岩土强度参数选取方法研究及工程应用.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 4.0 2 6岩土强度参数选取方法研究及工程应用贾 刚(中国建筑材料工业地质勘查中心安徽总队,合肥2 3 0 0 8 8)摘 要:为解决岩土勘察中强度指标的确定问题,以肥东县牌坊乡赵坊新村安置小区岩土工程勘察为研究背景,在分析场区岩土工程地质特征的基础上,采用室内试验和原位测试的方法获取各层土体的力学强度参数,并运用数理统计方法对各层土的力学指标进行处理,研究力学强度参数的概率密度分布,用于指导实际岩土工程强度参数的确定。结果表明,基于各土层的强度指标统计结果及概率密度曲线分析,表明各土层的土体性质较为均匀,强度参数变化稳定,空间变异较小,可将黏聚力和内摩擦指标作为岩土强度特性评价的基础参数;对静力触探试验比贯入阻力与室内土工试验内摩擦角和黏聚力建立拟合关系表明,静力触探试验比贯入阻力与室内土工试验内摩擦角和黏聚力均具有良好的线性拟合关系,且拟合系数R2均大于0.9 0。关键词:岩土强度参数;黏土;比贯入阻力;内摩擦角;黏聚力R e s e a r c ho nt h eS e l e c t i o nM e t h o do fR o c ka n dS o i l S t r e n g t hP a r a m e t e r sa n dI t sE n g i n e e r i n gA p p l i c a t i o nJ I AG a n g(A n h u iH e a d q u a r t e r so fC h i n aB u i l d i n gM a t e r i a l s I n d u s t r yG e o l o g i c a lS u r v e yC e n t e r,H e f e i 2 3 0 0 8 8,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m o fd e t e r m i n i n gt h es t r e n g t hi n d e xi ng e o t e c h n i c a ls u r v e y,b a s e do nt h eg e o t e c h n i c a l s u r v e yo fZ h a o f a n gN e wV i l l a g eR e s e t t l e m e n tC o mm u n i t y,M e m o r i a lA r c h w a yT o w n s h i p,F e i d o n gC o u n-t y,a n do nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h eg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h es i t e,t h e m e c h a n i c a ls t r e n g t hp a r a m e t e r so f e a c hl a y e ro f s o i lw e r eo b t a i n e db y i n d o o r t e s t sa n di n-s i t ut e s t.A n dt h em e c h a n i c a l i n d e x e so fe a c hl a y e ro f s o i lw e r ep r o c e s s e db yt h em a t h e m a t i c a l s t a t i s t i c sm e t h o dt os t u d yt h ep r o b a b i l i t yd e n s i t yd i s t r i b u t i o no ft h em e c h a n i c a l s t r e n g t hp a r a m e t e r s,w h i c hu s e dt og u i d e t h ed e t e r m i n a t i o no f a c t u a l g e o t e c h n i c a l s t r e n g t hp a r a m e t e r s.T h er e s u l t ss h o wt h a tb a s e do nt h es t a t i s t i c a lr e s u l t so fs t r e n g t hi n d i c a t o r sa n dp r o b a b i l i t yd e n s i t yc u r v ea n a l y s i so fe a c hs o i l l a y e r,t h es o i l p r o p e r t i e so f e a c hs o i l l a y e ra r er e l a t i v e l yu n i f o r m,t h ec h a n g e s i