双桥静力触探土层划分方法探讨
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双桥静力触探在软可塑土地区估算摩擦型、摩擦端承型单桩承载力的应用分析摘要:双桥静力触探在岩土工程勘察的应用非常广泛,其理论成果也相当成熟,对于岩土层划分,判定土类,估算土的塑性状态,或密实度、强度、压缩性、地基承载力、单桩承载力等。
本文结合工程实例对双桥静力触探试验成果在软可塑土地区估算单桩承载力方面的进行初步应用分析。
关键词:双桥静力触探、单桩承载力1.工作原理:1.1静力触探工作原理静力触探的工作原理:是用静力将探头以一定的速率压入土中,利用探头内的力传感器实现一系列的转换,土的强度—土的阻力—传感器的应变—电阻的变化—电压的变化—电压的输出—最后由电子仪器放大和记录下来。
探头使用前均率定,已建立探头压力与电信号之间的关系。
1.2锥头阻力与土的强度关系四种模型普列特尔型梅耶霍夫型别列赞采夫型魏锡克型1.3影响因素1.3.1土的种类土的颗粒不同,孔隙大小不一致,固结历史不同,形成不同的排水条件,产生不同的剪切效果。
1.3.2贯入速度贯入速度过快,不同种类的土对剪切速度及剪切排水条件产生的应力应变反应速度不同。
如软可塑粘性土:颗粒较细,土颗粒间的孔隙较小,水主要为结合水,贯入速度过快,土的应力应变反应速度较慢。
砂土:土颗粒较粗,颗粒间的排水条件较好,探头的贯入反应速度较好,灵敏度较高。
1.3.2设备因素探头的直径太小,对土体形成“刺入效应”,也不宜取得好的试验数据。
1.混凝土预制静压桩工作原理:使用大功率压桩设备将设计长度的工程桩压入设计选取的土层,通过压力表反应土的阻力,达到工程设计目的,其工作机理与静力触探工作机理基本一致。
3工程概述3.1拟建物概况(8+1F~18F)住宅、地下室(-1F)组成的居住建筑群体。
3.2场地岩土工程地质条件第①层杂填土:松散状~稍密状,揭露层厚0.20~1.80米。
第②层粉质黏土(Q4al):可塑状态。
,揭露层厚0.60~2.40米。
fak=90(kPa)第③层淤泥质粉质黏土(Q4al):流塑。
- 102 -工 程 技 术孔压静力触探是对静力触探测试技术进行改进得出的一种土层分类技术,该技术对土体的扰动较小,因此广泛应用于工程地质勘察。
目前,许多专家学者采用这项技术对工程地质进行勘察工作。
汪晔欢等[1]基于CPTU 贯入原理,对浅地层土体的剪切变形特性进行分析,结果表明,该技术可准确识别浅地层土体的地质特性和变形特性,可行性较高。
杜宇等[2]基于孔压静力触探测试技术,建立其测试参数,进行室内试验及原位试验,分析该方法的应用效果,结果表明,该方法在获取土层的上覆应力方面仍存在一定的不确定性。
林军等[3]以江苏地区土层为研究对象,进行孔压静力触探试验,对其土层进行分类,并将其试验结果与SBT 分类方法得出的结果进行对比,结果表明,该地区的土层以软土为主。
邱敏等[4]基于层次聚类算法,并结合孔压静力触探技术,对某地区土层进行分类划分,结果表明采用锥尖阻力、孔隙水压力作为划分参数对地层进行划分准确性较高。
苗永红等[5]基于模糊隶属度理论,进行CPTU 测试,对复杂土层界面的土体进行分类,结果表明,该技术可准确判断土层过渡层的具体位置。
本研究以某工程场地为研究对象,采用车载孔压静力触探测试系统对其地质情况及其土层分布规律进行勘测。
1 工程概况本研究以某工程场地为研究对象,采用美国Vertek-Hogentogler 公司车载孔压静力触探测试系统对地质情况及其土层分布规律进行勘测,该试验场地的土体相关力学性能指标见表1。
2 孔压静力触探基本原理及相关试验指标孔压静力触探(CPTU )是基于静力触探测试技术(CPT ),对其进行改进和发展得出的一种土层原位测试技术,这项技术通过探头锥尖处得出的土层试验指标,对试验指标进行换算,根据试验指标换算结果,对土层进行分类[6]。
CPTU 技术的探头主要包括探头、过滤器、压力传感器、椎体传感器、摩擦套管和侧斜仪等原件,其探头具有多功能、多参数测试的特点。
由于该技术对土体的扰动较小,因此广泛应用于工程地质勘察工作。
