地基土标准贯入锤击数与物理力学参数关系探讨.pdf

收稿日期 2011 05 03 基金项目 徐州建筑职业技术学院基金项目 JYA32008 04 作者简介 刘辉 1964 男 江苏丰县人 高级工程师 主要从 事土木工程方面的技术研究 教学和科技管理工作 E mail huiliuxz 163 com 地基土标准贯入锤击数与物理力学参数关系探讨 刘辉 徐州建筑职业技术学院 江苏徐州221116 摘要 根据徐州地区大量的粘性土标准贯入试验及土工试验资料 基于数理统计理论 采用回 归分析方法研究了标贯击数与物理力学指标间的相关关系 拟合了相应的回归方程 结果表明 粘性 土物理力学参数与标贯击数具有高度线性关系 利用标贯击数确定粘性土物理力学参数具有较高的可 靠性 研究成果可为建立地区经验公式提供基础性资料 关键词 标贯击数 地基土 参数 线性回归 关系 中图分类号 TU413 5文献标志码 A 文章编号 1003 8825 2011 05 0062 04 0引言 标准贯入试验 SPT 是国内外应用较为广泛的 一种现场原位测试手段 通常结合钻孔进行 它是利 用质量为 63 5 kg 的穿心锤沿导杆自由下落 76 cm 将一对开取土管 也称贯入器 自钻孔底部高程 先击入土中 15 cm 不计击数 然后再继续击入 30 cm 并记录击入 30 cm 的锤击数 N N 称为标贯 击数 根据标贯击数 N 值可对地基土的物理状态 土 的强度 变形参数等物理力学参数做出评价 1 现行 岩土工程勘察规范 1 第 10 5 5 条明确规 定 根据标准贯入击数 N 提供定量设计参数时 应有 地区经验 强调了地区经验的重要性 我国幅员广 阔 各地区土质条件各异 当采用标准贯入试验测试 地基土物理力学参数时 标准贯入锤击数与地基土参 数的关系在不同地区 不同地质条件下存在显著的差 异 因此用标贯击数 N 评价地基土某一物理力学参数 的前提是建立该地区该参数与标贯击数 N 的经验关系 式或相关关系式 这些关系式的建立对该地区岩土参 数的设计应用有重要作用 这可为今后该地区岩土工 程勘察设计工作及编制地区规范积累经验 在工程实 践中为岩土工作者提供可靠的参考数据 国内一些学者针对不同地区土层进行了探索研 究 取得了一些初步成果 2 6 但对本研究区域地基 土的相关研究尚无见报导 本文结合研究区域实际资 料 对这方面进行了初步的探索 1数据资料来源及选取原则和方法 分析研究了徐州市区从 2006 年 2010 年的 18 项 工程的标准贯入试验与土工试验资料 其中土工试验 指标1731 组 现场标贯试验1277 点次 这些建筑场 地的地基土层主要为第四系冲 湖 积而成的可塑 硬塑状态的粉质粘土及粘土 岩土体性质复杂多变 具有高度的非线性和不均 一性 不同地点的土层性质具有很大的差异性 即使 同地点同土层的土体 其性质也随位置的不同而变 化 单一个体不能代表总体 恰当的对岩土体特性参 数进行概率统计 能有效地消除岩土体非线性 不均 一性以及试验误差带来的影响 7 地基土的工程特性指标包括强度指标 压缩性指 标以及标准贯入试验锤击数等 其代表值应分别为标 准值和平均值 抗剪强度指标取标准值 压缩性指标 及标准贯入试验锤击数取平均值 8 9 现场测试的标准贯入击数 N 值按杆长修正后 再 按照土层的形成时代 成因 塑性状态分层进行统 计 同样 压缩模量 粘聚力等土工参数也相应分层 统计 按下列公式计算平均值 m 标准差 f和变异 系数 1 m n i 1 i n f 1 n 槡 1 n n 1 2 i n i 1 i 2 n f m 式中 i为岩土参数的测试值 n 为参加统计的子 样数 试验指标中的重大误差或非代表性的数据用 Grubbs 准则判别 计算过程中 先剔除一些地质单元 中缺乏代表性的样品 并采用三倍标准差法剔除异常 26 路 基 工 程 Subgrade Engineering2011 年第 5 期 总第 158 期 数据 然后进行统计分析 抗剪强度指标根据文献 7 统计计算相应地基土层的标准值 将经上述方法统计计算得到的物理力学参数和标准 贯入锤击数修正值按相关关系分组列于表1 表2 中 表 1粘土物理力学指标与标贯击数统计 标贯击数 N 击数 液性指数 IL 压缩模量 ES MPa 压缩系数 a0 1 0 2 MPa 1 粘聚力 c MPa 内摩擦角 3 80 734 450 4523 32 8 4 50 505 260 3623 15 8 13 70 079 740 1895 112 1 5 80 423 670 4231 04 1 5 10 455 250 3643 06 8 4 60 445 400 3529 24 2 11 50 098 600 2075 711 1 14 20 049 300 1984 715 7 10 50 158 500 2054 511 1 14 90 0510 600 1684 115 6 11 80 189 400 1857 613 1 3 70 614 400 4724 83 9 6 10 366 200 3145 06 2 15 00 029 300 2199 014 6 13 10 117 530 2565 211 7 9 50 207 680 2456 38 7 14 40 099 380 2066 312 5 15 70 088 480 