土體應力歷史對工程地質條件評價的影響

高光亮，蓋懷濤

（北京市勘察設計研究院有限公司，北京100038）

土體應力歷史對工程地質條件評價的影響

高光亮*，蓋懷濤

（北京市勘察設計研究院有限公司，北京100038）

結合某既有工程實例，綜合運用原位測試、室內土工試驗等數據，對比分析了大面積挖填方場區是否考慮土體應力歷史造成的同類土層的試驗成果的差別，為正確評價場地工程地質條件提供參考。

大面積挖填方；土體應力歷史；工程地質條件

1　概述

近些年，隨著城市建設規模的不斷擴張，適宜建設的平整場區越來越少，越來越多的不平整場區經挖填方處理后成為了建設場區。從而對巖土工程勘察與評價提出了更高的要求。

建筑場區內的大面積挖填方改變了土體的應力狀態，因此土工試驗布設前應充分考慮土體應力歷史對試驗初始加壓數據的影響。本文結合工程實踐，通過對比分析考慮土體應力歷史前后對工程地質評價參數的影響，以期為類似工程勘察設計提供經驗借鑒。

2　工程實例

2.1某會展中心項目

2.1.1場地地形、地貌

某會展中心項目位于北京市懷柔區，擬建場地屬于山前洪沖積扇，原狀地形較平緩，后因人工取土形成多個高3～5m的陡坎，場區現狀地形見圖1，工勘察期間測量的鉆孔孔口處地面標高為86.31～94.67m。場地內現狀主要為空地、荒草及樹木。

2.1.2場地地層條件

場區覆蓋層平均厚度大于20.0m，以粉質粘土、粘質粉土為主，局部夾薄層卵石。詳見表1。

2.1.3對比分析

如圖1所示，場區內由于人工采土形成多個較大的陡坎，本次分別在陡坎上、下進行了鉆探取樣，并按照不考慮土的應力歷史（工況1）、考慮土的應力歷史（工況2）及陡坎上土體應力狀態未變化（工況3）3種工況布設土工試驗，詳述如下：

工況1：土體應力狀態隨人工取土發生了變化，但布置土工試驗時不考慮土的應力歷史。即計算自重壓力P0時，土樣深度為按照現狀挖方后地面標高。

圖1　場區現狀地形圖

工況2：土體應力狀態發生變化，考慮土的應力歷史。即計算自重壓力P0時，土樣深度為按照挖方前地形圖反映的原地面標高情況，反算當前土樣在原地面下的埋深。

工況3：位于現狀陡坎部位的土體，應力狀態未發生變化，計算自重壓力P0時，按照現狀地面標高計算。工況3反映的是土體的實際應力狀態。

土工試驗成果參數統計見表2。根據數據對比分析可知：

（1）在土體物理性質參數相差不大的情況，工況1所得的Es試驗數據要比工況2、工況3所測得的Es數據明顯偏小；

表1　場區地層一覽表

表2　土工試驗成果參數統計表

表3　場區地層一覽表

（2）在土體物理性質參數相差不大的情況，工況2所得的試驗數據更接近于工況3；

（3）將工況1與工況3（實際工況）進行對比分析可知，本次試驗中不考慮土體應力造成的力學參數的偏差最大超過40%，且淺部土工試驗數據受影響較大，隨著取樣深度增大，影響逐漸減小。

結論：考慮土體應力歷史在更大程度上揭示了土體的實際物理力學性質。而按照工況1布設的土工試驗未考慮土體應力歷史，造成試驗所得的土體力學性質參數偏小，若按照偏小的參數進行后期地基基礎設計將會造成不必要的浪費，導致工程投資增大。

2.2某住宅小區項目

2.2.1場地地形地貌

圖2　場區現狀地形圖

某住宅小區項目工程場地位于北京市門頭溝區，屬于山前洪沖積扇地帶，自然地形基本平坦，略呈西高東低之勢。勘探期間擬建場地內有一大型渣土堆，高約6.0m，導致局部地形起伏較大，詳見圖2。勘察期間測量的勘探鉆孔孔口處地面標高為90.73～97.85m。

2.2.2場地地層條件

根據對現場勘探、原位測試與室內土工試驗成果的綜合分析，在巖土工程勘察勘探深度范圍內（最深45.00m）的地層，按巖性及工程特性可劃分為8個大層及亞層，詳見表3。

2.2.3對比分析

本次試驗分別在土堆上（工況3）、土堆旁（工況4）2處進行鉆探并按照不考慮土體應力歷史布設土工試驗。試驗數據見表4。由試驗數據對比分析可知，不考慮土體應力歷史的情況下，試驗所得的土體物理力學指標偏大。而場區土層在上覆堆土的堆載下，時間較短，土體在較短的時間內遠未完成現狀條件下的固結，若按照現狀地面標高布設土工試驗將會造成相關土工試驗成果參數（如Es）大于實際參數（本工程Es最大偏差達60%以上），將嚴重影響工程分析結果，直接影響工程安全。

表4　土工試驗成果參數統計表

3　總結

挖填方改變了土體的應力狀態，而土體在現狀應力條件下的固結是一個長期的過程。這就要求我們在對存在挖填方的場區進行勘察施工前，應充分搜集場區原有地形地貌資料，充分考慮土體應力歷史對土體物理力學性質的影響，正確評價場區工程地質條件。否則將造成工程投資偏大或直接影響工程的安全。

［1］陳希哲.土力學地基基礎［M］.清華大學出版社，1998.

［2］中華人民共和國國家標準.GB 50021-2001巖土工程勘察規范［S］.2009年版.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［3］《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊［M］.4版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

TU47

A

1004-5716（2016）06-0008-03

2016-03-01

2016-03-02

高光亮（1984-），男（漢族），河北邯鄲人，工程師，現從事巖土工程勘察、設計施工工作。