原位测试求取岩土参数应用总结

易宙子

(深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028)

原位测试求取岩土参数应用总结

易宙子∗

(深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028)

相对于钻探、取样、室内实验等传统方法，原位测试具有明显的优点，其涉及的土体比实验室样品大得多，测试技术方法可连续进行，可以得到完整的土层剖面及物理力学性质指标，周边土体中的应力未释放，因而更能反映土体的宏观结构对土的性质的影响，能够获得接近实际的试验结果。本文通过不同原位测试方法求取几个岩土参数方法的总结，对工程勘察过程原位测试的应用具有一定的借鉴作用。

原位测试；岩土参数；求取

1 前 言

各种原位测试手段在岩土参数的求取中应用广泛。但由于种种原因，实际勘察工作中，往往仅对数据简单罗列，运用原位测试数据提参数建议值的却很少，本文结合在深圳地铁2号线等项目工程勘察过程原位测试工作，对原位测试求取岩土参数应用方法进行了初步探讨与总结，主要包括标准贯入试验、静力触探试验、重型动力触探试验、螺旋板载荷试验、旁压试验、十字板剪切试验、K30载荷试验等用于求取基床系数、地基承载力特征值、岩土层变形模量E0和压缩模量Es、岩土层抗剪强度值。

2 求取基床系数的方法

2.1 K30试验

根据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》(GB50307-2012)7.3.10条文说明:K30值是指用直径为30 cm的圆形载荷板试验在P-S曲线上对应地基土变形为0.125 cm时的P值与变形的比值:

K30=P0.125/0.125

式中:K30——基床系数(MPa/m)；P0.125——地基土所受的应力(MPa)；为便于统一和比较，建议荷载板试验值K30作为标准基床系数K1值。

2.2 标准贯入试验

据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》7.3.10条的条文说明，基床系数K与地基土的标贯击数N的经验关系为K=(1.5～3.0)N(MPa/m)，说明中未解释K值是水平还是垂直，使用中对水平、垂直向性质基本相同的土层，如花岗岩残积土，所进行的标准贯入试验成果进行统计后，水平、垂直向统一按K=2N(MPa/m)推求。

2.3 重型动力触探试验

目前相关规范求没有重型动力触探试验求取基床系数的经验公式，本次测试根据现场试验对比，建立经验公式，建议基床系数可按K=(3.0～5.0)N63.5(MPa/m)估算。

2.4 旁压试验

从原理讲，旁压试验为水平加压，水平变形，符合水平向基床系数的定义，参照上海市标准《岩土工程勘察规范》(DGJ08-37-2012)10.7.5条的规定，土的侧向基床系数:Km=△P/△r

本次测试采用高压的单腔旁压仪，其膨胀时变形为梨形，其△r较实测小，故按此方法推出的水平基床系数略大。

2.5 扁铲侧胀试验

参照上海市标准《岩土工程勘察规范》10.8.2条文说明的规定，土的侧向基床系数:Kh=△P/△s

考虑膜片中心位移量1.1mm及平均位移量为2/3中心位移量，得出扁铲侧向基床反力系数基准值Kh0，Kh0=1364△P。

式中λ1、λ2、λ3分别是对尺寸、基础形状与刚柔性、加荷速率等进行修正。

2.6 螺旋板载荷试验

螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土，无须开挖试验平台，可避免产生土体扰动及应力释放，理论上可以更加准确求取土体的真实基床系数。

根据基床系数定义和螺旋板试验模型，基床系数可按下式选取:K=αPf/Sf

式中:K——基床系数(MPa/m)；

Pf——比例界线压力(MPa)；

Sf——相应于该Pf值的沉降量(m)。

α——基床系数修正数。根据土体条件不同，采取不同的修正系数，一般取0.5～1.0。

3 求取地基承载力特征值的方法

3.1 静力触探试验

按《铁路工程地质原位测试规程》(TB 10018-2003 J 261-2003)10.5.16条文说明的方法进行，得出地基承载力基本值。

(1)粘性土(Q1～Q3):σ0=0.1ps

2700 kPa≤ps≤6000 kPa

ps≤6000 kPa

(3)软土(Q4):σ0=0.112ps+5 85 kPa≤ps≤800 kPa

(4)砂土及粉土:σ0=0.89p0.63s+14.4

ps≤24000 kPa

3.2 动力触探试、标准贯入试验

按《工程地质手册》(第四版)中动力触探、标准贯入试验有关确定承载力的条文、表格查表进行，可得出地基承载力。

3.3 螺旋板载荷试验

按《铁路工程地质原位测试规程》4.4条文说明的方法进行，得出地基承载力基本值。

采用拐点法，取临塑压力PF为σ0，适用于具有初始直线段的p-s曲线。

3.4 旁压试验

按《铁路工程地质原位测试规程》7.4.6条文说明的方法进行，得出地基承载力基本值。

σ0=PF-σho

式中:PF为旁压的临塑压力；σh0为地基土的静止水平总压力。

其中，σh0采用以下方法计算:

粘性土、粉土、砂类土和黄土:σh0=K0σ′v0+pw

式中:K0——静止土压力系数，可根据经验确定:正常固结及轻度超固结砂类土、粉土和黄土取0.40，硬塑至坚硬状粘性土可取0.50，软塑状粘性土可取0.60，流塑状粘性土可取0.70；

