王仁霞 王海敏

【摘 要】泥石流勘查是查明泥石流發(fā)育的自然環(huán)境、形成條件，泥石流基本特征、危害特征，同時(shí)對(duì)泥石流防治工程部位進(jìn)行工程地質(zhì)勘查，由于防治工程部位工程地質(zhì)條件存在一定的特殊性，因此勘查手段與一般工業(yè)建筑與民用建筑存在諸多不同。本文在泥石流發(fā)育的自然環(huán)境、形成條件以及泥石流特殊工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，輔以工程實(shí)例，重點(diǎn)闡述圓錐動(dòng)力觸探在泥石流勘查中的應(yīng)用，以期對(duì)泥石流的勘查有所幫助。

【關(guān)鍵詞】泥石流；工程地質(zhì)條件；特殊性；圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)；應(yīng)用

引言

泥石流是山區(qū)溝谷中或山坡上，由于降水（暴雨、冰川、融雪、水體潰決）激發(fā)的一種含有大量泥沙、石塊和巨礫等固體物質(zhì)，并具有很大沖擊力的特殊洪流。其中的固體物質(zhì)的顆粒間充滿水或泥漿，結(jié)構(gòu)松散，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形成動(dòng)接觸，沒(méi)有穩(wěn)定的連接構(gòu)造，是一種不穩(wěn)定的流動(dòng)體。它的發(fā)生和發(fā)展是地理環(huán)境、地質(zhì)背景、氣象因素和人類活動(dòng)綜合作用的結(jié)果。其特點(diǎn)是爆發(fā)突然、來(lái)勢(shì)兇猛、歷時(shí)短暫、能量巨大、沖擊力強(qiáng)，具有強(qiáng)大的破壞力。泥石流勘查是查明泥石流發(fā)育的自然環(huán)境、形成條件，泥石流基本特征、危害特征，同時(shí)對(duì)泥石流防治工程部位進(jìn)行工程地質(zhì)勘查，為泥石流防治方案的選擇和防治工程的設(shè)計(jì)提供工程地質(zhì)參數(shù)。

一、泥石流治理部位工程地質(zhì)條件的特殊性

泥石流發(fā)育的自然環(huán)境和形成條件決定了泥石流溝道內(nèi)的地層巖性和結(jié)構(gòu)特征。泥石流一般發(fā)育在區(qū)域地質(zhì)環(huán)境較差的地區(qū)，這些地區(qū)大多構(gòu)造復(fù)雜、斷裂褶皺發(fā)育、構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，地表巖石破碎，結(jié)構(gòu)松散、軟弱、易于風(fēng)化、節(jié)理發(fā)育或軟硬相間成層、崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，能為泥石流提供豐富的碎屑物來(lái)源。另外，泥石流形成區(qū)域多為三面環(huán)山，山高坡陡，溝谷縱坡降較大，為地表水的短時(shí)匯集提供了前提條件。因此，在短時(shí)強(qiáng)降雨的激發(fā)下，泥石流能夠迅速暴發(fā)。由于泥石流上下游溝道形態(tài)不同，泥石流流體在遇見(jiàn)相對(duì)開(kāi)闊的溝谷時(shí)，會(huì)因?yàn)榻M成物源的成分不同、粒徑不同而形成不同程度的沉積，加之歷次泥石流的累計(jì)搬運(yùn)，溝道內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)出多次沉積的現(xiàn)象（這一現(xiàn)象在泥石流勘查的井（槽）探中較為常見(jiàn)）。沉積層在泥石流溝道所處的位置不同時(shí)，其厚度也會(huì)發(fā)生較大變化，顆粒組成、密實(shí)度等性質(zhì)亦存在較大差異，導(dǎo)致地基土均勻性較差，物理力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。