1273 014 2 5 60 624 600 4522 77 4 6 70 564 760 4429 37 1 9 60 266 590 3044 19 0 13 20 137 900 2266 112 5 5 60 455 590 3626 05 4 6 50 474 800 4333 08 5 10 60 206 880 2858 012 8 3 80 714 580 4419 05 0 5 00 634 450 4523 05 8 6 20 585 840 3431 07 3 8 50 226 640 2749 010 3 9 70 395 640 3642 08 0 13 00 1510 500 1875 012 2 5 00 554 900 3927 17 7 4 90 645 120 4130 06 6 5 70 664 820 4730 08 0 11 30 148 950 2175 012 9 表 2粉质粘土物理力学指标与标贯击数统计 标贯击数 N 击数 液性指数 IL 压缩模量 ES MPa 压缩系数 a0 1 0 2 MPa 1 粘聚力 c MPa 内摩擦角 10 40 427 500 2453 913 5 11 40 268 070 2258 913 4 5 80 944 330 4619 06 5 9 30 556 760 2551 013 1 13 70 077 340 2371 212 8 12 50 268 390 2184 015 3 8 80 365 870 2949 010 5 1 90 844 200 4716 04 7 12 50 087 500 2256 516 0 6 80 646 280 3442 69 8 13 70 216 870 1567 013 4 5 00 864 990 5830 35 4 5 90 934 670 4224 09 2 5 20 644 230 4620 07 3 15 90 058 910 1564 914 4 8 00 556 030 2939 510 2 4 31 023 820 4818 07 1 2标准贯入击数与部分物理力学参数相关关系分析 将表 1 表 2 数据以标准贯入击数 N 为横坐标 分别以液性指数 IL 压缩模量 Es 压缩系数 a 抗剪 强度指标为纵坐标作散点图 见图 1 图 9 图 1粘土液性指数 标贯击数曲线 图 2粘土压缩模量 标贯击数曲线 图 3粘土压缩系数 标贯击数曲线 图 4粘土粘聚力 标贯击数曲线 图 5粘土内摩擦角 标贯击数曲线 36 刘辉 地基土标准贯入锤击数与物理力学参数关系探讨 图 6粉质粘土压缩模量 标贯击数曲线 图 7粉质粘土压缩系数 标贯击数曲线 图 8粉质粘土粘聚力 标贯击数曲线 图 9粉质粘土内摩擦角 标贯击数曲线 通过对图 1 图 9 的直观判断 标准贯入击数 N 与物理力学参数间存在简单的线性相关关系 因此在 相关性分析中 采用最小二乘法进行线性拟合和一元 线性回归模型进行回归分析 根据相关性显著检验方 法 相关性显著水平 取 0 05 则临界相关系数可 用 0 05表示 回归分析成果见表 3 表 3标贯击数与物理力学参数相关关系分析 地基土类别回归方程 相关系数 0 05 粘土 IL 0 0543N 0 8202 Es 0 4787N 2 5114 a 0 0249N 0 5297 c 5 5503N 0 0731 0 8655N 1 5276 0 9314 0 9142 0 9073 0 9343 0 9396 0 3345 0 3345 0 3345 0 3345 0 3345 粉质粘土 IL 0 0766N 1 1917 Es 0 3739N 2 8977 a 0 0303N 0 5904 c 4 8828N 1 6476 0 8243N 3 4144 0 9270 0 9162 0 9153 0 9204 0 9147 0 4821 0 4821 0 4821 0 4821 0 4821 通过表3 的相关性分析可知 粘性土相关系数远大 于显著水平为0 05 时候的临界相关系数值 说明标贯击 数与物理力学参数的线性相关性显著 液性指数和压缩 系数与标贯击数成很好的线性反比关系 液性指数和压 缩系数随标贯击数的增加而减小 压缩模量及抗剪强度 指标与标贯击数之间有显著的线性正比关系 压缩模量 及抗剪强度指标随标贯击数的增加而增大 3经验公式的检验和应用 进行上述回归分析是为了应用 把回归预测值与 实测值作比较 从而来判断回归预测的实用性 下面 取两项工程的数据为例 根据现场实测标贯击数 通 过上述回归方程估算地基土物理力学参数 与室内土 工试验实测值进行比较 结果显示 粘土液性指数相 对偏差算术平均值为 6 6 压缩模量相对偏差算术 平均值为 7 4 压缩系数相对偏差算术平均值为 8 6 粘聚力相对偏差算术平均值为 9 6 内摩 擦角相对偏差算术平均值为 6 8 相对偏差值集中 在 15 之间 粉质粘土液性指数相对偏差算术平均 值为 10 3 压缩模量相对偏差算术平均值为 8 7 压缩系数相对偏差算术平均值为 10 1 粉质粘土粘聚力相对偏差算术平均值为 7 1 粉质 粘土内摩擦角相对偏差算术平均值为 6 7 相对偏 差值集中在 15 之间 总体而言 计算值与实测 值较为接近 这初步验证了回归方程 经验公式 适用性和可靠性 