承赤高速圍場支線濕陷性黃土物理力學性質研究

馮明月

（河北省交通規(guī)劃設計院，河北 石家莊 050011）

黃土在我國北方分布較廣泛，山西、陜西、甘肅、河北、河南、內蒙、遼寧等省份在內的諸多地區(qū)都有黃土的存在，承德至赤峰高速公路圍場支線場區(qū)位于河北東北部地區(qū)，接近黃土邊緣地區(qū)。

該區(qū)地形地貌為低山丘陵，地處半干旱半濕潤大陸性季風氣候帶，年降雨為500～650mm，降雨主要集中在6～8月，年蒸發(fā)量在1 800mm左右。該區(qū)黃土主要為次生黃土，厚度一般在3.5～12m，局部可達22.6m，地貌上表現為天然邊坡陡立、V型沖溝發(fā)育等特點，具有垂直節(jié)理及大孔隙發(fā)育、富含碳酸鈣等黃土特征，局部含有水平條帶狀碎石或礫石。根據線路工程地質勘察和土工試驗，該地區(qū)黃土濕陷性程度為輕微～中等，多具有Ⅰ～Ⅱ級非自重濕陷性，局部具自重濕陷性。

1 土性參數的不確定性

在巖土工程的設計過程中，土性參數的統(tǒng)計分析是基本內容之一，其結果的可信性直接影響工程的可靠性。

土性參數對確定的時空而言是一個確定值。但是，它的大小只能通過有限的室內或現場試驗的量測或觀察去了解，其測值是變化的，而且離散性很大，具有很強的不確定性。

巖土體的形成方式及組成材料具有明顯的多樣性。受各種復雜因素的影響，巖土體呈現明顯的非均勻性和各向異性等特征。所測得的巖土參數與其真實值都會存在差異，這就是巖土參數的不確定性，其通常來源于土的固有變異性和系統(tǒng)的不確定性。

系統(tǒng)的不確定性包括實驗不確定性和統(tǒng)計不確定性。對于系統(tǒng)的不確定性，可以通過取樣方法的改進、實驗數量的增加、實驗技術水平的提高等等來加以解決。而土固有的變異性，是巖土體的客觀特性。土性參數在測量、統(tǒng)計過程中表現出隨機分布的特點；同時由于受到巖土體形成和后期改造過程中各種宏觀規(guī)律的控制，導致空間不同點的巖土參數之間又存在某種程度的相關性，因而必須對實際土體進行統(tǒng)計分析才能掌握。

本文主要以承赤高速圍場支線某段濕陷性黃土為例，介紹了各項物理力學指標的統(tǒng)計分析結果，并重點探討了各項指標本身固有的變異性及其隨深度的變化情況，從而得到更準確的統(tǒng)計土性參數。

2 物理力學指標的統(tǒng)計及空間分布特性

2.1 對承德至赤峰高速公路圍場支線K62＋400～K64＋380段濕陷性黃土物理力學指標進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計方法按《公路工程地質勘察規(guī)范》（JTG C20—2011）第3.9條，統(tǒng)計內容包括均值、標準差、變異系數、標準值，并對各項物理力學指標進行檢驗，經檢驗可知，均符合正態(tài)分布及對數正態(tài)分布，各項物理力學指標統(tǒng)計成果見表1。

表1 物理力學指標統(tǒng)計表

2.2 土性指標在空間上不同點之間存在的這種相關性稱為土的自相關性。它是天然土體固有的特點。下面主要探討濕陷性黃土各項物理力學指標隨深度的變化及其與深度的相關系數。

濕陷數據同樣來自承赤高速圍場支線K62＋400～K64＋380段，按深度（1.0m，2.0m，3.0m，…12m）統(tǒng)計表1中各項物理力學指標的均值，繪制指標隨深度的變化圖（見圖1～圖12）。

圖1 含水量隨深度變化圖

圖2 天然密度隨深度變化圖

圖3 干密度隨深度變化圖

圖4 飽和度隨深度變化圖

圖5 孔隙比隨深度變化圖

圖6 液限隨深度變化圖

圖7 塑限隨深度變化圖

圖8 壓縮系數隨深度變化圖

圖9 濕陷系數隨深度變化圖

圖10 濕陷起始壓力隨深度變化圖

圖11 粘聚力c隨深度變化圖

圖12 摩擦角φ隨深度變化圖

計算各項物性指標與深度的相關系數，具體如下：

表2 各項物性指標與深度的相關系數表

通過物性指標隨深度變化圖及表2，可以看出隨著深度的增加，含水量、飽和度、液限、塑限、濕陷起始壓力逐漸增大；壓縮系數、濕陷系數逐漸減小；天然密度、干密度和孔隙比、粘聚力、摩擦角的變化不太明顯。

含水量、飽和度、濕陷系數、自重濕陷系數以及濕陷起始壓力與深度的相關系數較大，隨深度呈線性變化較明顯，屬于相關型；粘聚力屬于非相關型；其他指標介于相關型和非相關型之間。

相關型的指標隨深度統(tǒng)計是非均勻的，在工程應用時應分層統(tǒng)計；天然密度、孔隙比、粘聚力和摩擦角與深度的相關性較弱，可近似看成是均勻的；液限、塑限和壓縮系數雖然與深度相關性不強，但有一定的相關性，還是應該分層統(tǒng)計，以免造成誤差過大。

3 結語

濕陷性黃土各項物理力學指標隨深度的變化的空間特性是不同的，與深度的相關性也有差異。因此進行土性參數統(tǒng)計時各項物理力學指標要分層統(tǒng)計，區(qū)別對待。

[1]吳長富，朱向榮.基于現行規(guī)范巖土參數的統(tǒng)計方法分析及應用[J].工程勘察，2004，（3）：5－7.

[2]張征，劉淑春.巖土參數空間變異性分析原理與最優(yōu)估計模型[J].巖土工程學報，1996，（4）：40－47.