鎮江地區土層標準化應用

許程，徐為海，吳曉亮

(鎮江市勘察測繪研究院有限公司，江蘇 鎮江 212050)

1 引 言

基于當前城市化過程中建設用地規模持續擴大的現狀，結合區域地質一般呈現較為穩定的分布特征，建立一個根據地質時代、成因類別等因素劃分，使得巖土名稱、物理力學指標在一定范圍內大致匹配的區域標準地層序列具有積極的現實意義。近幾年來，全國各大城市基于區域地質調查研究成果，系統總結地區地質條件并劃分工程地質層組，對地層主要物理力學指標參數進行統計，從而構建區域工程地質標準地層層序和統一編碼。

各地區巖土工程師結合區域地質資料做了大量的統計分析工作并取得可觀的研究成果。肖裕生[1]等在歸納南京地區第四紀沉積環境的基礎上，總結了不同地貌和地質單元的地層層序特征，提出了統一分層的方法和統一的地層代號，并將南京地區第四系劃分為填土、新近沉積土、一般沉積土和老沉積土等4個大層和若干亞層，并提供各層土的基本物理力學性質、典型剖面。邵萬強等[2]通過采用多種第四系研究方法和手段確定了青島市市區第四系層序的劃分并與區域地層進行了對比，確定了層級地層單位和唯一地層序號。馬鋒等[3]基于《天津市地基土層序劃分技術規程》的地基土層序劃分原則，對典型工程地質的地層進行綜合分析，建立基本符合天津市平原區地層的標準層序表。仝霄金等[4]通過多種研究方法和手段，按時代-成因-巖性劃分了層級地層單位，并訂制了唯一地層序號，確定了濟南市市區標準地層層序的劃分。楊育文等[5]介紹了武漢都市發展區范圍內地殼從海相沉積過渡到陸相沉積的28組地層單元，并分析了其巖土組合特性。

2 鎮江地區土層標準化

鎮江地區地貌單元可劃分為山地丘陵、崗地、谷地、灘地等，結合典型土層分布情況，可歸納總結出地貌類型與土層組合特征：Q3地層一般以分布在低山丘陵、崗地區的粉質黏土為主，褐黃色或淡黃色，呈現硬塑～可塑相間的特點；Q4地層一般以分布在谷地、灘地的有機質土、淤泥質土、粉質黏土、粉土粉砂等軟弱土為主，黑色或灰色，沉積環境復雜，土質不均勻。

根據區域地質、地貌資料，結合巖土參數統計成果，可進一步細化鎮江地區標準地層，如表1所示。

以上系鎮江地區標準地層的土層特征簡單描述，對于同一土層中相間呈韻律沉積的土層中夾層、夾薄層的情況可根據實際情況作為次亞層進行編號，對于同一土層中土性狀態變化較大造成參數變異系數偏高的情況亦可作為次亞層進行編號。

3 土層劃分案例

3.1 土層細劃前典型參數統計分析

④層粉質黏土為晚更新世沉積形成的下蜀黃土，在鎮江地區分布較廣，主要見于山丘區和崗地區[6]。本節以鎮江新區某項目④層粉質黏土318組土樣數據為分析對象，相關土樣的物理指標參數、壓縮性指標參數統計情況如表2所示，指標參數分布直方圖如圖1所示。

表2 ④層粉質黏土參數統計情況

圖1 ④層粉質黏土指標參數分布直方圖

根據④層粉質黏土參數統計和分布特征可以得出以下結論：

(1)④層粉質黏土物理指標中的土粒比重變異系數基本接近于0，天然密度變異系數小于0.05，故可以將土粒比重、天然密度視作為確定性變量。

(2)④層粉質黏土物理指標中的含水量、孔隙比、液限、塑限、塑性指數的變異系數基本位于0.10左右，液性指數的變異系數接近0.70，故采用巖土工程概率設計方法時應考慮相關參數的變異性。

(3)④層粉質黏土壓縮性指標中的壓縮系數、壓縮模量的變異系數基本位于0.20～0.30之間，對于巖土工程沉降設計會產生較大的影響。

一般而言，評價某一巖土參數的離散程度時可采用標準差指標，評價不同巖土參數的離散程度時則更傾向于利用無量綱系數，即變異系數。進行巖土工程可靠性設計時，變異系數大小的影響不容忽視[7]。在理想條件下，巖土參數變異性取決于同一土層的土質成分、密實度和稠度等因素，因此，準確合理地劃分土層單元對于變異系數的統計和分析的準確性顯得尤為重要[8]。

