CN107130577A - 利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，包括步骤：1)对测量地区土层进行静力触探试验，采集测量地区的静力触探比贯入阻力p_s；2)通过计算获得扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1，计算公式为：对于黏性土：对于砂类土：K_h1＝33.13p_s。本发明可通过静力触探比贯入阻力p_s快速、准确、经济地获取地层的扁铲侧胀试验基准水平基床系数，为工程设计提供参考。本发明在不增加测试技术手段的前提下，解决了利用静力触探测试技术直接快速测试扁铲侧胀试验基准水平基床系数的问题，拓展了静力触探的应用功能，节约了勘察成本，提高了效率，效果明显。

Description

利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系 数的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程勘察技术领域，具体地指一种利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法。

背景技术

近年来，随着我国高速铁路、轨道交通、综合管廊、高层建筑等基础建设的飞速发展，地下空间工程成为一个重点的研究领域。目前在地下空间工程的支护设计中，通常采用“土抗力法”(又称“竖向弹性地基粱法”)，该方法引用横向抗力的概念，将坑内侧被动土压力对支护结构的作用用弹性抗力系数模拟，根据弹性地基梁法计算支护结构的变形和内力。支护结构内侧被动区土体弹性抗力系数称为水平基床系数K_h，是“土抗力法”的关键参数，其取值的大小、分布形式直接决定被动区土对支护结构提供抗力的大小，也直接决定支护结构的内力与变形，对工程造价、安全性、可靠性均有重要影响。

由于支护结构尺寸对水平基床系数K_h影响很大，特定义结构尺寸宽度为30cm对应的水平基床系数为基准水平基床系数K_h1。现场试验测定计算出扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1，工程设计时根据支护结构的实际尺寸再换算成对应水平基床系数。

目前在涉及地下空间工程岩土工程勘察中，可通过扁铲侧胀试验测试土层的扁铲侧胀试验基准水平基床系数，但是扁铲侧胀试验贯入能力有限，对于部分土层很难贯入，而且操作复杂、时间长、费用高，普及程度相对较低，因此有些工程可能无法进行扁铲侧胀试验。

发明内容

本发明的目的是针对扁铲侧胀试验操作复杂、时间长、费用高，普及程度相对较低，有些区域无法进行扁铲侧胀试验不能测定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的技术问题，而提出一种利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法。

为实现上述目的，本发明所设计的利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)对测量地区土层进行静力触探试验，采集测量地区的静力触探比贯入阻力p_s；

2)通过计算获得扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1，计算公式为：

对于黏性土：

对于砂类土：K_h1＝33.13p_s (2)

其中，式(1)适用于流塑至硬塑的黏性土，式(2)适用于松散至密实的砂类土。

优选地，所述步骤1)的具体步骤包括：

11)布置静探孔的测试孔位；

12)安装反力装置和贯入设备；

13)启动贯入设备，采集贯入阻力值；

14)提取所采集的贯入阻力值，并按照力学指标进行分层，获得每一层的贯入阻力p_s。

优选地，所述步骤13)中贯入设备以20mm/s的速度匀速贯入试验地层中，每贯入100mm采集一次贯入阻力。

优选地，所述测试孔位布置在地下结构物所受应力集中节点位置，或距离应力集中节点水平间距2～3m处，所述测试孔位的深度进入结构底板以下不小于30m或基坑开挖深度的3倍，以使测试扁铲侧胀试验基准水平基床系数参数满足设计要求。

优选地，所述步骤14)中每一层的贯入阻力p_s为选取的采集的每一层中所有静探孔的贯入阻力的平均值，降低异常值对测量结果的干扰。

本发明根据静力触探具有操作简单、试验快速、精度高、费用低、国内岩土工程勘察中有着丰富的应用经验等特点，提供利用静力触探比贯入阻力p_s确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，其优点是在扁铲侧胀试验无法实施的岩土工程勘察项目中，可通过静力触探比贯入阻力p_s快速、准确、经济地获取地层的扁铲侧胀试验基准水平基床系数，为工程设计提供参考。本发明在不增加测试技术手段的前提下，解决了利用静力触探测试技术直接快速测试原本需要扁铲侧胀试验获得扁铲侧胀试验基准水平基床系数的问题，拓展了静力触探的应用功能，节约了勘察成本，提高了效率，效果明显。

