PT型袖珍贯入仪在海岸带地区工程地质调查中的应用

徐华，徐建国，张卓，张涛，纪汶龙

(山东省地质调查院，山东 济南 250013)

0 引言

PT型袖珍贯入仪适用于原位或室内测定一般粘性土、软土及黄土的液性指数、压缩模量及粗估土的承载力等，利用该仪器，能提高地基土的描述精度，变手感鉴别为定量测试，在工程地质调查野外描述中是一种方便实用的仪器。

PT型袖珍贯入试验在工程勘察中已得到一定程度的应用，部分地区也建立了袖珍贯入阻力与土的液性指数、压缩模量及承载力基本值的相关关系式[1-4],但对试验的研究程度还是较为薄弱，尤其在海岸带地区，目前国内还为空白。该文建立的莱州湾地区的袖珍贯入阻力与土的物理力学参数的相关关系式，对其他海岸带地区的工程勘察具有一定的借鉴价值。

1 PT型袖珍贯入仪试验概况

该仪器每套配有A，B，C三个测头，以适应软硬程度不同土质的需要，A测头适应较软土，C测头适应较硬土，B测头适应一般土。仪器规格及主要技术参数见表1[5]。

表1 仪器规格及主要技术参数

在野外工程地质钻探施工中，可以通过对岩心的现场贯入试验，及时准确地判断土的物理力学性质。将钻孔岩心柱，由上向下从中间剖开，必须选取有代表性的岩心段，岩心段直径一般不小于10cm，长度一般不小于20cm，用削刀整平表面，不得反复涂抹。在所选岩心段中部位置选择贯入点，将测头匀速贯入土内，至测头上刻度线与土面接触为止，压入时测杆与土样表面必须垂直。每个贯入试验样所测试贯入点个数不少于3个，各贯入点之间的距离不小于3倍测头直径，将各贯入点所测数值中偏差较大者剔除，取其余读数的平均值作为试验结果。

2 莱州湾地区岩土类型和特征

莱州湾地区共形成5个海相层和6个陆相层[6-9]。沉积厚度一般55～80m，由海向陆方向逐渐变薄。根据沉积物的颜色、成分、结构、构造所含的古生物及沉积物本身的原始产状等，又将海相地层划分为潮坪相、三角洲前缘相、河口砂坝、河口边滩和浅海相；陆相地层划分为河口三角洲相、泛滥平原相和湖沼相。

海相层：三角洲前缘相、河口砂坝相岩性多以亮黄棕色和黄棕色，稍密—密实的粉土、粉砂为主，局部地区夹有淤泥薄层；潮坪相、河口边滩和浅海相岩性一般为黄棕色、橄榄棕色和橙色，软塑—可塑的粉质粘土和粘土。

陆相层：河口三角洲相和泛滥平原相岩性以亮黄棕和黄棕色，可塑—硬塑的粉质粘土、粘土为主，局部夹有砂或粉土透镜体；湖沼相岩性主要为棕色—黑色，软塑—可塑的粘土和粉质粘土[10]。区内粘性土总厚度约占沉积地层总厚度的60%以上，大量的软塑—硬塑的粘性土层，为开展袖珍贯入试验提供了良好的试验条件。

3 试验指标相关性分析

袖珍贯入试验与静力触探试验、标准贯入试验的原理是一致的，试验数据存在一定相关性[11-12]。在莱州湾区域工程地质调查中，每个工程地质钻孔旁同时施工双桥静力触探孔，选取26个工程地质孔、静力触探孔组的袖珍贯入阻力(Pt)与静力触探试验锥尖阻力(qc)、侧壁阻力(fs)数据进行相关性分析，结果如表2所示。

表2 袖珍贯入试验与静力触探试验、地基土基本承载力数据

在数据选取时以同一孔组相同岩性的同一土层，即工程地质亚层作为基本统计单位，统计单位土层中袖珍贯入数据、静力触探试验数据采用剔除异常值后的平均值。同样方法选取区域内袖珍贯入试验、标准贯入试验数据89组，进行袖珍贯入阻力(Pt)与标贯修正击数(N)的相关性分析。

