综合分析法在确定土质地基承载力中的应用.doc

精品论文大集合综合分析法在确定土质地基承载力中的应用李健 河海大学土木工程学院，江苏南京 （210098） E-mail：lijian19770729sohu.com摘要：本文主要论述了在鲁西平原地区利用综合分析法提取岩土工程勘察报告中的土质地 基承载力的特征值，首先系统的描述了综合分析法的工作原理;其次是选取了当地一个勘察工程，根据当地的工程经验分别利用静力触探试验、标准贯入试验、土工试验确定承载力特 征值，在这三个数值的基础上运用综合分析方法确定了本工程的承载力特征值，经静荷载试验验证符合要求，为建设方节省了建设资金，同时也保证了工程的安全性，避免了经验取值 过于保守的现象，为力学参数的取值在经验的基础上增加了理论分析的元素。关键词：综合分析法；静力触探试验（CPT）；标注贯入试验（SPT）；土工试验 中图分类号：TU191. 引 言岩土工程勘察在现阶段仍是一门经验性比较强的科学，岩土工程勘察技术人员在提取土 质地基力学参数地基承载力特征值时主要依据静力触探试验、标准贯入试验、土工试验； 笔者认为这三种方法各自具有自己的优缺点，如果分别用这三种方法确定力学参数，根据当 地工程经验，可能适用，但有时也可能使所取参数的安全系数偏低或过于保守，这势必对工 程地基基础的设计造成较大的影响。在这种情况下，笔者认为把这三种方法有机的结合起来， 综合分析各种方法的优缺点，分析各种方法的工作条件和所提取的力学参数的可靠性，基于 这种思想，通过一个具体的工程来验证综合分析法可用性。2. 综合分析方法的原理2.1 当地在工程勘察中主要利用的三种方法将静力触探探头恒速压入土中，由于土层的阻力，使探头受到一定的压力；土层的强度 越高，探头受到的压力越大。通过探头内的阻力传感器，将土层的阻力转换为电信号，然后 用电子仪表测量出来，目前在国内工程静力触探中比较常用的是电桥原理。静力触探试验通 过探头传感器实现一系列量的转换：土的强度土的阻力 传感器的应变电阻的变化 电压的输出，最后用电子仪表放大和记录下来，达到获取土的强度和其他指标的目的1。标准贯入试验是利用一定的锤击能量，将一定规格的探头打入土中，根据贯入的难易程 度来判定土的性质。锤击能量一部分用于克服圆锥探头的贯入阻力，称为有效能量；另一部 分消耗于锤与触杆的碰撞、触探杆的弹性变形及与孔壁土的摩擦等，称为无效能量，其中有 效能量可表示为 Q( 为锤击效率、Q 为穿心锤的重量)。那么触探头的单位贯入阻力为 Qd（kPa），则 Qd=QHN/Ah(H 为穿心锤的落距、A 为触探头的横截面积、h 为贯入深度、N 为 锤击数)，可见探头的单位贯入阻力和锤击数 N 成正比关系1，由此可见可由锤击数反映岩土地基的力学参数。室内压缩试验是在固结仪上分级加荷,某一级荷载 Pi(kPa)作用下压至变形稳定时,测出 土样在该级荷载作用下的稳定变形量 Si(mm),再加下一级压力,试验完毕后,得到各级压力及 其相应位移的一组数:Pi,Si(i=1,2,3,n),由于室内压缩试验是在侧限的条件下进行的，土体 试样在受压前后的截面积是不变的，同时我们假设土颗粒的体积是不变的，可得在每级荷载 下的孔隙比 ei=eo-Si/ho(1+eo)（eo 为天然孔隙比、ho 为土体试样的原始高度）。由上式可见- 4 -ei 与 Si 成直线关系，可得 e-lgp 曲线如图 1 所示：e12.5lgp(kPa)lgps(mm)图1 e-lgp曲线 图2 s-lgp曲线可见在 e-lgp 曲线中前段和后段都接近于直线，而中间段为曲线。土样在某级荷载作用下达 到变形稳定时相应的应变值 i=Si/ho, 可得在每级荷载下的孔隙比 ei=eo-i(1+eo)，则 e-lgp 曲线、- 曲线与 slgp 曲线的外观形式相同，一般粘性土的 slgp 曲线如上图 2 所示2。 在实际操作中土工试验的受力情况和静荷载试验的受力情况是相似的，根据静荷载试验的方 法，我们取直线段端点（比例极限）作为地基承载力的标准值。2.2 综合分析法的原理在工程中我们经常会用到以上三种方法，但我们只是停留在各自为政的境界，只是利 用其中一种方法，而忽视了它们之间的有机联系，笔者认为在工程应该综合利用这三种方法。 我们在规范操作各种试验方法的基础上，得出各自的试验值了，然后我们综合分析各种方法 的局限性可能造成的试验数值的偏差，对所有的数据进行互相对比验证，对试验数据进行调 整，最后确定更加符合实际的承载力特征值。2.3 试验中所得原始数据的处理方法在每种试验中我们都会得到大量的原始数据，但由于各种原因的存在，有时数据之间 有很大的差距，甚至不具有代表性。在这种情况下我们主要采用了格拉布斯(Grubbs)方法， 去除异值，然后利用文献3中提供的下列统计学公式求取各种原始数据的标准值，再将数据 的标准值代入地区性的经验公式，求出所需的地基承载力标准值。Ak=RsAmRs=1 ± (1.704/ N + 4.678 / N 2 )Ak：数据的标准值；Rs：统计修正系数；Am：数据的算术平均值；N：数据的个数；：变异系数3. 