工程勘察

十字板剪切试验在软土勘察中的应用 

来源:工程勘察 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-06-29

1 引言

根据JTG 3363—2019《公路桥涵地基与基础设计规范》,软土为滨海、湖沼、谷底、河滩等处天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低的细粒土,其鉴别特征为:天然含水量≥35%或液限,天然孔隙比≥1.0,直剪内摩擦角宜小于5°,十字板剪切强度<35kPa,压缩系数宜大于0.5MPa-1;根据《工程地质手册(第五版)》,软土是指天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限、具有高压缩性、低强度、高灵敏度、低透水性和高流变性,且在较大地震作用下可能出现震陷的细粒土。各规范、手册和标准对软土的表述虽不统一,但大体一致,都强调软土包括淤泥、淤泥质土、泥炭质土等。软土在我国分布尤为普遍,特别是湖南、江苏及两广等东南地区最为常见。软土因含水量大,天然孔隙大、压缩系数比较小,承载能力较低,一般情况下需经过地基处理后再作为建构物的持力层。因此,在岩土工程勘察过程中,需重点查明软土的分布情况及其承载能力。

在软土地基的勘察中,多采用现场原位测试结合室内试验确定软土的物理力学指标和承载能力。由于饱和软土一般情况下承载能力低、受荷易变性、灵敏度较高等特点,在取样、运输、切样及试验过程中,会受到不同程度的扰动,导致室内试验得到的物理力学参数失真。而现场原位测试则能避开软土取样、运输、切样等过程,极大地降低试验操作过程对软土造成的扰动,从而得到较为准确的物理力学参数。十字板剪切试验因其构造简单,操作方便,广泛运用于软土地基现场原位测试中。

2 工程概况

拟建截污管线主要沿村道(堤路)铺设,拟主要采用明挖方法施工,管道埋深约1.2~3.0m,局部(过桥、河段)拟采用顶管法施工,管道埋深约6~8m。基础拟采用天然地基基础或复合地基基础,管道采用DN400mm~DN500mm 的HDPE 中空壁塑钢缠绕排水管,其他设计条件由设计确定。

3 地层岩性

经钻探揭露,在钻探深度范围内,本场地地基土由第四系人工填土层(Qml)、第四系海陆交互相淤积层(Qal)组成。具体分层自下而上为:①人工填土:平均厚度2.71m;②淤泥、淤泥质土:层厚1.00~20.20m;③淤质粉砂:层厚0.50~12.70m。

4 工程应用

4.1 土层物理力学参数

根据岩土工程勘察报告及室内土工试验结果,将本次勘察范围内钻孔揭露的软土层物理力学参数统计汇总如表1 所示。

表1 土层物理力学参数统计成果土层名称淤泥、淤泥质土统计内容统计件数平均值标准值天然密度ρ0/(g/cm3)87.00 1.83 1.82塑性指数IP 87.00 14.26 13.83液性指数IL 79.00 0.55 0.61

4.2 十字板剪切试验结果

对试验资料进行统计所得各土层现场十字板剪切试验参数统计值供设计及地基处理参考,如表2 所示。

表2 现场十字板剪切试验统计成果地层软土统计件数28 28 28统计参数原状土Su重塑土Su′灵敏度St标准值/kPa 28.9 9.4 3.2

共选定试验孔3 个,试验33 点次,原状土抗剪强度、重塑土抗剪强度和灵敏度有效统计数据28 个,平均值分别为33.3kPa、11.3kPa、3.1。

4.3 强度修正

十字板剪切试验长期强度约为峰值强度的60%~70%,所以,有必要在使用中对实测值进行修正[1]。

依据《工程地质手册》(第五版)[2]推荐按式(1)进行修正:

式中,Cu为不排水剪抗剪强度修正值,kPa;μ 为修正系数;Su为十字板剪切试验不排水剪抗剪强度现场实测值,kPa。

修正系数的选取,仅介绍《工程地质手册》(第五版)推荐的2 种方法:

1)修正系数依据图1 取值,其中,曲线1 适用于IL>1.1 的土,曲线2 适用于其他情况的软土。

图1 修正系数

2)TB —2018《铁路工程地质原位测试规程》规定:当塑性指数IP≤20 时,折减系数μ=1.0;当塑性指数20<IP≤40时,折减系数μ=0.9。

中山市港口地区软土采用上述2 种方法得到的修正系数如表3 所示。

表3 修正系数μ依据工程地质手册(第五版)TB —2018修正系数μ原状土0.83重塑土0.83原状土1重塑土1备注液性指数小于1.1,采用曲线2塑性指数小于20

中山市港口镇地区软土的塑性指数IP均小于20。从保证安全的角度出发,本区的修正系数按《工程地质手册》(第五版)推荐的方法取值,原状土与重塑土的修正系数μ 均取0.83。修正后的抗剪强度原状土标准值Cu=23.99kPa;重塑土标准值Su=7.90kPa;修正后的灵敏度St=23.99/7.90=3.1。

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