长江三角洲软土原位试验结果相关性分析

长江三角洲软土原位试验结果相关性分析杨军红1,熊　磊2(1.湖北省京珠高速公路管理处,武汉　430056;2.湖北省三峡翻坝高速公路建设指挥部,湖北宜昌　443007)摘　要:通过长江三角洲入海口软土的静力触探试验和十字板剪切试验结果的对比分析,表明不排水抗剪强度Cu 与比贯入阻力Ps存在明显的线性相关关系;利用Cu2Ps的密切相关性,通过连续测定土层的静力触探试验成果,可以获得供工程设计使用的连续土层的强度力学参数,大大减少勘察工作量,节约勘察成本。

关键词:静力触探试验,十字板剪切试验,比贯入阻力Ps,不排水抗剪强度Cu,相关性中图分类号:TU413 文献标识码:B 文章编号:100423152(2010)01200792031　引言静力触探试验与十字板剪切试验是软土地区最常用、最有效且最成熟的测试方法,在工程建设中有着广泛的应用。

静力触探试验是将静力触探标准规格的圆锥形探头采用匀速的静压力压入测试土层中,测得土层对探头随深度变化的连续贯入阻力,从而获得土的力学指标参数的一种原位测试方法。

静力触探试验能快速、连续、准确地获取土体工程性质参数。

十字板剪切试验是将标准十字板探头插入土层测试位置,然后以一定的速率扭转,量测土体剪切破坏时的最大扭矩,从而获得土的不排水抗剪强度。

十字板剪切试验在我国沿海软土地区被广泛应用。

工程勘察和设计表明,静力触探试验和十字板剪切试验是适合于软土地层勘察和获得强度力学参数的最为可靠的原位测试手段之一。

本文将对长江三角洲入海口30m深度范围内的土层典型静力触探试验和十字板剪切试验成果进行相关性分析,得到比贯入阻力与不排水抗剪强度之间的关系。

2　工程地质条件上海长江口位于长江三角洲冲积平原的东南前缘,成陆较晚。

试验场地位于长江入海口陆域范围,跨随塘河,根据上海市地貌类型划分图,随塘河以北地貌类型为潮坪相,随塘河以南地貌类型为河口、砂嘴、砂岛。

工程勘察结果表明,90.20m深度范围内均为第四纪松散沉积物,属全新世Q4～上更新世Q3以来的河口、滨海、浅海、沼泽相沉积层,自上而下主要由饱和粘土、粉土以及砂土组成,一般具有成层分布特点。

3　试验成果分析3.1　试验仪器及试验方法本次试验中静力触探试验采用数据采集自动记录,记录仪型号为J C-X3,为防止孔斜,当孔深大于30.0m时,采用护管分段贯入。

十字板剪切试验采用50mm×100mm板头,数据采集自动记录,记录仪型号为J C-X3。

试验点间距为1.0m～2.5m,试验前分别对静力触探和十字板探头进行率定。

以代表性的四组静力触探和十字板剪切试验结果进行对比分析,为减少试验中土层变化产生的误差以及保证试验的可比性,静力触探试验和十字板剪切试验孔位间距约为1.5m～2.0m。

本文分别对四组试验结果采用一元线性回归分析,得出二者之间的关系。

3.2　试验成果分析一元线性回归分析采用最小二乘法进行数据处理。

一元线性回归曲线方程y=a+bx,则由最小二乘法原理解得a=1n∑ni=1y i-b×1n∑ni=1x i(1) b=∑ni=1x i y i-1n(∑ni=1x i)×(∑ni=1y i)∑ni=1x2i-1n(∑1i=1x i)2(2)　收稿日期:2009210205　作者简介:杨军红,男,1978年生,工程师,2001年毕业于湖北工学院土木工程专业。

假设不排水剪切强度Cu 与比贯入主力Ps 的一元回归方程为Cu =a +b ×Ps 。

由最小二乘法分别求得四组比贯入主力Ps 与不排水剪切强度Cu 关系曲线,分别见表1。

表1　一元线性回归参数组别参数值a b相关系数r孔1#-34.1440.07940.9048孔2#9.59040.04290.9090孔3#-0.08320.05430.9015孔4# 5.05050.05330.9060综合3.62260.04840.7354Cu 与Ps 相关关系如图1至图5所示,在单孔对比试验中,不排水剪切强度Cu 与比贯入阻力Ps 的线性相关性非常好,相关系数分别为r 1=0.9048、r 2=0.909、r 3=0.9015、r 4=0.906。

在单孔对比试验中,孔距较近消除或减少了因土层的土性变化引起的误差,使试验更具有可比性,试验结果分析可靠。

试验结果分析表明,Cu 与Ps 成良好的线性关系,在实际工程应用中可参照静力触探试验来确定土体的不排水抗剪强度,但不同的孔的Cu 与Ps 关系曲线具有一定的差异,说明不同的土层性质直接影响着Cu 与Ps 变化关系。