实际工程中地基承载力的取值在鲁西地区某纪念馆工程中，利用这三种方法对自然地坪下 3.5 米处的一般粘性土的承 载力特征值进行了计算，所得数值如表 1 所示：表 1承载力特征值对比表方法项目静力触探试验标准贯入试验土工试验承载力特征值（kPa）1301101254. 地基承载力差值产生的原因分析在本工程中我们在勘察报告中提取的本层粘性土的承载力特征值是 130 kPa，但设计单 位对此提出了异议，认为一般情况下本地区在 3.5m 左右的粘性土的承载力取值为 110120 kPa 之间，建议我们对地基承载力特征值进行核实，经过我们的核实认为 130 kPa 符合实际 情况，可直接作为设计参数。对本工程的核实我们主要从以下三个方面进行：（1）在该工程的静力触探试验中我们规范的进行操作，同时我们所使用的当地的静力触 探试验经验公式具有很好的线性回归和相关性，所以我们认为静力触探试验所得数据可靠、 可信。在静力触探试验和静荷载试验的对比使用中我们发现，由于这两种方法的工作原理不 同，通常在一般粘性土中静力触探试验所得岩土参数数据小于静荷载试验的数据4，所以我 们认为静力触探试验的数据据有足够的安全系数。（2）在对本工程的标准贯入试验数据的统计分析中，发现试验数据的变异系数为 0.21， 大于 0.20，试验数据的变异性稍大。在标注贯入试验中对土层的分层情况与静力触探试验对 比分析发现基本一致，所以分层基本正确，那么在本层粘性土中随着标准贯入试验深度的增 加导致了试验数据离散性偏大；同时由于在钻探的基础上进行的标准贯入试验对原状土扰动 性较大，综合判定标注贯入试验所得的岩土参数值较实际情况低。（3）在本工程的现场取样中，由于工程现场和实验室的距离较近，加之我们现场操作的 规范性，较好的解决了现场取样、封样、土样运送和室内试验工作，我们认为实验数据具有 可信性；同时自然界中的岩土体很少是均质的，而我们所测试的土样在体积上是很有限的， 在取样、试验等过程中又造成一定程度的应力释放，所以通常实验数据会小于实际数据。但 由于我们的规范操作、试验条件的逼真模拟，所得数据和实际情况应该比较接近。（4）本工程通过现场的静荷载试验所得的试验数据是 132kPa，经静荷载试验验证可得 我们所提取的承载力特征值可靠。通过以上的综合分析，在经验的基础上增强了所提取的地基承载力特征值（130kPa）的 理论说服力，有效的降低了工程造价。5. 结论（1）地基承载力参数的提取对工程相当重要，利用以上各种方法根据当地的工程经验都 能得到数据，但到底可靠与否我们缺少根据，可能在无形中造成经济上的浪费或降低了工程 的安全系数，综合分析法有效的解决了这些问题。（2）综合分析方法把几种方法有机的结合起来，分析各种方法所得数据和实际的差距， 在对它们进行互相验证的过程中，得到切实符合实际的数据。经验证这种方法所得的数据是 可信的、可靠的。参考文献1 袁灿勤,王旭东,韩爱民,等.钻探与现场原位测试M.南京:河海大学出版社,20052 刘晓红,曾文德. 地基承载力评价方法探讨J.长沙:湖南理工学院学报（自然科学版）,2004,Vol.17 No.2 3GB50021-2001.岩土工程勘察规范S.北京:中国建筑工业出版社,20014梁允尚.对静力触探地基承载力公式的分析研究J.南京:岩土工程学报,1987,Vol.9,No.4With a comprehensive analysis to determine the soil bearing capacityLi JianSchool of civil engineering , HoHai University, Nanjing (210098)AbstractIn this paper, I mainly discuss three methods to determine the bearing capacity of the soil foundation inthe Geotechnical engineering investigation report. In the first,I discuss the basic working principle of the method; the second, I select a local works,determine the parameters with three methods, and pointout the difference among them，by the static load test to verify compliance, For the construction of thebuilding to save money, but also ensures the safety of the works, To avoid the experience of the value is too conservative, the mechanical parameters of the value of experience increase the theoretical analysis of the elements.Keywords: a comprehensive analysis method; CPT test; SPT test; Soil test