泥石流攔擋工程是泥石流災(zāi)害防治工程中常見(jiàn)的一種措施。理想的攔擋位置是溝道卡口處，溝底及左右岸基巖出露且?guī)烊轁M足要求，但受溝道、地層的等條件的制約，攔擋工程很難全部修建在基巖出露的溝道中。而攔擋壩在溝道中擔(dān)負(fù)著攔擋物源、消減能量、降低對(duì)溝床沖刷的作用，其對(duì)地基土的工程地質(zhì)條件要求較高，若選擇溝道沉積層作為修建地點(diǎn)，將對(duì)勘查工作提出更高的要求。因此，通過(guò)勘查選擇理想的攔擋工程修建位置，是泥石流勘查中一項(xiàng)重要的工作。這也是泥石流勘查與一般工業(yè)建筑、民用建筑勘查的不同之處。在一般的勘查中，土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)是提供地基土承載力的主要來(lái)源，而在泥石流勘查中，土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)卻不易獲取。如前所述，泥石流溝道內(nèi)作為持力層的地基土顆粒組成、粒徑、密實(shí)度等存在較大差異，給取樣帶來(lái)一定困難，同時(shí)，所取樣品有時(shí)達(dá)不到室內(nèi)試驗(yàn)的要求，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅具參考價(jià)值。同樣的原因，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在泥石流勘查中也很難發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。而利用圓錐動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)去反映土層的力學(xué)性質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為承載力和變形參數(shù)的數(shù)值，是一個(gè)較為理想的勘查手段。在野外規(guī)范的施工基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確的分析處理數(shù)據(jù)，圓錐動(dòng)力觸探可有效的完成防治工程部位土層力學(xué)性質(zhì)的準(zhǔn)確反映。

二、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)簡(jiǎn)介

圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)（DPT）是巖土工程勘查中常規(guī)的原位測(cè)試方法之一，它是利用一定質(zhì)量的落錘，以一定高度的自由落距將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的圓錐形探頭打入土層中，根據(jù)探頭貫入的難易程度（可用貫入一定距離的錘擊數(shù)、貫入度或探頭單位面積動(dòng)貫阻力來(lái)表示）判定土層的性質(zhì)。圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)的類型分為輕型（落錘質(zhì)量10kg）、重型（落錘質(zhì)量63.5kg）和超重型（落錘質(zhì)量120kg）三種，輕型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)一般用于貫入深度小于4m的粘性土、粘性土組成的素填土和粉土；重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)一般適用于砂土、中密以下的碎石土和極軟巖；超重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)一般適用于較密實(shí)的碎石土、極軟巖和軟巖。結(jié)合工程實(shí)例，本文中介紹的為重型圓錐動(dòng)力觸探，其落錘質(zhì)量63.5kg、落距76cm、探頭直徑74mm、探頭錐角60°、探桿直徑42mm，試驗(yàn)指標(biāo)為：貫入10cm的錘擊數(shù)N63.5

試驗(yàn)要點(diǎn)：貫入時(shí)，穿心錘自動(dòng)脫鉤，自由下落；地面上觸探桿高度控制在1.5m以內(nèi)，以免傾斜和擺動(dòng)過(guò)大；貫入過(guò)程應(yīng)盡量連續(xù)貫入，錘擊速率每分鐘宜為15～30擊；每貫入10cm記錄其相應(yīng)的錘擊數(shù)N63.5。

三、圓錐動(dòng)力觸探在泥石流勘查中的應(yīng)用實(shí)例

1、工程概況

某勘查場(chǎng)地位于河北省涉縣某泥石流溝內(nèi)，流域范圍大致呈圈椅狀，海拔高差383m，溝谷內(nèi)上覆第四系沖洪積物，下伏地層為奧陶系下統(tǒng)冶里組。擬治理工程措施為：在泥石流溝道內(nèi)逐級(jí)修建攔擋工程。根據(jù)鉆探和井（槽）探揭露的地層情況，該區(qū)1.6～8.5m為卵礫石層，故采用的是重型圓錐動(dòng)力觸探（N′63.5）對(duì)泥石流溝道內(nèi)的碎石土層進(jìn)行試驗(yàn)。