图1、图2、图3分别为袖珍贯入阻力与静力触探锥尖阻力、侧壁阻力、标贯修正击数值间相关性分析图，表明土的微贯阻力值与静探锥尖阻力、侧壁阻力、标贯修正击数值存在正相关关系，且相关性较高。

图1 qc-Pt相关关系图

图2 fs-Pt相关关系图

图3 N-Pt相关关系图

相关方程式为：

qc=0.0089Pt-0.417R=0.82

fs=0.128Pt-3.287R=0.76

N=0.0103Pt+1.052R=0.72

4 袖珍贯入试验与地基土承载力基本值相关性分析

单桥静力触探早在1964年就研制试用并很快得到推广和普及。在长期的理论研究和工程实践过程中，人们将单桥静力触探比贯入阻力Ps与众多的土性参数建立了较多经验公式[13]。

由于莱州湾地区与天津地区晚更新世以来地层沉积环境基本相同[14]，地层结构、岩性亦大致相同[2]，具有相同沉积环境的工程地层一般具有大致相近的工程地质性质，其地基土层的物理力学性质也基本相同，故该文利用表2中双桥静力触探数据，采用天津地区一般粘性土经验公式：R=6.91Ps0.416(kPa)，计算了表中各工程地质土层天然地基基本承载力(R)，与相应袖珍贯入阻力值进行相关性分析(表2)。公式中Ps为单桥静力触探比贯入阻力，由于单、双用探头外形、几何形状和尺寸不同，使所测得的比贯入阻力Ps与锥头阻力qc有明显差别，故采用双桥探头时，就不能直接用锥头阻力qc套用单探头的经验公式来求算地基土的各种指标，因而应将qc换算为Ps。综合分析国内已有的几个经验公式，该文采用铁科院提出的换算关系：各类土Ps=1.1qc[15-16]。

图4为袖珍贯入阻力与地基土基本承载力相关性分析图，表明土的袖珍贯入阻力值与基本承载力值存在正相关关系，且相关性较高。相关方程式为：

R=0.2401Pt+96.239

R=0.78

图4 R-Pt相关关系图

5 袖珍贯入试验与土工试验物理力学性质指标相关性分析

袖珍贯入阻力(Pt)是一项反映土物理力学性质的综合性指标，那么其与土的力学性质指标液性指数(IL)、压缩模量(Es1-2)应存在一定相关关系[17-20]。为分析研究它们之间的相关关系，该文选取了莱州湾沿岸同期进行了野外袖珍贯入试验和室内土工试验的一般粘性土样品72组试验数据进行相关性分析，分析结果如表3所示。

表3 贯入阻力与土工试验力学指标汇总

图5、图6为袖珍贯入阻力与土的液性指数、压缩模量的相关性分析图，表明土的袖珍贯入阻力值与液性指数存在负相关关系、与压缩模量存在正相关关系，且相关性较高。

相关方程式为：

IL=-0.566ln(Pt)+4.125R=0.91

Es1-2=0.007Pt+0.648R=0.78

图5 IL-Pt相关关系图

6 袖珍贯入试验在工程地质调查中的应用

在海岸带地区工程地质勘察、施工验槽等工作中，对于粘性土层可直接在野外现场通过袖珍贯入试验，依据该文建立的贯入阻力值与土的物理力学

图6 Es1-2-Pt相关关系图

指标相关关系式，估算土的液性指数、压缩模量及基本承载力值，达到快速了解土的物理力学性质，提高土的描述精度与工作效率，对土的工程性质作出较准确地判断和评价。为便于公式的野外应用，该文根据IL-Pt,Es1-2-Pt及R-Pt相关关系图，制定袖珍贯入阻力与土的物理力学性质指标对照(表5、表6、表7)，由袖珍贯入试验阻力值可以直接查表确定土的状态、压缩模量及承载力基本值。

