基于静力触探估算粉土物理力学性质指标的方法.pdf
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1、针对粉土类取样和制样难度较大的土层,文章利用静力触探(c o n ep e n e t r a t i o nt e s t,C P T)比贯入阻力ps数据,结合地区经验确定土层物理力学性质指标,通过收集整理安徽省淮北平原 余份工程勘察资料,统计计算淮北平原地区粉土ps值的算术平均值、厚度加权平均值和最小平均值,分析ps值种统计平均值与各常用物理力学性质指标的统计学特征和相关性,并逐一进行回归拟合分析和检验.结果表明:安徽淮北平原粉土ps值种统计平均值的统计学特征无显著差异,而各物理力学性质指标的统计学特征各异;相应地,种统计平均值与各指标之间的相关性和拟合回归效果也差异明显;除含水率等含水状
2、态指标外,种统计平均值与其余各常用物理力学性质指标具有高度相关性,回归拟合效果良好;ps值最小平均值与各主要物理力学性质指标的相关性最高,回归拟合效果最优.经显著性检验后,文中建议对于淮北平原粉土,可采用比贯入阻力最小平均值,按照文中建立的回归方程确定主要物理力学性质指标.关键词:静力触探(C P T);比贯入阻力;物理力学性质指标;粉土;安徽淮北平原;经验公式中图分类号:TU ;TU 文献标志码:A文章编号:()M e t h o d f o r e s t i m a t i n gp h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t
3、 i e s i n d e x e s o f s i l t b yC P TWUD a o x i a n g,GUOJ i a c h e n g,Y EL e i,Z HAO H u a h o n g,WUL e i l e i,(S c h o o l o fR e s o u r c e s a n dE n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g,H e f e iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,H e f e i ,C h i n a;A n h u iT r a n s p
4、 o r tC o n s u l t i n ga n dD e s i g nI n s t i t u t eC o,L t d,H e f e i ,C h i n a;R e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n tC e n t e ro nT e c h n o l o g ya n dE q u i p m e n t f o rE n e r g yC o n s e r v a t i o na n dE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o no fH i g h w a yT r a n s
5、p o r t,H e f e i ,C h i n a)A b s t r a c t:I nv i e wo f t h e f a c t t h a t s i l t i s ak i n do f s o i l l a y e rw i t hg r e a t d i f f i c u l t y i ns a m p l i n ga n ds a m p l ep r e p a r a t i o n,c o n ep e n e t r a t i o n t e s t(C P T)w a s a p p l i e d t od e t e r m i n i n
6、 g t h ep h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s i n d e x e so f s o i l l a y e rc o m b i n e dw i t hr e g i o n a l e x p e r i e n c e s M o r et h a n g e o t e c h n i c a l e n g i n e e r i n g i n v e s t i g a t i o nd a t ao fH u a i b e iP l a i no fA n h u iP r o v
7、 i n c ew e r ec o l l e c t e d,a n dt h ea r i t h m e t i ca v e r a g e,t h i c k n e s sw e i g h t e da v e r a g e a n dm i n i m u ma v e r a g eo f s p e c i f i cp e n e t r a t i o nr e s i s t a n c e(ps)o f s i l t ys o i l s i nH u a i b e iP l a i na r e aw e r e s t a t i s t i c a l
8、 l yc a l c u l a t e d T h e n,t h e s t a t i s t i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f t h e s e t h r e e s t a t i s t i c a l a v e r a g e sa n dc o mm o np h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s i n d e x e sa sw e l l a s t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e m
