楊威

摘要：為解決巖土勘察中強度指標的確定問題，以海南省G98環(huán)島高速公路大三亞擴容工程SJ01標段巖土工程勘察為研究背景，在分析場區(qū)巖土工程地質特征基礎上，采用室內試驗和原位測試的方法獲取各層土體的力學強度參數，并運用數理統(tǒng)計方法對各層土力學指標進行處理，研究力學強度參數的概率密度分布，用于指導實際巖土工程強度參數的確定。

關鍵詞：建筑工程；巖土強度參數；黏土；比貫入阻力；內摩擦角；黏聚力

0? ?引言

在巖土工程勘察中，巖土強度參數的確定是最為重要的工作內容[1]。其確定方法一般是在室內試驗成果和原位測試成果的基礎上，采用數理統(tǒng)計的方法進行處理和選取[2]。然而，巖土體受到歷史成因環(huán)境以及地質應力、人類活動等因素的影響，其力學性質表現出明顯的空間變異性、隨機性和各向異性，室內試驗采用單點取樣的方法，對于認識的巖土體的強度特性存在明顯缺陷[3-4]。

為解決巖土勘察中強度指標的確定問題，本文以海南省G98環(huán)島高速公路大三亞擴容工程SJ01標段巖土工程勘察為研究背景，采用室內試驗和原位測試的方法，獲取各層土體的力學強度參數，并運用數理統(tǒng)計方法對各層土力學指標進行處理，研究力學強度參數的概率密度分布，用于指導實際巖土工程強度參數的確定。

1? ?工程概況

G98環(huán)島高速公路大三亞段擴容工程SJ01標段，起點位于陵水縣城北側南平居，在起點處設南平樞紐接遠期G98高速萬寧段擴容走廊后轉向西南，經走裝水庫、隆廣鎮(zhèn)、田仔水庫，設英州北互通接英州連接線，向西經南田農場，在赤田水庫水源保護區(qū)北側。設赤田樞紐與S86山海高速交叉，向西進入保亭縣三道鎮(zhèn)，設三道互通接G224海榆中線，終點位于保亭三道互通段。全長約32.556km，共設置橋梁26座，占路線長度的29.87%。設6處互通立交，其中樞紐互通2處。設服務區(qū)1處、養(yǎng)護工區(qū)1處。

2? ?場區(qū)巖土體工程地質特征

路線總體呈東北-西南方向，地貌單元較單一，地貌類型總體上可劃分為剝蝕臺地地貌和河流階地地貌，海拔高度在12.0～99.5m之間，相對高度在20～40m 之間，自然斜坡坡度為5～30°。剝蝕臺地主要由花崗巖風化剝蝕風化作用形成，地形有一定起伏，最大高差小于10.0m，分布有低矮灌木和橡膠林等，植被茂密，沿線種植大量經濟作物，臺地間平坦低洼地段多水田耕地。

河流階地主要由地殼垂直升降運動影響和河流侵蝕、搬運和堆積作用形成，位于藤橋東河兩岸，地形較平坦開闊，最大高差小于3.0m，沿線分布有桉樹和少量灌木。沿線地層由沖洪積物和殘、坡積物組成，主要為粉質黏土、砂質黏性土和礫質黏性土。

由外業(yè)鉆探揭露以及原位測試資料可知，場區(qū)鉆探深度范圍內的巖土層主要由4層組成，分別為①層素填土（Q4ml）、②層粉質黏土（Q4al+pl）、③層砂質黏性土（Qel+dl）和④層礫質黏性土（Qel+dl），以上各土層地層分布及厚度變化如表1所示。

對場區(qū)②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土進行取樣和室內土工試驗，測試結果如表2所示。從表2可以看出，②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的含水量和孔隙比較為接近，含水量范圍為23.4%～24.9%，孔隙比范圍為0.644～0.682。③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的液限和塑限相近，且較②層粉質黏土的液限和塑限大。

