PT型袖珍貫入儀在海岸帶地區工程地質調查中的應用

徐華，徐建國，張卓，張濤，紀汶龍

(山東省地質調查院，山東 濟南 250013)

0 引言

PT型袖珍貫入儀適用于原位或室內測定一般粘性土、軟土及黃土的液性指數、壓縮模量及粗估土的承載力等，利用該儀器，能提高地基土的描述精度，變手感鑒別為定量測試，在工程地質調查野外描述中是一種方便實用的儀器。

PT型袖珍貫入試驗在工程勘察中已得到一定程度的應用，部分地區也建立了袖珍貫入阻力與土的液性指數、壓縮模量及承載力基本值的相關關系式[1-4],但對試驗的研究程度還是較為薄弱，尤其在海岸帶地區，目前國內還為空白。該文建立的萊州灣地區的袖珍貫入阻力與土的物理力學參數的相關關系式，對其他海岸帶地區的工程勘察具有一定的借鑒價值。

1 PT型袖珍貫入儀試驗概況

該儀器每套配有A，B，C三個測頭，以適應軟硬程度不同土質的需要，A測頭適應較軟土，C測頭適應較硬土，B測頭適應一般土。儀器規格及主要技術參數見表1[5]。

表1 儀器規格及主要技術參數

在野外工程地質鉆探施工中，可以通過對巖心的現場貫入試驗，及時準確地判斷土的物理力學性質。將鉆孔巖心柱，由上向下從中間剖開，必須選取有代表性的巖心段，巖心段直徑一般不小于10cm，長度一般不小于20cm，用削刀整平表面，不得反復涂抹。在所選巖心段中部位置選擇貫入點，將測頭勻速貫入土內，至測頭上刻度線與土面接觸為止，壓入時測桿與土樣表面必須垂直。每個貫入試驗樣所測試貫入點個數不少于3個，各貫入點之間的距離不小于3倍測頭直徑，將各貫入點所測數值中偏差較大者剔除，取其余讀數的平均值作為試驗結果。

2 萊州灣地區巖土類型和特征

萊州灣地區共形成5個海相層和6個陸相層[6-9]。沉積厚度一般55～80m，由海向陸方向逐漸變薄。根據沉積物的顏色、成分、結構、構造所含的古生物及沉積物本身的原始產狀等，又將海相地層劃分為潮坪相、三角洲前緣相、河口砂壩、河口邊灘和淺海相；陸相地層劃分為河口三角洲相、泛濫平原相和湖沼相。

海相層：三角洲前緣相、河口砂壩相巖性多以亮黃棕色和黃棕色，稍密—密實的粉土、粉砂為主，局部地區夾有淤泥薄層；潮坪相、河口邊灘和淺海相巖性一般為黃棕色、橄欖棕色和橙色，軟塑—可塑的粉質粘土和粘土。

陸相層：河口三角洲相和泛濫平原相巖性以亮黃棕和黃棕色，可塑—硬塑的粉質粘土、粘土為主，局部夾有砂或粉土透鏡體；湖沼相巖性主要為棕色—黑色，軟塑—可塑的粘土和粉質粘土[10]。區內粘性土總厚度約占沉積地層總厚度的60%以上，大量的軟塑—硬塑的粘性土層，為開展袖珍貫入試驗提供了良好的試驗條件。

3 試驗指標相關性分析

袖珍貫入試驗與靜力觸探試驗、標準貫入試驗的原理是一致的，試驗數據存在一定相關性[11-12]。在萊州灣區域工程地質調查中，每個工程地質鉆孔旁同時施工雙橋靜力觸探孔，選取26個工程地質孔、靜力觸探孔組的袖珍貫入阻力(Pt)與靜力觸探試驗錐尖阻力(qc)、側壁阻力(fs)數據進行相關性分析，結果如表2所示。

表2 袖珍貫入試驗與靜力觸探試驗、地基土基本承載力數據

在數據選取時以同一孔組相同巖性的同一土層，即工程地質亞層作為基本統計單位，統計單位土層中袖珍貫入數據、靜力觸探試驗數據采用剔除異常值后的平均值。同樣方法選取區域內袖珍貫入試驗、標準貫入試驗數據89組，進行袖珍貫入阻力(Pt)與標貫修正擊數(N)的相關性分析。

圖1、圖2、圖3分別為袖珍貫入阻力與靜力觸探錐尖阻力、側壁阻力、標貫修正擊數值間相關性分析圖，表明土的微貫阻力值與靜探錐尖阻力、側壁阻力、標貫修正擊數值存在正相關關系，且相關性較高。