ns t r e n g t hp a r a m e t e r sa r es t a-b l e,a n dt h es p a t i a l v a r i a t i o n i ss m a l l.T h ec o h e s i o na n d i n t e r n a l f r i c t i o ni n d i c a t o r sc a nb eu s e da st h eb a s i cp a r a m e t e r sf o re v a l u a t i n gt h es t r e n g t hc h a r a c t e r i s t i c so f r o c ka n ds o i l.T h ee s t a b l i s h m e n t o f a f i t t i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es 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 eo f s t a t i cp e n e t r a t i o nt e s t a n dt h e i n t e r n a l f r i c t i o na n g l e&c o h e s i o no f i n d o o r s o i l t e s t s i n d i-c a t e s t h a t t h e r e i sag o o d l i n e a r f i t t i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es 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 eo f s t a t i cp e n e t r a t i o nt e s ta n dt h e i n t e r n a l f r i c t i o na n g l e&c o h e s i o no f i n d o o rs o i l t e s t s,a n dt h e f i t t i n gc o e f f i c i e n t sR2a r ea l l g r e a t e r t h a n0.9 0.K e yw o r d s:s t r e n g t hp a r a m e t e r so f r o c ka n ds o i l;c l a y;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;i n t e r n a l f r i c t i o na n g l e;c o h e s i v e f o r c e收稿日期:2 0 2 3-0 2-2 5.作者简介:贾 刚(1 9 8 8-),工程师.E-m a i l:1 2 4 2 3 9 1 8 0 9q q.c o m岩土强度参数是岩土工程设计的重要输入参数,是定量描述、评价土体承载力和变形稳定性的重要部分,因此在岩土工程勘察中,岩土强度参数的确定是最为重要的工作内容1。其确定方法一般是在室内试验成果和原位测试成果的基础上,采用数理统计的方法进行处理和选取2。然而,岩土体在漫长地质形成进程中,受到历史成因环境以及地质应力、人类活动等因素的影响,其力学性质表现出明显的空间变异性、随机性和各向异性,室内试验采用单点取样的方法对于认识岩土体的强度特性存在明显缺陷3,4。基于概率统计501建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期的研究方法,综合室内土工试验方法和原位测试方法获得强度参数,则提供了岩土强度参数获取的新途径。1 工程概况肥东县牌坊乡赵坊新村安置小区位于合肥市肥东县牌坊乡,圣泉中学北侧,店白路东侧。该项目总用地面积为4 68 6 2.1 7m2(合计7 0.2 9亩),总建筑面积为1 3 13 3 7.0 0m2(其中:地上建筑面积1 0 47 3 7.0 0m2,地下建筑面积2 66 0 0.0 0m2)。地处中纬度地带,位于江淮之间,全年气温冬寒夏热,春秋温和,属于暖温带向亚热带的过渡带气候类型,为亚热带湿润季风气候。年平均气温1 5.6,降雨量近10 0 0mm,日照20 0 0多个小时。2 场区岩土体工程地质特征建筑物场地大地构造单元属中朝准地台(华北地台)东南端,二级构造单元属江淮台隆。区域地层基底为太古代霍邱群变质岩,向上为中新生代红色沉积岩(红层),为碎屑岩,岩性主要为粉砂质泥岩、砂岩、粉砂岩、砾岩等,表面多被第四系沉积物覆盖,主要为粘性土、粉土、砂土等5。场地地貌分区属江淮波状平原地貌单元,场地西侧为村庄(部分已拆迁),场地中间为一人工围砌养鱼塘。场地内分布数个水沟。拟建场地总体地势西高东低(地面高程一般为2 9.1 23 6.6 5m,最大高差7.5 3m)。