9、w e r ea n a l y z e d,a n dr e g r e s s i o nf i t t i n ga n a l y s i sa n dt e s t sw e r ec a r r i e do u to n eb yo n e T h er e s u l t ss h o wt h a t t h e r e i sn os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e i n t h e s t a t i s t i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f t h e s e t h r
10、e e s t a t i s t i c a l a v e r a g e s,b u t t h es t a t i s t i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f t h ep h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s i n d e x e sa r ed i f f e r e n t;a n da c c o r d i n g l y,t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e s e t h r e es t a
11、t i s t i c a l a v e r a g e sa n de a c h i n d e xa n dt h er e g r e s s i o nf i t t i n ge f f e c ta r ea l s os i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t;e x c e p t f o rw a t e rc o n t e n ta n do t h e rm o i s t u r ec o n d i t i o n i n d e x e s,t h e s e t h r e e s t a t i s t i c a
12、 l a v e r a g e s a r eh i g h l yc o r r e l a t e dw i t ho t h e r c o mm o n l yu s e dp h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s i n d e x e s,a n dt h er e g r e s s i o nf i t t i n ge f f e c t i sg o o d;t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h em i n i m u ma v e r a g
13、eo fpsa n dt h em a i np h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e si n d e x e si st h eh i g h e s t,a n dt h er e g r e s s i o nf i t t i n ge f f e c t i st h eb e s t B a s e do nt h es i g n i f i c a n c et e s t s,i t i ss u g g e s t e dt h a t t h em i n i m u ma v e r a g eo
14、 f s p e c i f i cp e n e t r a t i o nr e s i s t a n c e c a nb eu s e d t od e t e r m i n e t h em a i np h y s i c a la n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s i n d e x e so f s i l t ys o i l s i nH u a i b e i P l a i no fA n h u i P r o v i n c e a c c o r d i n g t o t h e r e g r e s s
15、 i o ne q u a t i o n se s t a b l i s h e d i nt h i sp a p e r K e yw o r d s:c o n ep e n e t r a t i o n t e s t(C P T);s p e c i f i cp e n e t r a t i o nr e s i s t a n c e;p h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t y i n d e x;s i l t;H u a i b e iP l a i no fA n h u iP r o v i n
16、 c e;e m p i r i c a l f o r m u l a岩土体物理力学性质指标是岩土工程分析评价和设计计算的基础,室内土工试验是获取岩土体物理力学性质指标的基本方法之一,但由于试验周期、取样扰动及数量限制等问题,工程中很多时候也需要一些其他快速、有效的确定方法,特别是对于粉土等取样和制样难度较大的土层,更是如此.静力触探(c o n ep e n e t r a t i o nt e s t,C P T)作为一种使用最广泛的原位测试方法,具有测试连续、快速、精度高等特点,在工程中常被用于确定土体各类性质参数和指标 .利用C P T确定土体物理力学性质指标的可靠性和适用性得到了广