表5 袖珍贯入阻力与粘性土状态关系对照

表6 袖珍贯入阻力与粘性土压缩模量关系对照

表7 袖珍贯入阻力与地基土承载力基本值关系对照

7 结论

(1)该文所建立的袖珍试验贯入阻力与土的液性指数、压塑模量、承载力基本值以及与静力触探阻力、标准贯入试验击数的相关式均具有较高的相关性，可直接应用于海岸带地区工程地质勘察、施工验槽等工作中。

(2)袖珍贯入仪携带方便，操作简单，试验作为一种原位测试手段，具有数据处理快速、准确的特点，体现了明显的经济和社会效益。

(3)该文根据IL-Pt,Es1-2-Pt及R-Pt相关关系图，制定了袖珍贯入阻力与土的物理力学性质指标对照表，便于公式的野外应用。

[1] 陈俊，陆福春，陈建萍.WG-1型微型贯入仪应用效果评价[J].建筑技术开发，2002，29(7)：23-25.

[2] 陈锐，刘戈，曹仲.用袖珍贯入仪判定粘性土的状态、压缩性和承载力[J].勘察科学技术，1992(2)：32-34.

[3] 常博功，卢国亮.微型贯入仪及其在工程勘察中的应用[J].水文地质工程地质，1992，19(2)：54-55.

[4] 黄河.微型贯入仪在土体原位测试中的应用[J].中国水运，2015，15(5)：328-329.

[5] CECS54：93.袖珍贯入仪试验规程[S].1993.

[6] 郑懿珉，高茂生，刘森，等.晚更新世以来莱州湾南岸地下卤水资源分布特征[J].水文地质工程地质，2014(5)：11-18.

[7] 李守军，崔肖辉，徐华，等.渤海湾晚第四纪底栖有孔虫分布特征及古环境意义[J].地质学报，2017(2)：3-17.

[8] 张永祥，薛禹群，陈鸿汉.渤海湾南岸晚更新世后地层中沉积海水的特征及其形成环境[J].海洋学报，1996，18(2)：61-68.

[9] 张祖陆，聂晓红，刘恩峰，等.莱州湾南岸咸水入侵区晚更新世以来的古环境演变[J].地理研究，2005，24(1)：105-112.

[10] 赵博，李爱军，刘术明.昭阳煤矿矿山地质环境影响评估及监测建议[J].山东国土资源，2017,33(5)：35-41.

[11] 马玉林.关于用静探贯入阻力确定地基土承载力等物理力学指标的经验公式[J].吉林建筑设计，1995(2)：28-33.

[12] 宋盘根.关于WG-1型微型贯入仪使用的探讨[J].河南地质，1995，13(4)：293-302.

[13] 王钟琦.我国的静力触探及动静触探的发展前景[J].岩土工程学报，2000，22(5)：517-522.

[14] 刑恩桥,许国辉，胡光海,等.天津沿海地层工程地质统计特征[J].海岸工程，2005，24(1)：48-52.

[15] 袁浩清,王树龙.静力触探成果的实际应用[J].港口工程，1988(6)：13-17.

[16] TB10018-2003.铁路工程地质原位测试规程[S].

[17] 高颂东.静力触探参数与地基土物理力学指标(天津地区)相关分析研究[J].岩土工程界，2003，6(7)：75-77.

[18] 侯石涛，丁晓学，高桥芳.利用袖珍贯入仪确定土的某些物理力学指标[J].工程勘察，1998(1)：1-4.

[19] 姚磊明.WG-1型微型贯入仪在岩土工程中的应用研究[J].土工基础，1996，10(3)：34-37.

[20] 张文殊，王莹. 微型贯入仪在长春黄土状土地基勘察中的应用[J].长春地质学院学报，1991， 21(1)：83-86.