由外业钻探揭露以及原位测试资料可知,场区钻探深度范围内的岩土层主要由4层组成,分别为层杂填土(Qm l)、层粉质黏土(Qa l+p l4)、层黏土(Qa l+p l3)和层黏土(Qa l+p l3),以上各土层地层分布及厚度变化如表1所示。表1 场地地层厚度、埋深及标高统计层号厚度/m最小值最大值平均值层底标高/m最小值最大值平均值埋深/m最大值最大值平均值层杂填土0.64.41.4 22 8.1 33 4.3 43 1.6 40.64.41.4 2层粉质黏土0.71.30.9 82 7.2 23 3.0 23 0.0 91.93.02.3 4层黏土1.43.92.7 62 5.0 23 0.8 42 8.6 92.47.84.3 7层黏土未揭穿,最大钻遇2 9.5m 对场区层粉质黏土、层黏土和层黏土进行取样和室内土工试验,测试结果如表2所示。从表2可以看出,层粉质黏土、层黏土和层黏土的含水率和孔隙比较为接近,含水率的范围为2 3.4%2 4.9%,孔隙比的范围为0.6 4 40.6 8 2,层黏土和层黏土的液限和塑限相近,且较层峰值黏土的液限和塑限大。表2 物理性质指标统计岩土名称数据个数统计项目含水率W/%重度/(k Nm-3)孔隙比e0液限WL/%塑限WP/%塑性指数IP液性指数IL层粉质黏土7平均值2 4.9 01 9.5 70.6 8 23 1.8 01 7.7 01 4.1 00.4 5层黏土3 4平均值2 4.1 02 0.0 00.6 6 54 3.5 02 1.8 02 1.6 00.1 0层黏土7 2平均值2 3.4 02 0.1 50.6 4 44 4.9 02 2.2 02 2.7 00.0 53 场区岩土体强度参数统计及概率密度分布在场区的岩土工程勘察室内土工试验中,共收集到层粉质黏土数据7个,层黏土3 4个和层黏土7 2个;在场区静力触探试验中,收集到比贯入阻力参数层粉质黏土数据7个,层黏土3 0个和层黏土3 0个。采用式(1)式(3)进行参数的平均值、标准差和变异系数计算6-9。m=ni=1i/n(1)f=1n-1ni=12i-ni=1()i2n(2)601建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期=fm(3)式中,m为岩土强度参数的平均值;i为岩土强度参数样本值;n为岩土强度参数统计数量;f为岩土强度参数的标准差;为岩土强度参数的变异系数。对室内土工试验强度参数的统计结果如表3所示。从表3可以看出,层粉质黏土、层黏土和层黏土的黏聚力依次增大,层黏土和层黏土的黏聚力相差较小,且为层峰值黏土的黏聚力的2.5倍左右;层粉质黏土、层黏土和层黏土的内摩擦角依次增大,但增幅较小;层黏土和层黏土的压缩系数相近,且为层粉质黏土压缩系数的一半;层黏土的压缩模量比层黏土的压缩模量略大,但两者的压缩模量均比层粉质黏土的压缩大约1倍。表3 力学及强度性质指标统计岩土名称数据个数统计项目黏聚力c/k P a内摩擦角/()压缩系数a/MP a-1压缩模量E/MP a层粉质黏土7平均值3 8.5 01 5.8 00.2 27.5 9标准值3 1.2 01 5.3 00.2 47.1 0层黏土3 4平均值8 1.8 01 7.9 00.1 31 2.3 1标准值7 9.2 01 7.7 00.1 31 2.0 0层黏土7 2平均值8 6.7 01 8.1 00.1 21 3.8 7标准值8 4.4 01 8.0 00.1 21 3.6 0 图1图3分别为层粉质黏土、层黏土和层黏土的黏聚力概率密度分布图。从中可以看出,层黏土和层黏土的概率密度曲线较为“高瘦”,表明这两层土的黏聚力离散性较小,层粉质黏土的概率曲线较为“矮胖”,但其黏聚力数据具有较好的统计规律,其标准差为0.2 5。因此,场区各土层的黏聚力空间变异较小,可以作为岩土强度特性评价的基础参数。对静力触探试验比贯入阻力的统计结果如表4所示。从表4可以看出,层粉质黏土、层黏土和层黏土的比贯入阻力平均值依次增大,这与表3中土工试验黏聚力和内摩擦指标的变化趋势较为一致,表明静力触探试验的比贯入阻力可以较好地反映岩土体的强度特性。表4 静力触探试验分层统计表层序及地层名称数量/个比贯入阻力Ps/MP a最小值最大值平均值标准差变异系数层粉质黏土71.6 12.0 81.8 00.1 80.1 0层黏土3 02.7 83.9 33.3 50.3 00.0 9层黏土3 04.4 15.9 25.4 50.3 80.0 7 图4图6分别为层粉质黏土、层黏土和层黏土的比贯入阻力概率密度分布图。从中可以看出,层粉质黏土、层黏土和层黏土的概率密度曲线具有较好的一致性,分布较为集中,层粉质黏土、层黏土和层黏土对应的变异系数分别为0.1 0、0.0 9、0.0 7。因此,场区各土层的土体性质较为均匀,比贯入阻力空间变异较小。701建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期4 场区岩土体强度参数的相关关系基于文中静力触探试验比贯入阻力与室内土工试验强度指标的数据统计分析,建立静力触探试验比贯入阻力与室内土工试验内摩擦角和黏聚力的相关关系,结果如图7和图8所示,从中可以看出静力触探试验比贯入阻力与室内土工试验内摩擦角和黏聚力均具有良好的线性拟合关系,且拟合系数R2均大于0.9 0,其拟合关系如式(4)、式(5)所示。