刻画静力触探Ps曲线平滑程度的指标—尖峰值A

刻画静力触探Ps曲线平滑程度的指标—
尖峰值|A|
摘要：通过大量的工程实例的静力触探数据分析，提出了一个新的指标：尖峰值|A|，用于刻画静探曲线的平滑/跳变程度。

对Ps曲线的平滑/摆动程度进行量化分析，为区分粘土、粉质粘土、粉土、粉细砂等不同类别的土性提供了更为准确的数值划分的依据。

Abstract: Based on the analysis of static penetration test data of a large number of engineering examples, a new index, peak value | A |, is proposed to describe the smoothness/jump degree of the static penetration test curve.The degree of smoothness/swing of Ps curve is quantitatively analyzed, which provides a more accurate basis for numerical pision of different types of soil properties such as clay, silty clay, silt and silty fine sand etc.
0前言
静力触探是岩土工程勘察中的重要原位测试手段之一，具有“深度准确、人为干预少、数值化”的优点，通常我们利用静探Ps-深度曲线，依据曲线的平滑或尖峰跳变程度进行粘土、粉质粘土、粉细砂、中粗砾砂等区别划分，依据Ps
值可以作进一步的状态区分，比如Ps<0.7Mpa的粘性土通常为软塑~流塑状的淤泥质土，而Ps值>3.0以上时通常为硬塑~坚硬状的更新统老粘土。

通常粘性土的曲线平滑、摆动较小，而砂性土则摆动大，Ps曲线显得尖锐，如下图1所示：
图1典型的PS曲线(Mpa)图2 静探txt文
件
对粘性土、砂性土的区分大多仅凭地勘人员的经验进行，具有较大的主观随
意性，有没有一个定量的刻画指标以指示粘土、粉质粘土、粉土、粉细砂等的区别？
1尖峰值|A|
本人经过大量工程实践的数据分析，提出了一个新的指标：尖峰值|A|，用
于刻画静力触探曲线的平滑/跳变程度。

以便对Ps曲线的摆动程度进行量化分析，为区分“粘土、粉质粘土、粉土、粉细砂”等不同类别的土性提供了数值划分的
依据。

尖峰值|A|：Peak value | A|
一种刻画Ps曲线平滑与跳变程度的指标，单位: Mpa/0.1m。

计算公式：
|A|=公式(1)
目前国内的绝大部分静探数据是以0.1m为单位，记录锥尖连续贯入的锥尖
摩阻力（Mpa为单位）。

如图2所示，以单桥数据为例，其记录的格式很简单，
用记事本打开TXT文件，从上往下每个数据即是一个锥尖记录，深度=行数*0.1m。

以锥尖阻力为横轴，深度为纵轴，绘制Ps曲线（如图1），所谓曲线的跳变
与平滑程度，可以用曲线中的每一小段(0.1m)的相邻数据的差值进行衡量（注意
此处的差值取绝对值），其差值越大，曲线摆动得越剧烈。

由于每二个数值代表
着相同的间隔，求每一小段的差值即相当于对该段曲线段进行微分求导，所得即
为该段的斜率。

若某层位（同一种土性）的上述差值进行累计平均，即可反映出
该层位的摆动程度。

2土类划分
经过对武汉及周边地区大量的静探数据按岩土勘察规范的方法进行分类统计
分析，得出不同土性的尖峰值|A|的统计数据如下表所示：
武汉及其周边地区静探尖峰值|A|统计表（单位：1.0 Mpa/0.1m）表1
注：本表采用了武汉经开区、汉口、东西湖区及洪湖新滩等多个场地的勘探数据
由上表可以看出，每种土性的|A|值变异系数小于0.30，表明了较高的区分可信度较高。

通过对平均值加减1~2倍的标准差，提出如下的划分区间建议值(单位：Mpa/0.1m)：
图3不同土性的|A|划分区间
以上图可知，如粘土的|A|值区间为：(0.15,0.45]，粉质粘土：
(0.45,0.90]，粉土： (0.90,1.50]，粉细砂：(1.50,3.0]，中粗砾砂则>3.0。

用数值从大到小依次为：中粗砾砂>粉细砂>粉土>粉质粘土>粘土>淤泥质土，刻画了Ps曲线摆动程度的大小。

这样的排列次序和土类中的硬质颗粒含量多少
及粒径大小是完全相符的。

3程序实现
下面利用VBA语言(Visual Basic for Applications嵌固在EXCEL中软件)
编写的尖峰值计算函数，主程序按层位读取数据库中静探数据，然后调用SharpA
函数即可以计算每个层位的尖峰值|A|。

采用VBA语言编写的函数SharpA()如下：
Public Function SharpA(ByRef A() As Single, ByVal n As Integer) As Single
'' A() 是数组，存放某个层位的静探数值，下标从1开始，n是数组中元素
个数。

Dim i As Integer
Dim Sum As Single
If n < 2 Then ''若只有0个或1个数值，则不存在尖峰。

SharpA = 0
Else ''下面的是积分算法，计算数值突变的大小。

Sum = 0
For i = 1 To n - 1
Sum = Sum + Abs(A(i + 1) - A(i)) ''Abs()是求绝
对值。

Next i
SharpA = Sum / (n - 1) ''返回函数值。

End If
End Function
通过以上的代码可以看出，按(公式1)，程序的实现算法较为简单，主程序使用该函数时，需先按分层将静探数据准备到一个数组中，比如存放在数组A(1 to n)中，然后按如下格式进行函数调用： LayA= SharpA(A,n) 即将该层的|A|值赋值给变量LayA以供统计使用。

对某些特殊的情况，若某层中只有一个静探数据时，其|A|值定义为0。

4结语
静探数据尖峰值|A|是在国内岩土工程界首次提出的概念，其数值大小是刻画Ps曲线的摆动程度的定量化依据，有助于地勘人员更为准确地把握层位划分及其岩土定名。

参考文献：
1、《土力学》陈仲颐周景星王洪瑾，清华大学出版社 ISBN 7-302-01380-2/TU.83
2、《AutoCAD VBA开发基础与实例教程》张帆主编中国电力出版社 ISBN 978-7-5123-4103-6
3、《东西湖区都市田园综合体 2019 年度项目》湖北省神龙地质工程勘察院有限公司2020-8
4、《武汉开发区新滩新区曾家沟明渠项目》湖北省神龙地质工程勘察院有限公司2018-5。