【类型】期刊

【作者】辛银玲（铁道第三勘察设计院集团有限公司）

【作者单位】铁道第三勘察设计院集团有限公司

【刊名】铁道勘察

【关键词】 地基土；标准贯入试验；物理力学参数；铁路工程

【ISSN号】1672-7479

【页码】P52-55

【年份】2019

【期号】第5期

【摘要】山西晋中盆地内第四系地层分布广泛。依托晋中盆地内某铁路通道工程,通过现场标准贯入试验和室内土工试验,对该地区第四系地基土的标准贯入试验与部分物理及力学参数的相互关系进行研究,给出了拟合关系式及相关系数。研究成果表明:(1)修正后的标准贯入试验击数与地基土的孔隙比、液性指数和压缩系数呈反比的线性关系;(2)与压缩模量、内摩擦角和黏聚力呈正比的线性关系;(3)拟合关系式的线性相关系数均较高,说明山西晋中地区第四系地基土的上述物理及力学参数均可以用修正后的标准贯入试验击数进行定量预算。

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晋中盆地第四系地基土标准贯入试验与物理及力学参数关系的研究

辛银玲

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

摘 要：山西晋中盆地内第四系地层分布广泛。依托晋中盆地内某铁路通道工程，通过现场标准贯入试验和室内土工试验，对该地区第四系地基土的标准贯入试验与部分物理及力学参数的相互关系进行研究，给出了拟合关系式及相关系数。研究成果表明：①修正后的标准贯入试验击数与地基土的孔隙比、液性指数和压缩系数呈反比的线性关系；②与压缩模量、内摩擦角和黏聚力呈正比的线性关系；③拟合关系式的线性相关系数均较高，说明山西晋中地区第四系地基土的上述物理及力学参数均可以用修正后的标准贯入试验击数进行定量预算。

关键词：地基土 标准贯入试验 物理力学参数 铁路工程

标准贯入试验就是利用一定的锤击功能，将一定规格的对开管式贯入器打入钻孔孔底的土层中，根据打入土层中的贯入阻力来评定土层的变化和土的物理力学性质。贯入阻力用贯入土层中30 cm的锤击数N63.5表示，也称为标准贯入试验击数[1]，其操作简便，设备简单。标准贯入试验成果可以用来确定地基土的容许承载力、评定砂土的振动液化以及估算单桩的承载力，而且通过贯入器可以采取扰动土样，对它进行直接鉴别和有关的室内土工试验。通过将标准贯入击数与工程相关的岩土参数建立经验关系式或相关关系式，对区域内的岩土工程设计有着重要的作用，同时对区域内地质资料的积累，提高用标准贯入试验击数预测土体其他物理力学参数的精确度也有着重要的意义。

1 晋中盆地第四系地基土的分布

晋中盆地位于山西省中部，又称“太原盆地”，东依太行山，西接吕梁山，北起黄寨的石岭关，南至介休的绵山镇，东西两侧以断层崖与山地相接，盆地呈北东-南西向分布，为山西断陷盆地的一个重要组成部分。盆地内地势平坦，河流密布，表层覆盖第四系沉积层，厚度在350～400 m之间[2]。通过分析盆地内某铁路工程的地质资料，综合归纳了1 400多个勘探孔的数据，得出该盆地内第四系沉积层主要构成物为第四系上更新统冲积的黏土、粉质黏土、粉土、砂类土以及杂填土，中更新统洪积黏土、粉质黏土、粉土以及砂类土。其中，第四系地层中黏性土呈层分布，砂类土呈透镜体状分布，局部段落地表分布有填土，地层详见表1。

2 标准贯入试验击数与部分物理及力学参数的相互关系

通过综合分析晋中盆地内某铁路工程勘探孔的室内试验成果以及现场标准贯入试验点数目(3 650点次)，现场测试的标准贯入试验值按照杆长修正后，再逐层进行统计分析，得出每一地基土层所对应标准贯入试验值的标准值(如表1所示)，其余物理及力学指标通过理正勘察软件进行统计分析，得出每一地基土层的标准差、变异系数、平均值和标准值等。采用分析修正后的标准贯入试验击数标准值与第四系地基土中粉土层、黏性土层以及砂土层常规物理及力学指标，拟合其相关关系方程。

2.1 标准贯入试验与常规物理指标的关系

(1)标准贯入试验击数与孔隙比、液性指数的关系

岩土是在漫长的地质年代中形成的，是自然历史的产物，其性状表现出很大的差异性，常规的物理参数指标也有着区域性的变化[3]。孔隙比表明土体的密实程度，建(构)筑物的沉降与土体的孔隙比也有着密切的关系。通过分析山西晋中盆地第四系地基土修正后的标准贯入试验击数与其孔隙比标准值之间的关系可得出：第四系上更新统冲积Q4al和中更新统洪积Q4pl的粉土、黏性土、砂土均随深度的增加，土体孔隙比减小，标准贯入试验击数增大，且呈单一的反比线性关系，相关系数分别为0.996 27、0.967 04、0.927 35，线性相关性较高，说明可以利用修正后的标准贯入试验击数直接换算该地区地基土的孔隙比值，见图1～图3。

液性指数为天然含水率和塑限之差与塑性指数的比值，如公式(1)所示，它能反应土体在天然条件下所处的状态，是土体的一项重要物理参数。

(1)