圖1 qc-Pt相關關系圖

圖2 fs-Pt相關關系圖

圖3 N-Pt相關關系圖

相關方程式為：

qc=0.0089Pt-0.417R=0.82

fs=0.128Pt-3.287R=0.76

N=0.0103Pt+1.052R=0.72

4 袖珍貫入試驗與地基土承載力基本值相關性分析

單橋靜力觸探早在1964年就研制試用并很快得到推廣和普及。在長期的理論研究和工程實踐過程中，人們將單橋靜力觸探比貫入阻力Ps與眾多的土性參數建立了較多經驗公式[13]。

由于萊州灣地區與天津地區晚更新世以來地層沉積環境基本相同[14]，地層結構、巖性亦大致相同[2]，具有相同沉積環境的工程地層一般具有大致相近的工程地質性質，其地基土層的物理力學性質也基本相同，故該文利用表2中雙橋靜力觸探數據，采用天津地區一般粘性土經驗公式：R=6.91Ps0.416(kPa)，計算了表中各工程地質土層天然地基基本承載力(R)，與相應袖珍貫入阻力值進行相關性分析(表2)。公式中Ps為單橋靜力觸探比貫入阻力，由于單、雙用探頭外形、幾何形狀和尺寸不同，使所測得的比貫入阻力Ps與錐頭阻力qc有明顯差別，故采用雙橋探頭時，就不能直接用錐頭阻力qc套用單探頭的經驗公式來求算地基土的各種指標，因而應將qc換算為Ps。綜合分析國內已有的幾個經驗公式，該文采用鐵科院提出的換算關系：各類土Ps=1.1qc[15-16]。

圖4為袖珍貫入阻力與地基土基本承載力相關性分析圖，表明土的袖珍貫入阻力值與基本承載力值存在正相關關系，且相關性較高。相關方程式為：

R=0.2401Pt+96.239

R=0.78

圖4 R-Pt相關關系圖

5 袖珍貫入試驗與土工試驗物理力學性質指標相關性分析

袖珍貫入阻力(Pt)是一項反映土物理力學性質的綜合性指標，那么其與土的力學性質指標液性指數(IL)、壓縮模量(Es1-2)應存在一定相關關系[17-20]。為分析研究它們之間的相關關系，該文選取了萊州灣沿岸同期進行了野外袖珍貫入試驗和室內土工試驗的一般粘性土樣品72組試驗數據進行相關性分析，分析結果如表3所示。

表3 貫入阻力與土工試驗力學指標匯總

圖5、圖6為袖珍貫入阻力與土的液性指數、壓縮模量的相關性分析圖，表明土的袖珍貫入阻力值與液性指數存在負相關關系、與壓縮模量存在正相關關系，且相關性較高。

相關方程式為：

IL=-0.566ln(Pt)+4.125R=0.91

Es1-2=0.007Pt+0.648R=0.78

圖5 IL-Pt相關關系圖

6 袖珍貫入試驗在工程地質調查中的應用

在海岸帶地區工程地質勘察、施工驗槽等工作中，對于粘性土層可直接在野外現場通過袖珍貫入試驗，依據該文建立的貫入阻力值與土的物理力學

圖6 Es1-2-Pt相關關系圖

指標相關關系式，估算土的液性指數、壓縮模量及基本承載力值，達到快速了解土的物理力學性質，提高土的描述精度與工作效率，對土的工程性質作出較準確地判斷和評價。為便于公式的野外應用，該文根據IL-Pt,Es1-2-Pt及R-Pt相關關系圖，制定袖珍貫入阻力與土的物理力學性質指標對照(表5、表6、表7)，由袖珍貫入試驗阻力值可以直接查表確定土的狀態、壓縮模量及承載力基本值。

表5 袖珍貫入阻力與粘性土狀態關系對照

表6 袖珍貫入阻力與粘性土壓縮模量關系對照

表7 袖珍貫入阻力與地基土承載力基本值關系對照

7 結論

(1)該文所建立的袖珍試驗貫入阻力與土的液性指數、壓塑模量、承載力基本值以及與靜力觸探阻力、標準貫入試驗擊數的相關式均具有較高的相關性，可直接應用于海岸帶地區工程地質勘察、施工驗槽等工作中。

(2)袖珍貫入儀攜帶方便，操作簡單，試驗作為一種原位測試手段，具有數據處理快速、準確的特點，體現了明顯的經濟和社會效益。

(3)該文根據IL-Pt,Es1-2-Pt及R-Pt相關關系圖，制定了袖珍貫入阻力與土的物理力學性質指標對照表，便于公式的野外應用。

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