因此,Cu 与Ps 关系曲线应根据同一个孔中的静力触探试验配以少量的十字板剪切试验来确定以保证不排水抗剪强度的可靠性。

根据统计四个孔的散点图以及Cu2Ps 关系曲线可见,Cu 与Ps 依然保持良好的线性对应关系,相关系数为r =0.7354。

由此可见,统计的Cu 2Ps 关系曲线的相关性较单孔中的差,因为各个孔中的关系曲线各不相同,而在统计结果中,将各孔的Cu 2Ps 关系曲线的相关性趋同,使得各点距曲线的偏差增大,因而,统计结果中相关性会较同一孔中的小。

因此,采用同一孔中确定的Cu 2Ps 关系曲线能更准确的通过静力触探试验确定土的不排水抗剪强度。

图1　孔1#Cu 与Ps 散点图与回归曲线图2　孔2#Cu 与Ps 散点图与回归曲线图3　孔3#Cu 与Ps 散点图与回归曲线图4　孔4#Cu 与Ps 散点图与回归曲线图5　工区Cu 与Ps 散点与回归曲线统计图4　讨论与结论应用静力触探试验确定土的不排水抗剪强度,目前已成为国内外众多工程界和相关科研单位的共识。

不同地区的经验公式[1～4]见表2。

表2　不同地区软土Cu 2Ps 一元线性回归方程试验地点一元线性回归方程适用范围(MPa )武汉、宁波Cu =0.0696Ps -0.00270.3≤Ps ≤1.2上海、广州Cu =0.0543Ps +0.00480.1≤Ps ≤0.8上海宝山、宁波、杭州、肖山、南京、芜湖以及湖北等地Cu =0.05Ps +0.0016Ps ≤1.5天津塘沽Cu =0.05Ps Ps ≤1.2天津塘沽Cu =0.0308Ps +0.0040.1≤Ps ≤1.5云南滇池Cu =0.057Ps +0.0000308土　工　基　础 2010　可以看出,Cu 2Ps 关系曲线相关性良好,但不同地区的Cu 2Ps 对应关系曲线差异显著,表现出受土层性质差异的影响非常明显,与本文试验结果相一致。

十字板不排水抗剪强度Cu 与静力触探比贯入阻力Ps 具有明显的线性关系,但不同的土层性质对Cu 2Ps 的关系曲线有显著的影响,在同一个孔中Cu 2Ps 关系曲线有着明显的线性相关性,十字板剪切试验仅能测定土层垂直方向的不连续的不排水抗剪强度Cu ,而通过静力触探试验则可以推算出土体连续的不排水抗剪强度Cu ,能够反映土层的连续的力学变化规律。

通过静力触探比贯入阻力Ps 和极少量十字板剪切测试结果确定连续土层不排水抗剪强度Cu 是可行的,由此减少勘察工作量和成本。

参考文献[1]　李承海,张德波.广州南沙软土十字板剪切强度与比贯入阻力的对比试验分析[J ].人民珠江,2004,No2[2]　吴占寿,刘惊玲.深圳湾近岸软土静力触探与十字板剪切试验成果相关分析[J ].岩土工程技术,1998,No3[3]　孟高头.土体工程勘察原位测试及其工程应用[M ].北京:地质出版社,1992[4]　(D G J08-37-2002、J 10206-2002)上海市建设规范,岩土工程勘察规范[S].Analysis of Correlation of Situ 2test R esults in the Yangtze DeltaYAN G J un hong ,XION G Lei(1.Hubei Provincial Jingzhu Expressway Administrative Division ,Wuhan Hubei 430056,China ;2.Hubei Provincial Fanba Expressway Construction Headquarters ,Y ichang Hubei 443007,China )Abstract There is the linear correlation for the undrained shear strength and the penetration by analysis of Static Cone Penetra 2tion Test and Vane Shear Test in estuary of the Yangtze delta.the mechanical parameters of stratum was got by using the Stat 2ic Cone Penetration Test result combined wiht Cu 2Ps ’s relationship ,and the task of investigation and costs greatly was re 2duced.K ey w ords static Cone Penetration Test ,Vane Shear Test ,specific penetration resistance ,undrained shear strength ,correla 2tion(上接第78页)Application of MC 24C Nuclear Density G auge in E arth Filling in AngolaL I Min(Guangxi Hydroelectric Construction Bureau ,Nanning 530001,China )Abstract It was the MC 24C nuclear density gauge to satisfy the requirement of rapid testing and test accuracy of in 2situ com 2pactness testing of the industrial part engineering in Angola.Its theory ,reasons and methods of adjustment of apparatus were analyzed ,then some key points of its application were emphasized to ensure the rapid testing ,the construction quality control and the rapid construction of large 2size machine.K ey w ords nuclear density gauge ,earth filling ,compactness ,testing ,quality control18　第1期 杨军红等:长江三角洲软土原位试验结果相关性分析。