用双桥静力触探计算粘性土承载力的经验公式朱向东(华北地质勘查局综合普查大队 北京东郊开发区065201)摘 要 通过双桥静力触探资料与钻探资料的对比,提出了侧壁阻力与一般粘性土的塑性指数及液性指数的关系,在此基础上,统计出利用双桥静力触探资料确定一般粘性土承载力的经验公式。
关键词 锥尖阻力 侧壁阻力 承载力基本值 近年来,双桥静力触探已被普遍地应用到工程勘察工作中,诸如利用双桥静力触探划分地层界限、判断土的类别、确定桩端持力层、计算单桩承载力不仅方便,而且收到了令人满意的效果。
利用双桥静探资料确定地基土的承载力尚不尽人意。
目前在本地区还缺乏带有地区性的理想经验公式可依,选用国内其它勘察单位的一些单桥静力触探的经验公式不能充分发挥双桥静力触探的优点,为此,我们通过四年来积累的双桥静探资料与钻探资料对比,分别统计出了四个双桥静探资料计算粘性土承载力的经验公式,旨在利用双桥静力触探资料确定一般粘性土的地基承载力。
1 统计资料的地区范围、资料数量的分类的原则1.1 统计资料①的范围和资料数量统计资料样本数为508个,这些资料可分为两类,一类是在北京地区选取地层土质条件差异不大的场地,取各层土承载力基本值的平均值与静探分层的平均值对比,这类资料为307个点;另一类是同位孔(钻探孔与触探孔距不超过2.5m),这类孔主要根据高层建筑的要求布置的,同时亦有为查清土质条件在一般场地所布置的同位孔,这类资料为201个点。
统计资料的静力触探孔深度及钻孔取样深度一般为1.5~12.0m,部分探孔达到了22.0m,最深孔为25.5m。
1.2 分类的原则双桥探头能够同时反映锥尖和侧壁所受到的阻力,依据经验就可根据锥尖阻力与侧壁阻力的关系断定土的类别,区分土的塑性,找到侧壁阻力f s,与塑性指数I p之间的关系,通过建立多个回归方程,就能有效克服建立单一回归方程所造成的离散度高,相关系数低的不足。
统计工作以侧壁阻力f s=20为界限,从f s<20至f s≥120共分了7个组,坐标图和回归方程表明7个组可合拼为4个组,即将一般粘性土划分为4个范围:Ⅰ f s<20 Ⅱ 20≤f s<40Ⅲ 40≤f s<60 Ⅳ f s≥60Ⅰ类土一般为塑性指数I p<12(9~11为常见),状态多数为流塑的粘质粉土、饱和粉土:新近沉积土、淤泥质土。
静力触探测试原理方法及内业整理1 静力触探测试原理静力触探的工作过程是用静力将探头压到土层中去。
在贯入过程中,由于埋藏在地层中的各种土的物理力学性质不同,因此,探头遇到的阻力也不同,有的土软,阻力就小,有的土硬,阻力就大。
土的软硬正是土的力学性质的一种体表现。
所以贯入阻力是从一个侧面反应了土的强度。
根据这样一种内部联系,我们利用探头中的阻力传感器,将贯入阻力通过电子量测记录仪表把它显示和记录下来,并利于贯入阻力和土的强度之间存在的一定关系,确定土的力学指标,划分土层,进行地基土评价和提供设计所有需参数。
当静力触探的探头在静压力作用下,均速向土层中贯入时,探头附近一定范围内的土体受到压缩和剪切破坏,同时对探头产生贯入阻力。
一般的说,同一种土层中贯入阻力大,土层的力学性质好,承载力高。
反之,贯入阻力小,土层软弱,承载力低。
在生产中利用静力触探与土的野外载荷试验对比,或静力触探贯入阻力与桩基承载力及土的物理学性质的指标对比,运用数理统计的方法,可以建立各种相关方程(经验关系)。
这样,只要知道土层的贯入阻力即可确定该层土的地基承载力等指标参数。
静力触探主要由两部分组成:一是贯入系统—由加压装置及反力装置组成;二是量测系统—由装在探头中的阻力传感器和量测仪表组成。
2 静力触探的现场测试2.1 操作前的准备及注意事项1 数据记录系统操作前准备及注意事项1) 检查电源:如用外接电源时,必须检查确认是220V交流电时,如为电瓶等直流电源,需检查其直流电压为12V,方可接入静探微机。
打开开关检查微机显示是否正常,无异常情况后方可使用。
2) 检查发讯机:角机插座接好后,打开仪表,拨动发讯角机并检查静探微机是否有讯号接收。
3) 在开始工作前,操作人员必须填写测试孔号、日期、时间、测试探头编号等项,工作结束后记录测试深度。
2 现场操作前的准备及注意事项1) 作业前需了解工程类型、工程特点、可能的基础类型及埋深,孔位、孔深、测试目的。