2、影響圓錐動(dòng)力觸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的因素

（1）人為及設(shè)備的影響

從工程實(shí)踐中不難看出，在進(jìn)行圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)時(shí)，落錘的高度、錘擊速速、操作方法以及讀數(shù)方法和精度，都會(huì)影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。另外，觸探桿與側(cè)壁的摩擦和觸探桿的長(zhǎng)度，也是影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一個(gè)重要因素。一般情況下，觸探貫入時(shí)，由于土對(duì)觸探桿側(cè)壁的摩擦作用消耗了部分能量而使觸探擊數(shù)增大，側(cè)壁摩擦的影響有隨土密度和觸探深度的增大而增大的趨勢(shì)。有資料顯示，對(duì)于一般土層條件，用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，觸探深度小于15m時(shí)，可不考慮側(cè)壁摩擦的影響。從在松散～稍密的砂土和圓礫、卵石層上所做的對(duì)比試驗(yàn)來(lái)看：重型動(dòng)力觸探在深度12m左右范圍內(nèi)，側(cè)壁摩擦的影響是不顯著的。如果土層較密，深度較大時(shí)，側(cè)壁摩擦有明顯的影響。

（2）試驗(yàn)土層的影響

通常狀況下，土的密度、含水量、狀態(tài)、顆粒組成、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、壓縮性對(duì)觸探試驗(yàn)都有一定程度的影響。本工程中的卵礫石層對(duì)試驗(yàn)的影響主要表現(xiàn)在卵礫石中不同的粒徑組成對(duì)錘擊數(shù)的影響。卵礫石中主要的顆粒粒徑較小時(shí)，動(dòng)力觸探錘擊數(shù)變化較??；卵礫石中主要的顆粒粒徑較大時(shí)，動(dòng)力觸探錘擊數(shù)變化較大。尤其是遇見(jiàn)較大的卵石或者漂石時(shí)，錘擊數(shù)會(huì)大幅上升，甚至出現(xiàn)反彈的情況。當(dāng)錘擊數(shù)異常大時(shí)，數(shù)據(jù)是不合理不可取的。

3、數(shù)據(jù)的整理和應(yīng)用

試驗(yàn)錘擊數(shù)統(tǒng)計(jì)平均值為N′63.5=50，錘擊數(shù)按下列公式進(jìn)行修正：

N63.5=α·N′63.5

式中N63.5——修正后的重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)（查表取值，本工程中α取0.78）；

α——重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)修正系數(shù)；

N63.5——實(shí)測(cè)重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)。

由公式可得修正錘擊數(shù)N63.5=39，根據(jù)修正錘擊數(shù)確定地基承載力為400 kPa。結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可綜合判定該層的物理力學(xué)性質(zhì)，選擇其作為攔擋工程的持力層。

結(jié)束語(yǔ)

圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)是以貫入一定深度的錘擊數(shù)為觸探指標(biāo)，并對(duì)錘擊數(shù)進(jìn)行修正，通過(guò)與室內(nèi)試驗(yàn)建立相關(guān)關(guān)系來(lái)獲取土層的物理力學(xué)指標(biāo)以及承載力特征值，從而對(duì)土層性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法能清楚的反映不同地層的物理力學(xué)性質(zhì)，判斷地層的密實(shí)度，準(zhǔn)確提供設(shè)計(jì)需要的地層參數(shù)，提高勘查資料的質(zhì)量。

圓錐動(dòng)力觸探也有其不足的一面，由于試驗(yàn)中不能采樣對(duì)土層進(jìn)行直觀鑒別描述，且試驗(yàn)人為誤差較大，不可再現(xiàn)，會(huì)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。因此在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，有待進(jìn)一步規(guī)范操作方法，對(duì)比試驗(yàn)成果與土層物理力學(xué)參數(shù)的關(guān)系，使該試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)得到更廣泛的發(fā)揮。

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