3.2 土層細劃后典型參數統計分析

針對鎮江新區某項目④層粉質黏土土樣數據統計分析結果，結合場地地層狀況，可將④層粉質黏土進一步劃分④-1層粉質黏土、④-2層粉質黏土和④-3層粉質黏土。

(1)④-1層粉質黏土

④-1層粉質黏土物理指標參數、壓縮性指標參數統計情況如表3所示，典型參數分布特征如圖2所示。

表3 ④-1層粉質黏土參數統計情況

圖2 ④-1層粉質黏土典型指標參數分布直方圖

④-1層粉質黏土的典型指標參數正態檢驗如表4所示，正態Q-Q圖如圖3所示。

圖3 ④-1層粉質黏土典型指標參數正態Q-Q圖

根據表4關于④-1層粉質黏土典型指標參數正態檢驗(K-S檢驗和S-W檢驗)結果可知，典型參數中的含水量和液性指數的顯著性檢驗P值大于0.05，判定其呈現正態分布。通過正態Q-Q圖進行驗證，含水量和液性指數的觀察值與預期正態接近直線分布，說明數據符合正態分布特征。

表4 ④-1層粉質黏土正態檢驗

(2)④-2層粉質黏土

④-2層粉質黏土的物理指標參數、壓縮性指標參數統計情況如表5所示，典型參數分布特征如圖4所示。

表5 ④-2層粉質黏土參數統計情況

圖4 ④-2層粉質黏土典型指標參數分布直方圖

④-2層粉質黏土的典型指標參數正態檢驗如表6所示，正態Q-Q圖如圖5所示。

圖5 ④-2層粉質黏土典型指標參數正態Q-Q圖

根據表6關于④-2層粉質黏土典型指標參數正態檢驗(K-S檢驗和S-W檢驗)結果可知，典型參數中的含水量、孔隙比、液性指數和壓縮模量的顯著性檢驗P值均大于0.05，判定其呈現正態分布。通過正態Q-Q圖進行驗證，含水量、孔隙比、液性指數和壓縮模量的觀察值與預期正態均接近直線分布，說明數據符合正態分布特征。

表6 ④-2層粉質黏土正態檢驗

(3)④-3層粉質黏土

④-3層粉質黏土的物理指標參數、壓縮性指標參數統計情況如表7所示，典型參數分布特征如圖6所示。

表7 ④-3層粉質黏土參數統計情況

圖6 ④-3層粉質黏土典型指標參數分布直方圖

④-3層粉質黏土的典型指標參數正態檢驗如表8所示，正態Q-Q圖如圖7所示。

圖7 ④-3層粉質黏土典型指標參數正態Q-Q圖

根據表8關于④-3層粉質黏土典型指標參數正態檢驗(K-S檢驗和S-W檢驗)結果可知，典型參數中的液性指數的顯著性檢驗P值大于0.05，判定其呈現正態分布。通過正態Q-Q圖進行驗證，液性指數的觀察值與預期正態接近直線分布，說明數據符合正態分布特征。

表8 ④-3層粉質黏土正態檢驗

3.3 土層細劃前后典型參數統計對比分析

將土層細劃前后典型參數的標準差比值與變異系數比值進行統計分析，如表9所示。

表9 ④層粉質黏土細劃前后參數比值統計情況

由表9可知，經土層細劃后的④層粉質黏土參數的標準差與變異系數均有不同程度的削減，天然密度ρ值的標準差與變異系數為原數值的75%左右，含水量w值的標準差與變異系數為原數值的55%～75%左右，土粒比重GS值的標準差與變異系數幾乎未變，孔隙比e值的標準差與變異系數為原數值的60%～75%左右；液限wL、塑限wP、塑性指數IP比值變化稍小，其標準差與變異系數為原數值的50%～90%左右；液性指數IL值的標準差為原數值的25%～55%左右，變異系數為原數值的14%～120%；壓縮系數a1-2值的標準差、變異系數為原數值的40%～65%，壓縮模量Es值的標準差、變異系數為原數值的35%～80%。

需要指出的是，經土層細劃后的④-3層粉質黏土液性指數變異系數則增至120%，分析可知液性指數的平均值和標準差均因土層細分后有所減小，而平均值數值降幅大于標準差數值降幅，從而導致變異系數較土層細化前有所增大。因此，土層離散程度變化需結合標準差與變異系數進行分析考慮。

綜上所述，土性物理指標參數的變異系數一般小于壓縮性指標參數的變異系數，且土層細劃有助于進一步降低指標參數變異系數的大小。基于土體變異性分析作為巖土工程可靠性設計基礎這一情況，巖土工程師在針對區域巖土特性進行分析研究時應重視變異系數所反映的土性離散程度，并在區域土層標準化的過程中加以運用，從而有利于保證土層標準化劃分的準確性和參數取值的合理性。

4 結 論

工程建設一般需根據土體沉積環境、工程地質特性等因素將土體進行分層，同一土層的土體一般視為性質均勻土體，并以土性物理力學性質指標參數的平均值或標準值表示。鎮江地區土層標準化劃分可初步劃分為4個主要工程地質層，17個亞層，包含填土層、灘地沉積層、谷地淤積層、崗地沉積層等，并可根據具體情況進行次亞層劃分以滿足實際需求。

巖土工程師在針對區域巖土特性進行分析研究時應重視變異系數所反映的土性離散程度，而進行土層細分有助于進一步降低土性參數變異系數的大小。工程勘察過程中加強對地層成因時代和沉積環境的分析，有利于合理劃分土層；基于地區數據資料進行統一土層層序編碼與描述，有利于巖土資料的統計與類比分析。