在砂土中采用重型动力触探试验进行液化分析的可行性分析与研究

张锁柱，张小强

（1.华北有色工程勘察院有限公司，河北石家庄050021；2.河北省矿山地下水安全技术创新中心，河北石家庄050021）

1 分析可能发生的问题

根据GB50021-2010的要求，要对饱和粉土和饱和砂土进行液化分析必须采用使用标准贯入的试验方法。但是实际生产往往达不到这样的标准，因为标准贯入的试验的特点是不可连续性，和标准贯入器的结构相矛盾，这样的矛盾导致了标准贯入器在生产试验中发挥不了预想中的实际效果[1]。

（1）标准贯入试验每次的最佳深度是在300mm的底层，在地层垂向变化十分明显的时候会降低数据的可靠性。

（2）标准贯入器的刃口会被砂土中的砂石破坏，形成无法修复的局面，从而导致标准贯入器不能够正常工作情况发生。

（3）标准贯入器会受到砂土中砂石带来的损坏，所以只能在粉土和部分砂土中的范围内使用标准贯入试验。

（4）标准贯入试验存在断断续续的情况，不是十分的连贯。使用的范围也只局限在砾石地层中，结构性的弊端十分明显。我们就分析研究找寻它的替代品，是否可以取代它的作用来开展液化分析。开始总结概括出确定重型动力触探试验的条件和依据，是要根据勘察的地质的原位特性和适用性决定的。看看结果怎么样，具不具有可行性[2]。

2 工程地质勘察采用的几种原位试验的特点与适用性

2.1 静力触探试验

在锥形探头压入底层的时候，让静电压力保持探头的匀速下降，这样可以持续的贯入，这种试验范围比较广，包含一般粘性土、软土、粉土、部分砂土、细颗粒的素填土。

2.2 标准贯入试验

把高度设置为76cm的地方。使用重锤的重量为63.5kg，重锤击打标准贯入器，预计进入的深度为300mm，标准贯入的数目其实与锤击的数目一致。标准贯入器因为结构的特性导致其过程不能够连续的进行。

砾石会对标准贯入器带来无法修复的损伤，损伤后标准贯入器就不能按照预期的想法进行工作。使用的范围只能有粉土、一般粘性土、部分砂土、残积土、全风化与强风化岩。

2.3 重型动力触探试验

把高度设置为76cm的地方。使用重锤的重量为63.5kg，重锤击打重型动力触探头，预计进入的深度为100mm，标准贯入的数目其实与锤击的数目一致。重型动力触探头的结构特性保证了其可以连续、不间断的作业，因其具有连续作业的特性，让实验中所有的数据是相关联的。所以在对同一个岩性地层进行触探时，就可以准确无误的划分地层[3]。重型动力触探头是不受砂土中砾石的损伤的，使用的范围有砂土和部分碎石土，图1是重型触探仪。

图1 重型触探仪

2.4 超重型动力触探试验

把高度设置为多少时，使用重锤的重量为63.5kg，重锤击打重型动力触探头，预计进入的深度为100mm，标准贯入的数目其实与锤击的数目一致。重型动力触探头的结构特性保证了其可以连续、不间断的作业，因其具有连续作业的特性，让实验中所有的数据是相关联的。所以在对同一个岩性地层进行触探时，就可以准确无误的划分地层[4]。重型动力触探头是不受砂土中砾石的损伤的，使用的范围有砂土和碎石土。

3 定性分析重型动力触探试验

在符合国家规定的要求里，进行标准贯入式试验最多的类型是饱和粉土、砂土。可是国家的规定并没有严格的界限，就导致液化分析的方式多样的。最终确定重型动力触探试验进行液化分析，原因如下：

（1）重型动力触探不受砂土中砾石的影响和破坏，在含有砾石的砂土中可以连续完整的数据。

（2）重型动力触探试验是可以不停歇、连续的工作。

（3）由于重型动力触探试验数据的连续完整性，可以进行液化分析和地层划分[5]。

（4）在砂土中重型动力触探试验锤击数目与地基土承载力、桩端测摩阻力、桩端阻力值、变形模量参数是连续的、稳定的。所以工程要勘察地质时，在砂土中使用进行重型动力触探试验的数据可以进行液化分析[6]。

通过以上分析的4点，能够证明在砂土中使用重型动力触探试验，数据具有连续性的同时可以进行液化分析。

4 定量分析重型动力触探试验

计算标准贯入锤击的公式：

砂土液化的标志是标准贯入击数小于临界值。通过以上公式，按照不利组合考虑选No=19、β=1.05、ds=20、dw=0、ρc≤3，Ncr=51.9。重型动力触探试验能够液化分析的标志是N≤50。根据重型动力触探击数能够计算标准贯入击数的量。所以重型动力触探试验在砂土中进行液化分析是能够实现的。以下谈论该问题的定量分析：

标准贯入击数经验公式为：

公式里的标准贯入击数目没有换算杆的长度，重型动力触探击数目换算了杆的长度。

重型力接触撞击数N63.5和常规贯入系数N为相关参数。从公式（1）就可以得出，常规贯入系数N为10，并且逐步增加为15~50时，最终计算，得到N63.5中的，最为安全值，为常规贯入系数15时，此时，数值偏低，其余时，数值偏高，当N63.5在4~12范围时，偏差的百分比依次降低。

从安全的角度出发对式（1）进行修改，修改后可以使用的公式如下：

N的数据从10开始，逐渐增加，每次增加最小间隔是5，这时得出的重型动力触探击数的误差值在可允许的范围内。

经过分析总结我们能够得出，在辽宁省的范围中的砂土，使用重型动力触探仪进行试验，得到的试验数据是能够支撑液化分析。重型动力触探击数N63.5与标准贯入击数N是关系的，大量的实验数据可以为其提供支撑。由此得出重型动力触探试验是在广泛的类型土质中进行液化分析的[7]。

5 工程实践

在项目工程地质勘察项目中，总共打孔的数目是120，其中进行液化分析的孔的数目是4个。保证分析数据更具有参考性、普遍性，液化分析孔和重型动力触探孔相邻，但也要保证有一定的距离，孔与孔之间最远的距离不能够超过25m。把液化分析孔的砂土标贯值与临近孔的重型动力触探值的数据填入表1，进行对比分析。

表1 分析重型触探值与标准贯入值的不同

表中的数值反映出二者的数值大小基本几乎相同。说明之前的预测更加贴近真实的情况。

6 结语

对重型动力触探试验和标准贯入试验相关联系进行研究。考虑砂土液化判断和其他设计的参数，用来降低试验次数，考虑判层和获取更加多更加详细的液化判别参数，非常适合于含砂石的砂土层，防止标准贯入器在含砂石的砂土层中不能够按理论预想进行理想的试验。在砂土中使用进行重型动力触探试验的数据可以进行液化分析，并且真实地反映地层的状况。