CN109142108B - 基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种石英土相对密实度评价方法,更具体的说,是涉及一种基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法。
背景技术
填土施工在工程建设中存在诸多应用,例如低地开垦、路基、码头建设等。填土的原料多为粗粒石英土,包括石英砾石、石英粗砂等。而在施工过程中,要保证填土具有良好的压实性,以避免将来发生地基的下沉、破坏乃至液化的情况。因此,提出一种能够快速、准确地预测石英土地基压实程度的方法至关重要。
对于石英砾、石英砂等非粘性土来说,相对密实度Dr是评价其压实程度的主要指标。Dr的计算公式如式(1):
式中,Dr为相对密实度,ρd,max为该类土最大干密度,ρd,min为该类土最小干密度,ρd为土样干密度。由式(1)可得若要采用常规土力学试验的方法测试土体相对密实度,则需预先取得原状土样以确定其现场干密度。然而,许多条件下取原状土样是很难实现的。因此,为避免试验室方法的困难,在《ASTM D6951–03(2006)》、《DIN EN ISO 22476-2:2012-03(2012)》以及《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)中,均提到按原位动力触探试验指标评价地基土密实度。其中,我国《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)规定的轻型动力触探试验是指利用一定的锤击能量将一定规格的圆锥探头打入土中,根据贯入锤击数来判别土层类别及推测土的各类工程特性。表1所示即其和上述其余两种规范规定的锤击能量及圆锥探头规格。
表1不同规范下的锤击能量及圆锥探头规格对比
由上述轻型动力触探试验的定义可知,在使用该方法预测地基土相对密实度的过程中,贯入指标与土体相对密实度之间关系的确定至关重要。如今国内《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)中关于该种轻型动力触探仪的贯入指标与土体相对密实度的关系没有做明确规定。而目前国外文献中关于通过贯入指标预测土体密实度的经验计算公式也主要针对表1中的ASTM和DIN规范中采用的动力触探仪,若将其直接应用于GB规范规定的轻型动力触探仪无疑会产生较大的误差。例如,GB规范规定的轻型动力触探仪锤重是10kg,落距是0.5m,而ASTM规定的动力触探仪则是8kg的锤从0.66m高处下落,二者贯入能量存在明显的不同。而与DIN规范相比,GB规范的轻型动力触探仪在贯入能量上与之相同,但在探头直径与形状上又与之存在较大的差异。这些都将导致现场试验贯入指标的不同。因此,若采用现有针对ASTM和DIN规范中的动力触探仪的经验公式评估GB规范规定规格的轻型动力触探仪的试验结果,其预测值会与实际值存在较大差异。此外,现有经验公式大都不考虑土体粒径和级配的影响,从而造成其计算精度的降低,例如针对石英砾石、石英粗砂等粗粒土来说,土样越不均匀,则较小的粒径越容易由于锤击的振动作用而进入粒间孔隙,从而造成地基土压实程度增加,贯入阻力增大。综上所述,提出一种新的能够综合考虑地基土的粒径和级配情况对土体贯入阻力影响的,基于轻型动力触探试验指标评价石英土地基相对密实度的方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,提供一种基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法,采用该方法预测出的石英土地基相对密实度与实际情况更加相符。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法,包括以下步骤:
步骤一,将现场取回的石英土样烘干,通过土工试验确定每类石英土样的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min、平均粒径d50、不均匀系数Cu;
步骤二,设定相对密实度Dri,根据步骤一中测得的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min,计算出各种相对密实度Dri下每类石英土样的干密度ρdi;
步骤三,通过室内轻型动力触探模型试验,分别测出不同干密度ρdi(亦即不同相对密实度Dri)下每类石英土样的贯入锤击数,以及每次锤击完成后探头的累积贯入深度;
步骤四,将步骤三中记录下的每类石英土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度,分别绘制锤击数—累积贯入深度散点图,再利用最小二乘法分别将每幅图中的每组试验的数据点拟合成一条直线,每条直线的斜率称为此类石英土样在相对密实度Dri下的贯入度pindex,i;
步骤七,由于《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)中采用探头贯入30cm所需的锤击数N10作为轻型动力触探试验的指标,因此得pindex,i=300/N10,将其代入步骤六表达式中,即得到与Dri之间关系的表达式,该表达式即用于确定现场石英土地基的密实度。
步骤一中所述石英土样分为两类:一类为石英砾石,另一类为石英粗砂。
步骤三中所述室内轻型动力触探模型试验是通过轻型动力触探仪进行的,轻型动力触探仪采用《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)规定的规格。
与现有技术相比,本发明的技术方案所带来的有益效果是:
1)得出的经验公式针对于GB规范规定规格的轻型动力触探仪,为采用该仪器进行现场轻型动力触探试验预测石英土地基密实度提供可靠依据;
2)能够综合考虑地基土的粒径和级配情况对土体贯入阻力的影响来确定轻型动力触探试验中贯入指标与相对密实度之间的关系,从而能够更加准确、广泛地预测不同地区石英土地基的密实度,为在这些地基上基础的设计提供有力依据;
3)采用从现场取回的石英土样的室内土工试验和模型试验数据作为公式拟合的依据,可靠性强,成本低,周期短,可大大减少人力、物力和时间。这对于建筑工程来讲,具有突出的优势;
4)该方法符合工程实际,方法简单明确,易于操作,所涉及参数都容易确定且可靠,因此,在现场轻型动力触探试验中采用其拟合出的关系式预测石英土地基的密实度将会更加精确、合理。
综上所述,本发明得出的经验公式针对于GB规范规定规格的轻型动力触探仪,并综合考虑地基土的粒径和级配情况对土体贯入阻力的影响,以及利用现场取回的土样的室内土工试验和模型试验数据作为公式拟合的依据。因此,在现场轻型动力触探试验中采用其拟合出的关系式预测石英土地基的密实度将会更加精确、合理。
