在砂土中采用重型動力觸探試驗進行液化分析的可行性分析與研究

張鎖柱，張小強

（1.華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021；2.河北省礦山地下水安全技術創新中心，河北石家莊050021）

1 分析可能發生的問題

根據GB50021-2010的要求，要對飽和粉土和飽和砂土進行液化分析必須采用使用標準貫入的試驗方法。但是實際生產往往達不到這樣的標準，因為標準貫入的試驗的特點是不可連續性，和標準貫入器的結構相矛盾，這樣的矛盾導致了標準貫入器在生產試驗中發揮不了預想中的實際效果[1]。

（1）標準貫入試驗每次的最佳深度是在300mm的底層，在地層垂向變化十分明顯的時候會降低數據的可靠性。

（2）標準貫入器的刃口會被砂土中的砂石破壞，形成無法修復的局面，從而導致標準貫入器不能夠正常工作情況發生。

（3）標準貫入器會受到砂土中砂石帶來的損壞，所以只能在粉土和部分砂土中的范圍內使用標準貫入試驗。

（4）標準貫入試驗存在斷斷續續的情況，不是十分的連貫。使用的范圍也只局限在礫石地層中，結構性的弊端十分明顯。我們就分析研究找尋它的替代品，是否可以取代它的作用來開展液化分析。開始總結概括出確定重型動力觸探試驗的條件和依據，是要根據勘察的地質的原位特性和適用性決定的。看看結果怎么樣，具不具有可行性[2]。

2 工程地質勘察采用的幾種原位試驗的特點與適用性

2.1 靜力觸探試驗

在錐形探頭壓入底層的時候，讓靜電壓力保持探頭的勻速下降，這樣可以持續的貫入，這種試驗范圍比較廣，包含一般粘性土、軟土、粉土、部分砂土、細顆粒的素填土。

2.2 標準貫入試驗

把高度設置為76cm的地方。使用重錘的重量為63.5kg，重錘擊打標準貫入器，預計進入的深度為300mm，標準貫入的數目其實與錘擊的數目一致。標準貫入器因為結構的特性導致其過程不能夠連續的進行。

礫石會對標準貫入器帶來無法修復的損傷，損傷后標準貫入器就不能按照預期的想法進行工作。使用的范圍只能有粉土、一般粘性土、部分砂土、殘積土、全風化與強風化巖。

2.3 重型動力觸探試驗

把高度設置為76cm的地方。使用重錘的重量為63.5kg，重錘擊打重型動力觸探頭，預計進入的深度為100mm，標準貫入的數目其實與錘擊的數目一致。重型動力觸探頭的結構特性保證了其可以連續、不間斷的作業，因其具有連續作業的特性，讓實驗中所有的數據是相關聯的。所以在對同一個巖性地層進行觸探時，就可以準確無誤的劃分地層[3]。重型動力觸探頭是不受砂土中礫石的損傷的，使用的范圍有砂土和部分碎石土，圖1是重型觸探儀。

圖1 重型觸探儀

2.4 超重型動力觸探試驗

把高度設置為多少時，使用重錘的重量為63.5kg，重錘擊打重型動力觸探頭，預計進入的深度為100mm，標準貫入的數目其實與錘擊的數目一致。重型動力觸探頭的結構特性保證了其可以連續、不間斷的作業，因其具有連續作業的特性，讓實驗中所有的數據是相關聯的。所以在對同一個巖性地層進行觸探時，就可以準確無誤的劃分地層[4]。重型動力觸探頭是不受砂土中礫石的損傷的，使用的范圍有砂土和碎石土。

3 定性分析重型動力觸探試驗

在符合國家規定的要求里，進行標準貫入式試驗最多的類型是飽和粉土、砂土?？墒菄业囊幎ú]有嚴格的界限，就導致液化分析的方式多樣的。最終確定重型動力觸探試驗進行液化分析，原因如下：

（1）重型動力觸探不受砂土中礫石的影響和破壞，在含有礫石的砂土中可以連續完整的數據。

（2）重型動力觸探試驗是可以不停歇、連續的工作。

（3）由于重型動力觸探試驗數據的連續完整性，可以進行液化分析和地層劃分[5]。

（4）在砂土中重型動力觸探試驗錘擊數目與地基土承載力、樁端測摩阻力、樁端阻力值、變形模量參數是連續的、穩定的。所以工程要勘察地質時，在砂土中使用進行重型動力觸探試驗的數據可以進行液化分析[6]。

通過以上分析的4點，能夠證明在砂土中使用重型動力觸探試驗，數據具有連續性的同時可以進行液化分析。

4 定量分析重型動力觸探試驗

計算標準貫入錘擊的公式：

砂土液化的標志是標準貫入擊數小于臨界值。通過以上公式，按照不利組合考慮選No=19、β=1.05、ds=20、dw=0、ρc≤3，Ncr=51.9。重型動力觸探試驗能夠液化分析的標志是N≤50。根據重型動力觸探擊數能夠計算標準貫入擊數的量。所以重型動力觸探試驗在砂土中進行液化分析是能夠實現的。以下談論該問題的定量分析：

標準貫入擊數經驗公式為：

公式里的標準貫入擊數目沒有換算桿的長度，重型動力觸探擊數目換算了桿的長度。

重型力接觸撞擊數N63.5和常規貫入系數N為相關參數。從公式（1）就可以得出，常規貫入系數N為10，并且逐步增加為15~50時，最終計算，得到N63.5中的，最為安全值，為常規貫入系數15時，此時，數值偏低，其余時，數值偏高，當N63.5在4~12范圍時，偏差的百分比依次降低。

從安全的角度出發對式（1）進行修改，修改后可以使用的公式如下：

N的數據從10開始，逐漸增加，每次增加最小間隔是5，這時得出的重型動力觸探擊數的誤差值在可允許的范圍內。

經過分析總結我們能夠得出，在遼寧省的范圍中的砂土，使用重型動力觸探儀進行試驗，得到的試驗數據是能夠支撐液化分析。重型動力觸探擊數N63.5與標準貫入擊數N是關系的，大量的實驗數據可以為其提供支撐。由此得出重型動力觸探試驗是在廣泛的類型土質中進行液化分析的[7]。

5 工程實踐

在項目工程地質勘察項目中，總共打孔的數目是120，其中進行液化分析的孔的數目是4個。保證分析數據更具有參考性、普遍性，液化分析孔和重型動力觸探孔相鄰，但也要保證有一定的距離，孔與孔之間最遠的距離不能夠超過25m。把液化分析孔的砂土標貫值與臨近孔的重型動力觸探值的數據填入表1，進行對比分析。

表1 分析重型觸探值與標準貫入值的不同

表中的數值反映出二者的數值大小基本幾乎相同。說明之前的預測更加貼近真實的情況。

6 結語

對重型動力觸探試驗和標準貫入試驗相關聯系進行研究。考慮砂土液化判斷和其他設計的參數，用來降低試驗次數，考慮判層和獲取更加多更加詳細的液化判別參數，非常適合于含砂石的砂土層，防止標準貫入器在含砂石的砂土層中不能夠按理論預想進行理想的試驗。在砂土中使用進行重型動力觸探試驗的數據可以進行液化分析，并且真實地反映地層的狀況。