土体应力历史对工程地质条件评价的影响

高光亮，盖怀涛

（北京市勘察设计研究院有限公司，北京100038）

土体应力历史对工程地质条件评价的影响

高光亮*，盖怀涛

（北京市勘察设计研究院有限公司，北京100038）

结合某既有工程实例，综合运用原位测试、室内土工试验等数据，对比分析了大面积挖填方场区是否考虑土体应力历史造成的同类土层的试验成果的差别，为正确评价场地工程地质条件提供参考。

大面积挖填方；土体应力历史；工程地质条件

1　概述

近些年，随着城市建设规模的不断扩张，适宜建设的平整场区越来越少，越来越多的不平整场区经挖填方处理后成为了建设场区。从而对岩土工程勘察与评价提出了更高的要求。

建筑场区内的大面积挖填方改变了土体的应力状态，因此土工试验布设前应充分考虑土体应力历史对试验初始加压数据的影响。本文结合工程实践，通过对比分析考虑土体应力历史前后对工程地质评价参数的影响，以期为类似工程勘察设计提供经验借鉴。

2　工程实例

2.1某会展中心项目

2.1.1场地地形、地貌

某会展中心项目位于北京市怀柔区，拟建场地属于山前洪冲积扇，原状地形较平缓，后因人工取土形成多个高3～5m的陡坎，场区现状地形见图1，工勘察期间测量的钻孔孔口处地面标高为86.31～94.67m。场地内现状主要为空地、荒草及树木。

2.1.2场地地层条件

场区覆盖层平均厚度大于20.0m，以粉质粘土、粘质粉土为主，局部夹薄层卵石。详见表1。

2.1.3对比分析

如图1所示，场区内由于人工采土形成多个较大的陡坎，本次分别在陡坎上、下进行了钻探取样，并按照不考虑土的应力历史（工况1）、考虑土的应力历史（工况2）及陡坎上土体应力状态未变化（工况3）3种工况布设土工试验，详述如下：

工况1：土体应力状态随人工取土发生了变化，但布置土工试验时不考虑土的应力历史。即计算自重压力P0时，土样深度为按照现状挖方后地面标高。

图1　场区现状地形图

工况2：土体应力状态发生变化，考虑土的应力历史。即计算自重压力P0时，土样深度为按照挖方前地形图反映的原地面标高情况，反算当前土样在原地面下的埋深。

工况3：位于现状陡坎部位的土体，应力状态未发生变化，计算自重压力P0时，按照现状地面标高计算。工况3反映的是土体的实际应力状态。

土工试验成果参数统计见表2。根据数据对比分析可知：

（1）在土体物理性质参数相差不大的情况，工况1所得的Es试验数据要比工况2、工况3所测得的Es数据明显偏小；

表1　场区地层一览表

表2　土工试验成果参数统计表

表3　场区地层一览表

（2）在土体物理性质参数相差不大的情况，工况2所得的试验数据更接近于工况3；

（3）将工况1与工况3（实际工况）进行对比分析可知，本次试验中不考虑土体应力造成的力学参数的偏差最大超过40%，且浅部土工试验数据受影响较大，随着取样深度增大，影响逐渐减小。

结论：考虑土体应力历史在更大程度上揭示了土体的实际物理力学性质。而按照工况1布设的土工试验未考虑土体应力历史，造成试验所得的土体力学性质参数偏小，若按照偏小的参数进行后期地基基础设计将会造成不必要的浪费，导致工程投资增大。

2.2某住宅小区项目

2.2.1场地地形地貌

图2　场区现状地形图

某住宅小区项目工程场地位于北京市门头沟区，属于山前洪冲积扇地带，自然地形基本平坦，略呈西高东低之势。勘探期间拟建场地内有一大型渣土堆，高约6.0m，导致局部地形起伏较大，详见图2。勘察期间测量的勘探钻孔孔口处地面标高为90.73～97.85m。

2.2.2场地地层条件

根据对现场勘探、原位测试与室内土工试验成果的综合分析，在岩土工程勘察勘探深度范围内（最深45.00m）的地层，按岩性及工程特性可划分为8个大层及亚层，详见表3。

2.2.3对比分析

本次试验分别在土堆上（工况3）、土堆旁（工况4）2处进行钻探并按照不考虑土体应力历史布设土工试验。试验数据见表4。由试验数据对比分析可知，不考虑土体应力历史的情况下，试验所得的土体物理力学指标偏大。而场区土层在上覆堆土的堆载下，时间较短，土体在较短的时间内远未完成现状条件下的固结，若按照现状地面标高布设土工试验将会造成相关土工试验成果参数（如Es）大于实际参数（本工程Es最大偏差达60%以上），将严重影响工程分析结果，直接影响工程安全。

表4　土工试验成果参数统计表

3　总结

挖填方改变了土体的应力状态，而土体在现状应力条件下的固结是一个长期的过程。这就要求我们在对存在挖填方的场区进行勘察施工前，应充分搜集场区原有地形地貌资料，充分考虑土体应力历史对土体物理力学性质的影响，正确评价场区工程地质条件。否则将造成工程投资偏大或直接影响工程的安全。

［1］陈希哲.土力学地基基础［M］.清华大学出版社，1998.

［2］中华人民共和国国家标准.GB 50021-2001岩土工程勘察规范［S］.2009年版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［3］《工程地质手册》编委会.工程地质手册［M］.4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

TU47

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1004-5716（2016）06-0008-03

2016-03-01

2016-03-02

高光亮（1984-），男（汉族），河北邯郸人，工程师，现从事岩土工程勘察、设计施工工作。