附图说明
图1是实施例一中石英砾石的锤击数—累积贯入深度关系散点图示例;
图2是实施例一中石英砾石的锤击数—累积贯入深度关系拟合直线图示例;
图3是实施例一中贯入指标—密实度关系散点图;
图4是实施例一中贯入指标—密实度关系拟合曲线图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明。
本发明的基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法,包括以下步骤:
步骤一,将现场取回的石英土样烘干,通过土工试验确定每类石英土样的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min、平均粒径d50、不均匀系数Cu。其中,现场取回的石英土样共分为两类:一类为石英砾石,另一类是石英粗砂。
步骤二,根据试验需要设定若干个相对密实度Dri,根据步骤一中测得的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min,采用公式(1)计算出各种相对密实度Dri下每类石英土样的干密度ρdi。为保证充分反映石英土的各种密实状态,每类石英土样按压实程度的不同应至少设定3个不同且有一定差距的设计相对密实度Dri。
步骤三,通过室内轻型动力触探模型试验,分别测出不同干密度ρdi(亦即不同相对密实度Dri)下每类石英土样的贯入锤击数,以及每次锤击完成后探头的累积贯入深度。其中,室内轻型动力触探模型试验是通过轻型动力触探仪进行的,轻型动力触探仪采用表1中《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)规定的规格。
步骤四,将步骤三中记录下的每类石英土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度,分别绘制锤击数—累积贯入深度散点图,再利用最小二乘法分别将每幅图中的每组试验的数据点拟合成一条直线,每条直线的斜率称为此类石英土样在相对密实度Dri下的贯入度pindex,i。
步骤七,由于《岩土工程勘察规范》(GB-50021-2001)中采用探头贯入30cm所需的锤击数N10作为轻型动力触探试验的指标,因此可得pindex,i=300/N10。将其代入步骤六表达式中,即可得到与Dri之间关系的表达式,该表达式即可用于确定现场石英土地基的密实度。
实施例一:
本发明的基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法,包括以下步骤:
步骤一,将现场取回的石英土样烘干,通过土工试验得到的结果为:石英砾石,其最大干密度ρd,max=1934kg/m3,最小干密度ρd,min=1373kg/m3,平均粒径d50=2.5mm,不均匀系数Cu=6.90;石英粗砂,其最大干密度ρd,max=1764kg/m3,最小干密度ρd,min=1373kg/m3,平均粒径d50=1.5mm,不均匀系数Cu=4.72。
步骤二,每类钙质土样设定九个相对密实度Dri,根据步骤一中测得的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min,采用公式(1)计算出各种相对密实度Dri下每类石英土样的干密度ρdi。
步骤三,通过室内轻型动力触探模型试验,分别测出不同干密度ρdi(亦即不同相对密实度Dri)下每类石英土样的贯入锤击数,以及每次锤击完成后探头的累积贯入深度。
步骤四,将步骤三中记录下的每类石英土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度,分别绘制锤击数—累积贯入深度散点图,如图1是石英砾石的锤击数—累积贯入深度关系散点图示例,石英粗砂的绘制方法类似。再利用最小二乘法分别将每幅图中的每组试验的数据点拟合成一条直线,每条直线的斜率称为此类石英土样在相对密实度Dri下的贯入度pindex,i。图2是石英砾石的锤击数—累积贯入深度关系拟合直线示例,石英粗砂的拟合方法类似。
由图4可以看出,采用本发明的方法预测石英土土样的密实度,其相关性高达88%,究其原因,就在于本发明的方法能够综合考虑地基土的粒径和级配情况对土体贯入阻力的影响来确定轻型动力触探试验中贯入指标与土体相对密实度之间的关系,因此预测结果更加接近于实际值,更加安全、合理。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述,但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,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,还可以做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,将现场取回的石英土样烘干,通过土工试验确定每类石英土样的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min、平均粒径d50、不均匀系数Cu;
步骤二,设定相对密实度Dri,根据步骤一中测得的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min,计算出各种相对密实度Dri下每类石英土样的干密度ρdi;
步骤三,通过室内轻型动力触探模型试验,分别测出不同干密度ρdi亦即不同相对密实度Dri下每类石英土样的贯入锤击数,以及每次锤击完成后探头的累积贯入深度;
步骤四,将步骤三中记录下的每类石英土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度,分别绘制成锤击数—累积贯入深度散点图,再利用最小二乘法分别将每幅图中的每组试验数据点拟合成一条直线,每条直线的斜率称为此类石英土样在相对密实度Dri下的贯入度pindex,i;
2.根据权利要求1所述的基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法,其特征在于,步骤一中所述石英土样分为两类:一类为石英砾石,另一类为适应粗砂。
3.根据权利要求1所述的基于轻型动力触探试验指标评价石英土相对密实度的方法,其特征在于,步骤三中所述室内轻型动力触探模型试验是通过轻型动力触探仪进行的,轻型动力触探仪采用《岩土工程勘察规范(GB-50021-2001)》规定的规格。
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