附图说明

图1为本发明利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法的研究过程流程图。

图2为静力触探与扁铲侧胀对比试验孔位布置示意图；图中：静力触探孔1，扁铲侧胀试验孔2。

图3为静力触探试验曲线与土层划分图。

图4为黏性土静力触探比贯入阻力p_s与扁板侧胀试验扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1拟合曲线图。

图5为砂类土静力触探比贯入阻力p_s与扁板侧胀试验扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1拟合曲线图。

图6为静探测试孔位布置示意图。其中JC-1～JC-11为静力触探孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明一种利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，根据测量现场贯入阻力p_s数据采集，经过计算，即可获得扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1。

本发明需试验总结归纳贯入阻力p_s与扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1的相关关系。为了获得准确可靠的试验数据，结合高速铁路、轨道交通勘察工程，对全国十多个地区的土层进行了静力触探与扁铲侧胀对比试验的现场对比研究。对比试验地区涵盖上海、广州、深圳、武汉、太原、厦门、宁德、丹阳、连云港、温州、湖州、凤阳、宿州等地区，涉及流塑～硬塑的黏性土，松散～中密的砂类土，具有广泛的地区代表性。

如图1所示，试验阶段包括如下步骤：

1)确定扁铲侧胀试验测试扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1计算方法。

根据《工程建设规范<岩土工程勘察规范>》(DGJ08-37-2012)，扁铲侧胀试验测试扁铲侧胀试验基准水平基床系数按下式计算：

k_h＝1364(p₁-p₀) (3)

K_h1＝0.2k_h (4)

式中，K_h1表示扁铲侧胀试验基准水平基床系数(kN/m3)；

k_h表示扁铲侧胀试验水平基床系数试验值(kN/m3)；

p₀表示扁铲膜片中心外移0.0mm时的初始压力(kPa)；

p₁表示扁铲膜片中心外移1.1mm时的膨胀压力(kPa)；

1364表示量纲为m-1的系数。

2)对试验地区土层进行静力触探与扁铲侧胀对比试验，采集贯入阻力p_s、扁铲膜片中心外移0.0mm时的初始压力p₀、扁铲膜片中心外移1.1mm时的膨胀压力p₁。

21)选择好具有代表性地层的试验场地后，根据现场条件布置对比试验孔，静力触探与扁铲侧胀试验孔间距应为1.5～2m，在保证静力触探与扁铲侧胀试验不互相扰动影响的情况下，尽量确保二者在相同深度的地质条件相同，对比试验孔布置如图2所示

22)平整试验场地，安装反力装置和贯入设备，用水平尺调整机具水平后，紧固贯入设备与反力装置，安装静力触探试验仪器或扁铲侧胀试验仪器，仪器调零完成或标定后即可贯入。

23)静力触探与扁铲侧胀试验均以20mm/s的速度匀速贯入地层中。静力触探每贯入0.1m采集一次贯入阻力ps数据，扁铲侧胀试验每贯入0.2m采集一次扁铲膜片中心外移0.0mm时的初始压力p₀和扁铲膜片中心外移1.1mm时的膨胀压力p₁数据。此间注意深度计量的准确性。达到设计深度后，停止试验。

3)提取静力触探孔的测试数据，绘制比贯入阻力p_s随深度的贯入曲线(如图3所示)，按照力学指标进行土层划分，并剔除各层比贯入阻力p_s的异常值；提取扁铲侧胀试验孔的测试数据，并剔除异常值，再根据步骤1)中式(3)～(4)计算出不同深度的扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1。