σ′v0——土的有效自重压力；pw——土的静水压力。软质岩石及风化岩石的σh0可取P-V曲线上的p0值。在淤泥质粘土等软土层作旁压试验时，钻具提升后，试验点的软土回弹缩孔，试验点的孔径小于旁压腔的直径。而后旁压腔到达试验点后，对孔径强行挤压至旁压腔的直径。在钻探和反复挤压两种条件的综合作用下成孔，此方法对软土的承载力推算值偏小。

4 求取变形模量E0和压缩模量Es

4.1 标准贯入试验

按《工程地质手册》(第四版)中3-3-13及表3-3 -15有关方法进行。

(1)E.Schultze＆H.Menzenbach的经验公式:

N＞15，Es=4.0+C(N-6)

N＜15，Es=C(N+6)

或Es=C1+C2N

C、C1、C2由同手册表3-3-12、表3-3-13确定。

(2)湖北省水利电力勘测设计院:

E0=1.0658N+7.4306适用于粘性土、粉土。

(3)Webbe:E0=2.0+0.6N

4.2 静力触探试验

按《铁路工程地质原位测试规程》表10.5.18进行。4.3 螺旋板载荷试验

按《铁路工程地质原位测试规程》4.4条文说明的方法进行。

E0按下式计算:E0=ωI1I2(1-μ2)bpF/SF

其中:I1=0.5+0.23b/z；I2=1+2μ2+2μ4

I1——螺旋板埋深z的修正系数；

I2——与泊松比有关的修正系数；

b——螺旋板板径；

ω——螺旋板形状系数，可取0.79；

μ——土的泊松比，参照该规程第3.4.5条取值；

SF——对于临塑压力pF的沉降。

4.4 旁压试验

按《铁路工程地质原位测试规程》7.4.8条文说明的方法进行。

(1)粘性土变形模量E0及压缩模量Es根据旁压剪切模量Gm按表7.4.8-1取值。

(2)砂类土变形模量E0按下式估算:E0=KGm

K——变形模量转换系数，可按7.4.8-3取值。

5 求取抗剪强度c、φ值

5.1 标准贯入试验

按《工程地质手册》(第四版)表3-3-10中Meyerhof计算砂土的φ值。按表3-3-11中获得粘性土的c、φ值。

其中N手与N机的转换关系按下式得出:

N手=0.74+1.12N机，适用范围:2＜N机＜23

5.2 静力触探试验

按《铁路工程地质原位测试规程》10.5.10-3估算软土的不排水抗剪强度cu值。

cu=0.04ps+2；式中ps的单位为kPa。

查表10.5.12得出砂类土的内摩擦角φ。

5.3 动力触探试验

按《工程地质手册》(第四版)表3-2-29得出砂类土的内摩擦角φ。

5.4 十字板剪切试验

按《铁路工程地质原位测试规程》的相关条文说明的方法进行。

6 工程应用实例

深圳地铁2号线位于深圳后海湾，该区域花岗岩风化残积层厚度可达到40 m～50 m，区间隧道埋深20 m～30 m，围岩主要为花岗岩风化残积层。本线路岩土工程勘察中，对花岗岩风化残积层按可塑状和硬塑状两种状态分层，并分别进行了大量的原位测试，在求取花岗岩残积土的基床系数、岩土承载力、压缩模量、剪切强度等方面进行了广泛的应用，根据前述求取岩土参数的方法进行统计、计算和分析，取得了有效的数据，提出了各岩土参数的建议值。各方法计算成果数据统计如表1所示。

各种测试方法求取岩土参数成果表 表1

7 结 语

原位测试与钻探、取样、室内实验的传统方法比较起来，具有明显的优点，原位测试涉及的土体积比实验室样品大得多，土的很多原位测试技术方法可连续进行，可以得到完整的土层剖面及物理力学性质指标，周边土体中的应力未释放，因而更能反映土体的宏观结构对土的性质的影响，能够获得接近实际的试验结果。需说明的是，原位测试手段对不同性质岩土层具有一定的适宜性和局限性，运用时应引起注意。通过对各种测试手段有效求取各岩土参数方法的总结，对同类工程中原位测试成果的广泛应用，多种方法求取岩土参数并互相验证，有一定的借鉴作用。

[1] GB50307-2012.城市轨道交通岩土工程勘察规范[S].

[2] DGJ08-37-2012.岩土工程勘察规范[S].

[3] TB 10018-2003 J 261-2003.铁路工程地质原位测试规程[S].

[4] 常士骠，张苏明.工程地质手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2007，218～234.

[5] 谢树彬等.铁路工程地质原位测试工程[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[6] 林宗元.岩土工程试验监测手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[7] 徐超.岩土工程原位测试[M].上海：同济大学出版社，2005.

A Summary of Obtain Several Geotechnical Parameters Through In-situ Tests

Yi Zhouzi
(Shenzhen Geotechnical Investigation＆Surveying Institute Co.，Ltd.Shenzhen 518028，China)

Compared with traditionalmethods of drilling，sampling，laboratory experiments，in-situ tests has obvious advantages.In-situ tests samples involvesmore than laboratory，testingmethods can be continued，you can get full soil profile and physical properties，not release of stresses in surrounding soilmass，and thusmore able to reflect the macro structure of soil influence on the soil properties，get close to the actual test results.A summary of obtain several geotechnical parametersmethod，reference of the the engineering investigation process in-situ tests applications.

in-situ measurement；geotechnical parameters；obtain

1672-8262(2013)02-164-03

TU413

B

2013—01—10

易宙子(1978—)，男，高级工程师，主要从事岩土工程勘察工作。