Ps=5 1.3 4 5c(4)Ps=0.2 2 63(5)式中,Ps为静力触探试验比贯入阻力,MP a;c为室内土工试验黏聚力,MP a;为室内土工试验内摩擦角,。5 结 论该文以肥东县牌坊乡赵坊新村安置小区岩土工程勘察为研究背景,在分析场区岩土工程地质特征的基础上,采用室内试验和原位测试的方法获取各层土体的力学强度参数,并运用数理统计的方法对各层土的力学指标进行处理,研究其概率密度曲线分布,用于指导实际岩土工程强度参数的确定,得到以下结论:a.基于各土层的强度指标统计结果及概率密度曲线分析表明,各土层的土体性质较为均匀,强度参数变化稳定,空间变异较小,可将黏聚力和内摩擦指标作为岩土强度特性评价的基础参数,建立静力触探试验比贯入阻力与黏聚力和内摩擦指标的相关关系。b.对静力触探试验比贯入阻力与室内土工试验内摩擦角和黏聚力建立拟合关系表明,静力触探试验比贯入阻力与室内土工试验内摩擦角和黏聚力均具有良好的线性拟合关系,且拟合系数R2均大于0.9 0。参考文献1 李 斌,王大国,何治良,等.三轴条件下岩石抗剪强度参数线性回归法的修正J.岩土力学,2 0 2 2,4 3(1 0):2 6 8 9-2 6 9 7.2 王亚平,卢一为,张二帅,等.砂卵石土强度变形特性综合试验及力学模型参数研究J.长江科学院院报,2 0 2 2,3 9(8):9 3-9 8.3 任士房,曾洪贤.深层孔压静力触探技术的应用与研究J.工程勘察,2 0 1 8,4 6(4):7-1 1.4 曾纪全,贺如平,王建洪.岩体抗剪强度试验成果整理及参数选取J.地下空间与工程学报,2 0 0 6(S 2):1 4 0 3-1 4 0 7.801建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期5 吴顺川,张 敏,张诗淮,等.修正H o e k-B r o w n准则的等效M o h r-C o u l o m b强度参数确定方法研究J.岩土力学,2 0 1 9,4 0(1 1):4 1 6 5-4 1 7 7.6 李连祥,刘嘉典,李克金,等.济南典型地层H S S参数选取及适用性研究J.岩土力学,2 0 1 9,4 0(1 0):4 0 2 1-4 0 2 9.7 郭林坪,穆 坤,杨爱武,等.天津滨海新区粘性土物理力学性质指标相关性J.地下空间与工程学报,2 0 1 9,1 5(2):4 5 2-4 5 7.8 霍海峰,雷华阳,冯 兴,等.扰动后黏土强度指标与细观参数相关性初探J.岩土力学,2 0 1 8,3 9(1 1):3 9 4 9-3 9 5 6.9 赵 晶,蒋良潍,罗 强,等.土体强度参数变异水平及影响因素关联分析J.工程地质学报,2 0 1 8,2 6(3):5 9 2-6 0 1.(上接第8 9页)屋脊堵头板安装完成后,根据之前定位出的第一块屋脊板的安装起始基准线和控制线,安装第一块屋脊板,并对照设计图纸的要求进行调整定位。在屋脊板上,测量放线定位出弯折挡水板的定位板的位置,并采用剪刀进行剪口作为标记,然后采用设计规定的拉铆钉将屋脊板固定在压型板上,采用防水胶将屋脊板的固定件进行密封。密封完成后,根据弯折挡水板的定位板的位置线,定位出弯折挡水板的位置。在第一块压型板上,根据设计图纸要求,测量放线定位出第一块屋脊板的搭接定位线,安装第二块屋脊板,并在两块屋脊板的搭接部位涂刷防水胶进行密封处理。根据安装控制线安装第一块盖板,定位准确后,采用拉铆钉将盖板进行固定,并在固定件表面涂刷防水胶进行密封处理。在第一块盖板上,按照设计图纸要求测量放线定位出第一块盖板与第二块盖板的搭接位置线,在两块盖板的搭接部位满涂防水胶后,将第二块盖板进行安装固定,在盖板固定件表面涂刷防水胶进行密封处理。按照上述施工顺序逐步完成其余屋面盖板的安装。5 结 语在佛冈县龙凤大道及体育中心建设工程之体育中心子项目钢网架高空散装施工中,通过技术创新、方案改革,有效地解决了网架构件制作、转运吊装、高空散装、网架马道/檩条及屋面安装等施工质量关键问题,施工完成后的大跨度钢网架结构满足设计要求。工程所用的施工工艺方法、施工流程、吊装方法等简单,方便实施,可操作性强,具有较高推广应用价值。参考文献1 王加宏.浅谈钢网架结构高空散装法施工技术应用J.中国建筑金属结构,2 0 2 2(1 1):2 0-2 2.2 吴翔华,陈宇嵚.基于B I M的钢网架结构施工模拟与监测J.建筑技术,2 0 2 2,5 3(3):3 5 2-3 5 5.3 王宪刚,王有志.风筝造型大跨度双曲面钢网架屋面施工安全性能研究及应用J.结构工程师,2 0 2 1,3 7(5):1 6 9-1 7 4.4 许明智.新建崇左南站站房钢网架整体顶升施工研究J.工程技术研究,2 0 2 2,7(2):1 4-1 7.5 金伟峰,武诣霖.某钢网架施工平台的施工过程分析J.建筑施工,2 0 2 2,4 4(4):8 5 6-8 5 8.6 石 营,李香英.地下厂房大跨度螺栓球钢网架高空滑移法施工技术浅析J.水电站机电技术,2 0 2 1,4 4(9):9 5-9 7.901建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期