4)选择与扁铲侧胀试验每一组数据深度相同及上、下3个静力触探比贯入阻力p_s数据的平均值，作为与扁铲侧胀试验数据对比分析的比贯入阻力p_s数据。

根据试验数据回归分析计算得到相关关系如下：

对于黏性土：

对于砂类土：

K_h1＝33.13p_s (2)

对于黏性土，统计数据组n＝1072，相关系数R²＝0.92，相关性良好，满足工程设计要求(见图4)；对于砂类土，统计数据组n＝152，相关系数R²＝0.54，相关性良好，满足工程设计要求(见图5)。

5)确定适用条件：式(3)适用于流塑～硬塑的黏性土；式(4) 适用于松散至密实的砂类土。

应用本发明一种利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法进行测量，包括如下步骤：

1)对测量地区土层进行静力触探试验，采集测量地区的静力触探比贯入阻力p_s。具体步骤包括：

11)测试孔位布置。在满足静力触探常规试验要求，分析查明地层界面、土层定名、提供各地层物理力学指标的基础上，重点关注设计、建设的地下结构物所涉及土层的试验环境与条件，静探孔的测试孔位尽可能布置在地下结构物所受应力集中节点位置，或距离应力集中节点水平间距2～3m布置，深度应满足变形计算、稳定性分析以及地下水控制的要求。孔深应进入结构底板以下不小于30m或基坑开挖深度的3倍，使测试扁铲侧胀试验基准水平基床系数参数满足设计要求。静探测试孔位布置示意图如图6所示。

12)反力装置和贯入设备安装调试。首先平整试验场地，其次安装反力装置和贯入设备，用水平尺调整机具水平后，紧固贯入设备与反力装置，再就是传感器与静探专用仪器连接，仪器调零完成后即可贯入。

13)数据采集。贯入设备以20mm/s的速度匀速贯入试验地层中，每贯入100mm采集一次贯入阻力，此间注意深度计量的准确性。达到设计深度后，仪器完成测试参数随深度变化的存储和显示。

14)提取所采集的贯入阻力，并按照力学指标进行分层，获得每一层的贯入阻力值。

提取设计、建设地下结构物所涉及土层的贯入阻力值，按照力学指标进行分层，剔除各层异常值，平均各分层的贯入阻力值或取设计重点深度上下的3个贯入阻力值的平均值，作为该层的贯入阻力p_s。

2)通过计算获得扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1，计算公式为：

对于黏性土：

对于砂类土：K_h1＝33.13p_s (2)

其中，式(1)适用于流塑至硬塑的黏性土，式(2)适用于松散至密实的砂类土。

上述参数计算可在计算机上完成。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对测量地区土层进行静力触探试验，采集测量地区的静力触探比贯入阻力p_s；

2)通过计算获得扁铲侧胀试验基准水平基床系数K_h1，计算公式为：

对于黏性土：

对于砂类土：K_h1＝33.13p_s (2)

其中，式(1)适用于流塑至硬塑的黏性土，式(2)适用于松散至密实的砂类土。

2.根据权利要求1所述的利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤包括：

11)布置静探孔的测试孔位；

12)安装反力装置和贯入设备；

13)启动贯入设备，采集贯入阻力值；

14)提取所采集的贯入阻力值，并按照力学指标进行分层，获得每一层的贯入阻力p_s。

3.根据权利要求2所述的利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，其特征在于：所述步骤13)中贯入设备以20mm/s的速度匀速贯入试验地层中，每贯入100mm采集一次贯入阻力。

4.根据权利要求2所述的利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，其特征在于：所述测试孔位布置在地下结构物所受应力集中节点位置，或距离应力集中节点水平间距2～3m处，所述测试孔位的深度进入结构底板以下不小于30m或基坑开挖深度的3倍。

5.根据权利要求2所述的利用静力触探比贯入阻力确定扁铲侧胀试验基准水平基床系数的方法，其特征在于：所述步骤14)中每一层的贯入阻力p_s为选取的采集的每一层中所有静探孔的贯入阻力的平均值。