双桥静力触探在非洲加蓬PO项目中的应用摘要简介静力触探测试技术在加蓬PO项目勘察中的应用,探讨如何应用双桥静力触探划分地层及提供岩土参数。
关键词双桥静力;锥尖阻力;承载力;侧阻力;地层0 引言随着我国在境外公路建设项目逐渐增多,公路地质勘察业务也随之广泛开展起来,在勘察过程中会遇到这种特殊性岩土,特别是在滨海平原地带,经常遇到软土路基和松软路基。
采取适合的勘察方法,快速、直接、准确的查明地层力学性质,成为顺利完成勘察任务的关键。
1 工程概况拟建项目Port Gentil~Omboue公路(简称PO项目)位于非洲加蓬共和国西南沿大西洋海岸的狭长地带,本项目起点位于Port Gentil南侧约22km,与Port Gentil~Mordorobe公路相接,终点位于OMBOUE环岛。
路线总体为向南偏东方向,跨越OGOOUE、NKOMI入河口及粉沙区,至Omboue南侧,设环岛,路线全长约91km。
2 主要地层概况根据前期全线挖探、钻探资料及天然断面判断,表层土主要由灰白色和褐黄色的细砂及中砂构成,局部路段呈粉砂状,局部因含有机质而呈灰色-灰褐色,表层一般会夹杂植物根系;除水塘、林地及长期浸水路段的表层有薄层混砂黏土外,浅部地层未发现黏性土。
该层一般厚10m~20m之间,大多数地段平均厚度约为15m。
本层处于浅部,主要影响路基及涵洞地基持力层及基础形式的选择,限于工程期限紧张,且路线走廊带交通条件极差,钻探设备搬运及其困难,如何能尽快查明浅部5m内松软砂层的岩土力学参数,成为最为紧要的工程问题,在此种情况下,静力触探成为最为适合的勘察方法。
3 静力触探简介静力触探试验即属于一种独立的勘探方式,也同时被划归为原位测试的一种,由于其轻便快捷,在公路工程地质勘察中较广泛的应用于软土和松软地层勘察中。
静力触探通过仪器自带的微处理器,对触探数据进行现场采集和存储,经过内业软件后期处理、自动成图和批量打印,实现全程电脑程序化。
双桥静力触探土层划分方法探讨郭凌峰李正东赖建坤(广东工业大学岩土工程研究所,广州510006)摘要:科学地进行地基土的力学分层,对于工程具有重要意义。
现有双桥静力触探土层划分是按分类图法对土类进行划分,没有实际划分具体过程,其物理力学内涵反映不够,也不便于更系统地分析及编程。
为此,针对双桥静力触探的土层划分问题,本文提出一种综合分析法;即基于模糊数学,对地基土实测数据先后进行力学性质分区和分类图法判别土类,再依照所选用的判定标准,通过模糊矩阵进行运算和归一化处理,以得到土层分区结果;该分析可利用自主开发的基于Fortran语言地基土分层程序进行。
在上述基础上,以广州南沙地区某软土地基处理项目作为案例,利用上述土层划分方法对静力触探数据进行分析计算,成功对目标测点土层进行了土类划分,表明了该法的可行性。
本文给出的双桥静力触探划分方法,简便易用且适应性强,便于一线工程技术人员应用。
关键词:地基土;双桥静力触探;模糊数学;土类分区;力学分层中图分类号:F224.5文献标识码:B文章编号:1674-2133(2016)04-05-07Study of cone penetration layer division methodGUO Ling-fengLI Zheng-dong LAI Jian-kun(Institute of geotechnical engineering,Guangdong University of Technology ,Guangzhou 510006,China)Abstract:Itisofgreatsignificancefortheengineeringtoscientificallycarryoutthelayeredsoilmechanics.Theconepenetrationofsoillayerpartitionisdividedaccordingtotheclassificationmethod,nottheactualdivisionofthespecificprocess,thephysicalandmechanicalnatureisnotenough