4结论 1 基于大量标准贯入试验与相对应的地基土层 物理力学指标数据所建立的拟合回归方程具有显著的 相关性 2 根据两个工程的验证结果可知 通过建立标 准贯入击数与地基土物理力学参数之间的数学回归关 系式来指导本地区新的工程区岩土工程勘察设计工作 和作为液性指数 压缩性指标和抗剪强度指标等参数 参考是一个有效而适用的方法 可以减少外业勘察或 室内试验的工作量 节约工程勘察费用 达到技术经 46 路 基 工 程 Subgrade Engineering2011 年第 5 期 总第 158 期 济合理的目的 3 通过室内土工试验参数与标贯击数对比分 析 初步建立了地基土主要参数与标贯击数的经验关 系式 随着更多的测试数据资料收集 统计 可以逐 步对经验公式系数进行修正 使其更精确 具备更强 的实用性 为类似工程及建立本地区经验公式提供重 要参考 参考文献 1 中华人民共和国建设部 GB50021 2001 岩土工程勘察规范 S 中 国建筑工业出版社 2002 89 111 2 尹永川 新近沉积粘性土的压缩模量与标准贯入试验锤击数的关系 J 水文地质工程地质 2002 1 68 71 3 蒋建平 等 南京地铁地基土标贯与物理及力学参数关系试验研究 J 铁道学报 2010 32 123 127 4 王崇艮 标准贯入试验锤击数与液性指数关系探讨 J 路基工程 2007 6 61 62 5 马良荣 标准贯入试验击数与砂土参数间的统计关系 J 电力勘测 设计 2009 3 05 08 6 阙金声 等 广州大学城软土的工程地质性质统计分析 J 煤田地 质与勘探 2007 35 49 52 7 中华人民共和国建设部 GB50007 2002 建筑地基基础设计规范 S 中国建筑工业出版社 2002 19 20 8 中国有色金属工业总公司 YSJ213 88 标准贯入试验规程 J 西 安交通大学出版社 1989 4 7 9 常士骠 工程地质手册 第三版 K 中国建筑工业出版社 1992 63 64 236 Discussion on the Relationship between Standard Penetration Blow Counts and Physical Mechanical Parameters of Foundation Soil LIU Hui Xuzhou Institute of Architectural Technology Xuzhou 221116 Jiangsu China Abstract According to a large number of standard penetration test and geotechnical test data for clay soil in Xuzhou area based on mathematical theory the relationship between standard penetration blow counts and physical mechanical indicators of clay soil is studied using regression analysis method and fitted with the corresponding regression equation in this paper The results show that there is a highly linear relation between physical mechanical parameters of clay soil and standard penetration blow counts Therefore physical mechanical parameters of clay soil can be determined by standard penetration blow counts with higher reliability The results can serve as a reference for establishing regional empirical formula Key words standard penetration blow counts foundation soil parameters linear regression 櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥櫥 relationship 上接第 61 页 Orthogonal Analysis on the Sensitivity of Stabilizing Factors of Red Clay Cutting Slope FANG Wei1 YANG Guo lin2 LIU Xiao hong2 1 School of Traffic and Transportation Engineering Changsha University of Technology Changsha 410076 China 2 School of Civil and Architectural Engineering Central South University Changs