3? ?巖土體強度參數統(tǒng)計及概率密度分布

3.1? 室內土工試驗強度參數統(tǒng)計

在場區(qū)的巖土工程勘察室內土工試驗中，共收集到②層粉質黏土數據7個，③層砂質黏性土34個，④層礫質黏性土72個。在場區(qū)靜力觸探試驗中，收集到比貫入阻力參數②層粉質黏土數據7個，③層砂質黏性土30個，④層礫質黏性土30個。對室內土工試驗強度參數的統(tǒng)計結果如表3所示。

從表3中可以看出，②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的黏聚力依次增大，③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的黏聚力相差較小，且為②層粉質黏土的黏聚力的2.5倍左右。②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的內摩擦角依次增大，但增幅較小。③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的壓縮系數相近，且為②層粉質黏土壓縮系數的一半。④層礫質黏性土的壓縮模量比③層砂質黏性土的壓縮模量略大，但兩者的壓縮模量均比②層粉質黏土的壓縮大約一倍。

3.2? ?黏聚力概率密度分布

圖1至圖3分別為②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土黏聚力概率密度分布圖。從圖1至圖3中可以看出，③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的概率密度曲線較為“高瘦”，表明這兩層土的黏聚力離散性較小。②層粉質黏土的概率曲線較為“矮胖”，但其黏聚力數據人具有較好的統(tǒng)計規(guī)律，其標準差為0.25。場區(qū)各土層的黏聚力空間變異較小，可以作為巖土強度特性評價的基礎參數。

3.3? ?比貫入阻力概率密度分布

對靜力觸探試驗比貫入阻力的統(tǒng)計結果如表4所示。從表4中可以看出，②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的比貫入阻力平均值依次增大，這與表3中土工試驗黏聚力和內摩擦指標的變化趨勢較為一致，表明靜力觸探試驗的比貫入阻力，可以較好地反映巖土體的強度特性。

圖4至圖6分別為②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的比貫入阻力概率密度分布圖。從圖4至圖6可以看出，②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土的概率密度曲線具有較好的一致性，分布較為集中，②層粉質黏土、③層砂質黏性土和④層礫質黏性土對應的變異系數分別為0.10、0.09、0.07。因此，場區(qū)各土層的土體性質較為均勻，比貫入阻力空間變異較小，建立靜力觸探試驗比貫入阻力與黏聚力和內摩擦指標的相關關系，對于評價巖土體的巖土強度特性，定量化確定巖土體的強度指標具有十分重要的作用。

4? ?巖土體強度參數的相關關系

基于靜力觸探試驗比貫入阻力與室內土工試驗強度指標的數據統(tǒng)計分析，建立靜力觸探試驗比貫入阻力與室內土工試驗內摩擦角和黏聚力的相關關系，結果如圖7和圖8所示。

從圖7和圖8中可以看出，靜力觸探試驗比貫入阻力與室內土工試驗內摩擦角和黏聚力均具有良好的線性擬合關系，且擬合系數R2均大于0.90，其擬合關系如公式（1）、（2）所示。

Ps=51.345c? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

Ps=0.2263φ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：Ps為靜力觸探試驗比貫入阻力，單位為MPa；c為室內土工試驗黏聚力，MPa；φ為室內土工試驗內摩擦角，單位為 ?。

5? ?結束語

本文以海南省G98環(huán)島高速公路大三亞擴容工程SJ01標段巖土工程勘察為研究背景，運用數理統(tǒng)計方法對各層土的力學指標進行處理，研究其概率密度曲線分布，用于指導實際巖土工程強度參數確定，得到以下幾個結論：

基于各土層的強度指標統(tǒng)計結果及概率密度曲線分析表明，各土層的土體性質較為均勻，強度參數變化穩(wěn)定，空間變異較小，可將黏聚力和內摩擦指標作為巖土強度特性評價的基礎參數，建立靜力觸探試驗比貫入阻力與黏聚力和內摩擦指標的相關關系。

對靜力觸探試驗比貫入阻力與室內土工試驗內摩擦角和黏聚力，建立擬合關系表明，靜力觸探試驗比貫入阻力與室內土工試驗內摩擦角和黏聚力，均具有良好的線性擬合關系，且擬合系數R2均大于0.90。

參考文獻

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