,nottofacilitateamoresystematicanalysisandprogramming.Therefore,thesoilpartitioningproblemofconepenetrationtest,thispaperpresentsacomprehensiveanalysismethod;basedonfuzzymathematics,themeasureddataoffoundationsoilhasthemechanicalpropertiesofpartitionandclassificationmapcriterionofsoiltype,accordingtothecriteriaoftheselectedoperation,andnormalizedbythefuzzymatrix,inordertogettheresultsofpartitionofsoiltheanalysiscanbeused;theindependentdevelopmentoftheFortranlanguageprogrambasedonlayeredsoil.Onthebasisoftheabove,asoftsoilgroundtreatmentprojectinGuangzhouNanshaareaasacase,theCPTdatawereanalyzedusingthelayerdivisionmethod,thesuccessofmeasuringpointsofsoilclassification,showedthefeasibilityofthemethod.Theconepenetrationdivisionmethodisgiveninthispaper,easytouseandstrongadaptability,convenientapplicationoflineengineeringandtechnicalpersonnel.Keywords:Soil;conepenetrationtest;fuzzymathematics;soilmechanicshierarchicalpartition1引言近静力触探作为一种常用的原位测试方法,已经成为了工程中不可或缺的重要测试手段。
尤其是在地层复杂,土层灵敏度高而取土不方便时,使用静力触探进行对土层情况的勘察成为了一种可靠、有效而又节约成本的工作。
其中,依靠静力触探数据对土层进行分类划分,可以对实际工程提供许多便利。
然而,至今为止,国内仍鲜有人致力于双桥静力触探划分土层的研究。
双桥静力触探分层技术,较之单桥静力触探分层技术有明显优势,但也更复杂一些:(1)从精度而言,国际上不存在单桥式的静力触探。
作为中国特色,其成本较之双桥静力触探更低廉,但其精度欠佳,且数据单一。
而双桥静力触※本文获国家自然科学基金资助项目(No.51178122)资助。
作者简介:郭凌峰-建筑监督检测与造价SupervisionTestandCostofConstruction第9卷第5期2016年10月8探测试量为锥尖阻力q c和侧摩阻力f s,比单桥静力触探数据———比贯入阻力p s更全面,精度更高,且触探方式与国际相统一。
(2)从分层方法而言,单桥静力触探,由于数据形式单一,分层时,只需透过比贯入阻力与深度变化曲线图的变化情况,即可判断出每个深度范围内的土体分层情况。
但因为会产生较大误差,应用于土体分层时具有局限性;而双桥静力触探数据则并非透过简单的限定单一量值范围的方法来判断土层类别,通常需要配合相应的锥尖阻力q c和侧摩阻力f s量值间相互关系作为土层划分判据,使得分层判据综合性强,分层结果更准确。
综上所述,虽然双桥静力触探划分土层较之单桥静力触探划分土层的工作更为复杂,但由于其数据更为全面且精度更高,且得到国际认可,因而双桥静力触探用于土层划分工作的研究具有实际意义。
关于双桥静力触探划分土层的方法,虽有理论依据,但却没有具体的划分过程。
根据现有的总结性研究[1]可知,目前,利用双桥静力触探设备对土体进行分层的方法,可大致分为三类:经验目测法、分类图法以及越来越多的学者提出的统计分析方法。
