上述的回归方程拟合程度良好。取显著性水平a=0.05，查t分布表得：0.025t(33-2)=2.0395，因|t|=18.97>2.0395，表明Cu与qc及fs间具有明显的线性关系，即上述所得直线方程回归效果是显著的。
　　推导公式与已有经验公式的比较
　　采用静力触探求软土的不排水抗剪强度首先要建立静力触探试验指标，如比贯入阻力、锥头阻力、侧摩阻力等与不排水抗剪强度的关系，而这种关系虽在理论上是线性相关的，但受软土成因、分布区域等影响，难有统一的固定关系式。国外多采用双桥静力触探测定，不同的研究者在不同的区域得出了不同的经验公式。我国单桥静力触探方法使用较多，归纳起来，在不同的区域主要的关系式及其应用条件如下[2 ]
　　（1）同济大学： Cu=71 qc （适应于镇海软粘土）
　　（2）交通部一航局： Cu=0.0308Ps+4（100kPa≤Ps≤1500 kPa）（新港）
　　（3）四川建研所： Cu=0.0543Ps+4.8 （100kPa≤Ps≤800 kPa）（上海、广州）
　　（4）铁四院： Cu=0.0564Ps+1.8（Ps＜800 kPa） （华东地区）
　　上述四家单位推导的经验公式也反映出各地区土层性质的不同，其贯入阻力与不排水抗剪强度的关系也有所区别。
　　虽然上述经验公式在规律上都比较接近，但都只是比贯入阻力或锥尖阻力与十字板抗剪强度之间的函数，没有考虑双桥静力触探侧壁摩阻力的影响，单就公式的组成而言，显然还存在值得改进的空间。本文将侧摩阻力这一参数引入静力触探与十字板剪切试验参数间的相关分析，得到了多元线性回归的经验公式，改进了以往一元线性回归经验公式的组成，可更全面的反映土层力学性质的差异。
　　结论
　　（1）利用静力触探测试的数据推导公式求取的不排水抗剪强度具有连续性，能够反映出土层力学性质随深度连续变化的规律；在原位测试中以少量的十字板剪切试验配合静力触探，不仅可迅速查明软土的分布范围，而且可以了解其力学性质的空间变化规律，用较低的勘察成本取得大量有用成果；
　　（2）十字板剪切强度与静力触探的贯入阻力具有明显的线性关系，但不同土层性质对两者间的关系存在显著影响。由于各地区土层性质不同，不同地区间的静力触探与十字板剪切试验参数间的经验关系差异显著，因而引用公式时需要注意区别地域的差异。本文所推导公式是基于江门地区较广泛地段的土层数据，因而对于该地区的软土性质具有普遍意义，对临近地区软土具有参考意义；
　　（3）本文将侧摩阻力这一参数引入静力触探与十字板剪切试验参数间的相关分析，进行多元线性回归建立了适合江门新会地区软土的经验公式，改进了以往一元线性回归经验公式的组成，可更全面的反映土层力学性质的差异；
　　（4）本文总结的经验公式，缺乏更多的实例验证，仅为本地区的经验总结，尚需更多的理论及实践确定其准确关系。
　　参考文献：
　　[1]岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版）[S].
　　[2]工程地质手册编写委员会.工程地质手册第三版[M].北京，中国建筑工业出版社，1992.
　　[3]樊向阳，魏根群，马晓晴.上海地区单桥静力触探与双桥静力触探之间的关系[J].工程勘察，2007,09:10~12.
　　[4]李承海，张德波.广州南沙软土十字板剪切强度与比贯入阻力的对比试验分析[J].人民珠江，2004,02:24~25.

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