17、泛的认可,在很多规范、手册中都列有相关规定 .粉土工程性质介于砂土和黏性土之间,具有黏聚力低、成型质量差、渗透性好、保水性 差等特点.研究人员对不同地区粉土的工程性质做了大量的研究工作.文献 对江苏徐宿地区粉土进行研究,提出加固方法;文献 对上海大量工程数据进行统计,分析浅层粉土渗透性与各项土体参数的关系;文献 对昆明盆地粉土的物理力学性质进行分析,探讨区域性粉土的特性及工程应用;文献 对比研究黄河冲积粉土不同密实度、含水率对粉土力学性质的影响;文献 在部分排水条件下对丹麦北部地区粉土进行C P T试验,探讨测试成果与相对密度等指标的关系;文献 利用C P T研究排水条件对不同细粒含量液化土层
18、的工程性质和液化潜力的影响.上述研究结果表明,不同地区的粉土具有区域性特点,利用C P T对区域性粉土的物理力学性质指标进行分析和确定具有重要的研究意义和工程应用价值.安徽省淮北平原位于安徽省最北端,包括亳州市、淮北市、阜阳市、宿州市以及淮南市和蚌埠市部分地区.淮北平原是黄河、淮河泛滥作用形成的冲积平原,地势平坦开阔,由丰厚的第四纪堆积物组成,呈典型的堆积性地貌景观,仅分布少量低山、丘陵 ;地表普遍分布厚层黏性土、粉土及砂土等土层,C P T在该区得到普遍应用,积累了大量的数据和丰富的经验.粉土在该区分布广泛,厚度和埋藏深度不一,状态和性质变化也较大,是该区主要第四系土层之一.本文收集整理安徽
19、省淮北平原 余份工程勘察资料,对收集的研究区粉土C P T和室内土工试验数据进行统计分析和回归拟合,建立两者之间的经验公式,以期提高勘察效益、为该区工程建设提供参考.静力触探数据统计分析 数据来源与分布本文收集的工程资料来源于安徽省内几家大型勘察设计单位,数据资料可靠.经整理,共取得可供分析研究的工程 余项,分布在阜阳、亳州、淮北等淮北平原各区县,涵盖整个安徽淮北平原地区,确保研究成果具有较好的代表性和地区适用性.数据统计计算及统计学特性 异常数据剔除采用文献 的方法剔除异常数据:将比贯入阻力ps值由小到大以MP a为区间划分为若干个区段,每个区段内土体的状态和工程性质较为接近,对 各 分 段
20、 测 试 值 进 行 频 数 分 析,设 置 的置信区间,剔除超出此置信区间的数据.实际操作表明,该处理方法能有效提高拟合效果.数据统计计算方法单桥C P T的测试参数为ps,在统计计算和分析时,应根据土层厚度及其工程特性选择适宜的ps值统计计算方法.本文分别统计计算研究区粉土ps值的算术平均值ps;s、厚度加权平均值ps;h和最小平均值ps;m i n ,将其与粉土的常用物理力学性质指标建立经验公式,并对拟合结果进行比对,探讨不同统计计算方法在该地区的适用性,最后对回归公式进行显著性检验.ps值与常用指标的统计学特征研究区粉土ps值及其常用物理力学性质指标的统计学特征见表所列,如图所示.)安
21、徽淮北平原粉土ps值的种统计平均值均呈正偏态分布,其频率分布、离散程度等都非常接近,变异系数为 ,表明其统计学特征无显著差异.第期吴道祥,等:基于静力触探估算粉土物理力学性质指标的方法)从 统 计 数 据 看,研 究 区 粉 土 的w在 之间,平均值为 ,绝大部分介于 之间,湿度状态为“湿”;含水率w、液限wL、塑限wP等含水性指标的分布均较为集中,其中,w、wL近似呈正态分布.)研究区粉土孔隙比e介于 之间,平均值为 ,绝大部分小于 ,密实度为“密实”.粉土与黏性土的物质成分及工程性质差异较大,密实度对其工程性质的影响较大,从统计数据看,研究区粉土的力学性质指标黏聚力c、内摩擦角和压缩模量E
22、s等,它们的分布主要集中在较大值区间,呈典型的负偏态分布,如c介于(,k P a的 占 比 超 过,而 介 于(,k P a占比则仅为 左右.表研究区粉土ps值、常用物理力学性质指标的统计学特征统计项目参数单位样本数最小值最大值平均值标准差方差变异系数ps算术平均值MP a ps厚度加权平均值MP a ps最小平均值MP a 含水率 液限 塑限 液限指数 塑性指数 孔隙比 重度k N/m 黏聚力k P a 内摩擦角 压缩模量MP a 压缩系数MP a 合肥工业大学学报(自然科学版)第 卷图研究区粉土ps值、常用物理力学性质指标频率分布直方图压缩系数a与Es存在倒数关系,其分布主要集中在小值区间
23、,在 M P a的占比超过 ,呈典型正偏态分布;与密实度高度相关的另一个物理性质指标也呈现类似规律,在(,k N/m的 占 比 超 过 ,而 在(,k N/m的占比不到 ,呈正偏态分布.C P T估算物理力学性质指标方法研究 ps值与常用指标间的相关性分析在对两变量进行回归拟合、建立经验公式之前,需要衡量和评价两变量之间是否具有相关性及相关程度.本文通过S P S S软件对淮北平原粉土ps值种统计平均值与常用物理力学性质指标相关性进行分析,结果见表所列.)研究区粉土ps值种统计平均值与各含水状态指标,如w、wL、wP、IL和IP等的P e a r s o n相关系数|r|均较小,相关性弱.)研
24、究区粉土ps值种统计平均值与e、等物理性质指标,以及c、a和Es等力学性质指标的相关系数|r|都较大,均大于 ,且与这些指标的显著性P均为,表明ps值种统计平均值与这些物理力学性质指标呈高度相关.表研究区粉土ps值种统计平均值与常用物理力学性质指标相关性分析结果物理力学性质指标ps值统计平均值P e a r s o n相关系数|r|显著性(双尾)P物理力学性质指标ps值统计平均值P e a r s o n相关系数|r|显著性(双尾)Pps;s ps;s wps;h ps;h ps;m i n ps;m i n ps;s ps;s wLps;h cps;h ps;m i n ps;m i n p
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- 基于 静力 估算 土物 力学 性质 指标 方法
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