如果从分层结果来分类,则可以将前人的工作分为两类:力学分层以及土类分层[2]。
前人的工作中,基本都只采用一种分层的方法,如采用经验目测法[3]和统计方法[4]对土层进行力学分层,或是直接对土层使用分类图法进行土类的划分[5]。
但无论何种方法都有各自的局限性,其中,力学分层只能按照土体的力学响应大致划分土层,而对于土层的类别则不可分辨;而利用分类图法进行土类划分则过大程度上依据已有的数据,但实际工程的可参考性并不能以偏概全。
且后一种方法没有给出具体划分土层的操作流程,也不便于编程。
本文工作是建立在前人的基础上,尝试先对土层进行力学分区,再结合模糊数学[6](仅作为一种运算方法)与分类图法进行土类划分。
以此为基础,试图整理并编写一套用双桥静力触探划分土层类别的流程,其重点在于确定双桥静力触探分层的具体实现方式,并利用Fortran语言进行编程,开发以该方法为核心的自动整合划分结果的双桥静力触探划分土层程序,简化双桥静力触探实际划分土层的工作,便于一线工程技术人员应用。
2分层方法基本思路该分层思路过程可划分为三个模块,即力学划分、土类判定、运算方法三个模块。
(1)首先,在力学划分模块中,利用双桥静力触探的实测数据绘制的深度变化图对土层进行分区。
(2)根据分区结果确定模糊矩阵的维度(本文运算模块已确定采用模糊综合评价法),结合各维度中各测点的实测数据间相互关系,依照所选用的判定标准,通过模糊矩阵进行运算和归一化处理。
最后确定出各分区土层的类别。
综上所述,该方法分为简单力学分层的初次分层,和结合模糊综合评价法的土类判定划分的二次分层两部分工作。
以下对该两部分工作具体内容进行展开介绍。
2.1初步分层———力学分层力学分层的主要内容是:根据同一类别土层力学性质上应具有相同趋势的原理,则在双桥静力触探所得的三个与深度相关的参数图中,应体现为曲线变化的区域性。
因此,可以初步根据q c、f s以及R f曲线的趋势进行土层力学分层。
其中,q c和f s分别是双桥静力触探的锥尖阻力和侧壁摩阻力,而摩阻比R f根据公式(1)进行计算。
R f=100×f s/q c(1)具体的划分方法参考付超[2]的工作,先根据q c 曲线的梯度过渡曲线段对土层进行划分,取每段过渡曲线中点并偏向数值较小一方0.1m处作一条虚线,作为层与层之间的间隔。
再利用类似的方法,根据R f曲线对土层进行补充划分。
这里由于f s曲线变化规律最不明显,在划分时,可仅采用q c和R f曲线进行土层的力学分层划分。
力学分层的结果是,将原土层利用虚线分隔的方式,按力学性质分成了多个组段。
2.2二次分层———土类划分二次分层工作是建立在力学分层基础上,对土层通过相关土层划分依据图(即分类图法)进行土类的划分,而使用过程中,为了使分层结果更清晰,采用模糊综合评价法帮助分析。
2.2.1结合模糊数学的分类图法分层(1)模糊元素阵建立因静力触探每0.1米可测得一个数值,故根据总测点数,组建深度集合,其中集合中每个元素为由浅到深依次排序的各测点深度:郭凌峰等:双桥静力触探土层划分方法探讨2016No.59D ={d 1,d 2…,d n }然后,根据深度依次建立对应深度的双桥静力触探锥尖阻力和摩阻比实测值向量Q 和R ,作为模糊输入阵:Q=[q 1q 2…q n ]T R=[r 1r 2…r n ]T(2)分类图法模糊评价集为了进行土层的分类划分,必须利用现有的土类划分标准,而这些标准,一般是通过大量实验数据统计得来。
本文引用铁道第四勘察设计院主编的《铁路工程地质原位测试规程》[7]中给出的分类图———双桥触探参数判别土类(原文中图10.5.5)作为区分土体类别的标准,结合孔压静力触探分类图[2]中判别软土的依据,并根据广东地区软土力学响应特征(比起湖北等地区,广东的软土强度普遍更低。
一般认为锥尖阻力q c 小于0.7MPa时,除砂土外,即是软土。
)对软土部分判别标准稍作修改,认为原判别属于粉土的区域中,满足q c 小于0.7MPa的区域也归入软土的范畴当中,其具体内涵如下所示:①当双桥静力触探锥尖阻力q c 和摩阻比R f 满足以下关系时,R f ≤0.1013q c +0.32认为土层属于沙土的范畴。