式中，ω为天然含水率，ωp为塑限，ωL为液限，根据液性指数IL可以直接判定土体的软硬程度，其值越小，表明土体越坚硬；值越大，土体越软。按液性指数，依铁路工程地质勘察规范(TB10012—2007)[4]，土体的坚硬状态可分为，坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑。通过将粉土、黏性土以及砂土的液性指数与修正后的标准贯入试验击数进行统计分析可得出：液性指数越高，标准贯入试验击数越小，且不论粉土、黏性土还是砂土，液性指数与修正后的标准贯入试验击数均呈反比的关系，相关系数分别为0.999 99、0.955 17和0.977 76，线性相关程度高，见图4～图6。

(2)标准贯入试验与压缩系数、压缩模量的关系

通过室内侧限压缩试验，绘制e-p曲线，可得土体的压缩系数，通常以p1=100 kPa，p2=200 kPa及相对应的孔隙比e1和e2计算得到土体的压缩系数，即e-p曲线中p1和p2之间曲线的斜率，见公式(2)。依据压缩系数，可用来评价土体压缩性的高低。土的压缩模量Es是表示土压缩性的又一指标，见公式(3)。一般情况下，土体的压缩系数越低，压缩模量则越大，表明土体越难被压缩。

(2)

(3)

将粉土、黏性土以及砂土修正后的标准贯入试验击数与压缩系数压缩模量进行统计分析可得出：压缩模量越大、压缩系数越小，土体的标准贯入试验击数越高，修正后的标准贯入试验击数与压缩系数呈反比的线性关系，相关系数分别为0.945 51、0.981 86和0.819 84，线性相关性较高，见图7～图9。同理，压缩模量与修正后的标准贯入试验击数成正比，其相关方程如公式(4)～公式(6)，说明地基土的压缩系数、压缩模量也可以用修正后的标准贯入试验击数进行定量预算。

粉土：

Es=7.659 49+0.233 21N63.5

(4)

黏性土：

Es=3.655 81+0.426 86N63.5

(5)

砂土：

Es=6.961 21+0.306 36N63.5

(6)

2.2 标准贯入试验与黏聚力、内摩擦角的关系

地基土的强度通常是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。在荷载的作用下，地基土中产生法向应力和剪应力，当土中某点的剪切应力达到其抵抗剪切破坏能力的极限值时，该点产生剪切破坏。地基土体中产生剪切破坏的区域随着荷载的增加而扩展，最终形成连续的滑动面，地基土体因发生剪切破坏而丧失稳定性[5]。通过分析晋中盆地内修正后的标准贯入试验击数与室内试验统计的地基土强度指标之间的关系(见图10～图12)，可以得出：修正后的标准贯入试验击数与粉土、黏性土以及砂土的内摩擦角标准值呈正比关系，即标准贯入试验击数越大，内摩擦角越大，且粉土和砂土的斜率比较大，说明粗颗粒组成的地基土内摩擦角为强度指标的重要因素。

同理，通过分析标准贯入试验击数与地基土黏聚力的关系可以得出相关方程见式(7)～式(9)，说明修正标准贯入试验击数与粉土、黏性土和砂土的黏聚力成正比关系，且黏性土斜率较大，即细颗粒地基土强度指标的重要影响因素为黏聚力。

粉土：

C=9.084 98+0.547 55N63.5

(7)

黏性土：

C=1.964 16+1.600 05N63.5

(8)

砂土：

C=7.715 15+0.304 55N63.5

(9)

3 结论

(1)通过分析山西晋中盆地内第四系地基土的大量标准贯入试验和物理及力学参数的测试数据，找出了它们之间的内在联系，为该区域内由标准贯入试验击数确定地基土的相关物理、力学指标提供了思路和参考。

(2)山西晋中盆地内地基土修正后的标准贯入试验击数与其多个常规物理及力学参数指标均呈线性关系，且相关性较高。

(3)该区域内孔隙比、液性指数、压缩系数、压缩模量、内摩擦角以及黏聚力均能用修正后的标准贯入试验击数进行定量预算且准确率较高。

参考文献：

[1] TB10018—2003铁路工程地质原位测试规程[S]

[2] 山西省地矿局.山西区域地质志[M].北京：地质出版社，1989

[3] 蒋建平.南京地铁地基土标准贯入试验与物理及力学参数关系试验研究[J].铁道学报，2010，32(1)：123-127

[4] TB10012—2007铁路工程地质勘察规范[S]

[5] 李小勇.太原粉质黏土强度指标概率特征[J].浙江大学学报：工学版，2001，35(5)：492-496

[6] 尹永川.新近沉积黏性土的压缩模量与标准贯人试验锤击数的关系[J].水文地质工程地质，2002(1)：68-69

[7] 袁钟.标准贯人试验的应用及贯人击数的影响因素[J].港工技术，2002(4)：50-52

[8] 刘明宇，周先才.非饱和黏性土压缩模量与标准贯入试验击数关系探讨[J].铁道勘察，2012(3):41-43

[9] 贺瑞霞，任德生，曹洪亮.工程地质勘察中的标准贯入试验[J].铁道建筑，2010(3):60-62

[10]范文远.黄泛区粉性土工程特性试验研究[J].铁道勘察，2007(6):14-17

[11]储文静，付新平.山西吕梁地区三趾马红土的工程地质特性及其工程环境效应研究[J].铁道勘察，2014(5):35-38

[12]易鑫，潘瑞林.原位测试在地铁勘察岩土参数求取中的应用[J].铁道勘察，2014(3)：34-37

Study on Correlativity between SPT and Physical and Mechanical Parameters of Quaternary Foundation Soil in JinZhong Basin

XIN Yinling

收稿日期：2016-08-02

作者简介：辛银玲(1984—)，女，2006年毕业于中南大学分析化学专业，理学硕士。

文章编号：1672-7479(2016)05-0052-04

中图分类号：TU413.5

文献标识码：A