３４ 铁道勘察 ２０１４年第３期 文章编号：１６７２—７４７９（２０１４）０３—００３４—０４ 原位测试在地铁勘察岩土参数求取中的应用 易 鑫 潘瑞林 孙宝忠 （中铁工程设计咨询集团有限公司，北京１０００５５） Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｉｎ－ｓｉｔｕ ｔｅｓｔ ｉｎ Ｍｅｔｒｏ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ＹＩ Ｘｉｎ ＰＡＮ Ｒｕｉ－－ｌｉｎ ＳＵＮ Ｂａｏ－－ｚｈｏｎｇ 摘要 以太原地铁２号线为例，运用标准贯入、静力触探、旁压、扁铲侧胀、十字板剪切等多种原 位测试方法，求取岩土体的静止侧压力系数、基床系数、地基土承载力、变形模量等岩土力学参数，结合 室内试验成果及规范和经验值，综合确定岩土参数建议值。 关键词原位测试地铁工程勘察岩土参数 中图分类号：ＴＵ４１３ 文献标识码：Ｂ １ 主要岩土力学参数的原位测试求取方法 １．１ 静止侧压力系数 （１）扁铲侧胀试验 静止侧压力系数 ，可通过扁铲侧胀试验成果中 土的水平应力指数Ｋ。与 的关系式求取，依据《铁 始压力，尺。为初始压力时旁压器对应的径向位移。但 上式所算的基床系数主要是旁压试验弹性阶段的值， 实际工程当中多为弹一塑性阶段或塑性阶段，计算值 与规范和实际值偏差较大。实际应用时应结合土类、 工况环境、应力条件乘以相应的修正系数Ｌ６ｊ，黏性土 修正系数为０．２５～０．３４，饱和砂土层修正系数为 ０．２０～０．３０。 路工程地质原位测试规程》（ＴＢ１００４１—２００３）…公式 １２．４．７计算 Ｘｏ＝０．３０ （２）扁铲侧胀试验 饱和黏性土、饱和砂土及粉土的水平基床系数 （适用于Ｋ。为１．５～４．０的一般饱和黏性土） （２）室内试验及经验公式 可采用《铁路工程地质原位测试规程》（ＴＢＩＯ０４１— ２００３）公式１２．４．９计算 Ｋｈ＝０．２ｋｈ；ｋｈ＝１ ８１７（１一Ａ）（Ｐ１一Ｐ０） 静止侧压力系数 也可采用室内试验、经验公式 法求取。室内试验测定方法有侧压力仪法与三轴仪 法。经验公式法采用：砂性土Ｋｏ＝１一ｓｉｎ ；黏性土 ＝式中，ｋ 为侧胀仪抗力系数，Ｐ 一Ｐ。为土体膨胀 １．１０ ｍｍ与膨胀前的压力增量，Ａ为孔隙压力系数，可 参考表１选取。 表１饱和土的Ａ值 ０．９５一ｓｉｎ ，式中， 为有效内摩擦角。 （１）旁压试验 １．２基床系数 预钻式旁压计算水平基床系数 通常采用公 式 Ｋｈ：（Ｐ，一Ｐ０）／（Ｒｆ—Ｒ。）确定。其中Ｐｆ为临塑压 妻 Ａ 粉土 ０～０ １ ５ ０ ２５～Ｏ．５Ｏ Ｏ ０ ２５ ０ ０ １０～０ ２０ ０ １ ５ ０ ２Ｓ 力，Ｒ 为临塑压力时旁压器对应的径向位移， 为初 （３）标准贯入试验 基床系数可采用《城市轨道交通岩土工程勘察规 收稿日期：２０１４—０２—２Ｏ 第一作者简介：易鑫（１９８２一），男，２００９年毕业于中国地质大学（北 京）地下建筑工程专业，硕士，工程师。 范》（ＧＢ５０３０７－－２０１２） 给出的基床系数与标准贯入 试验锤击数的经验关系计算，即Ｋ＝（１．５～３．．０）Ｎ。 通过标贯击数求取垂直、水平基床系数可按以下公 原位测试在地铁勘察岩土参数求取中的应用：易 鑫潘瑞林孙宝忠 ３５ 式ｌ 计算：垂直基床系数Ｋ ＝２Ｎ；水平基床系数 Ｋｈ＝４Ｎ。 经验值选取。 １．４ 变形模量 （１）旁压试验 旁压试验确定土的变形模量 ，可通过旁压剪切 模量Ｇ 与变形模量Ｅ。的经验关系求取。 （４）室内试验及规范经验值 基床系数可采用通过室内固结试验中压缩模量计 算 ８ 求取。对于砂土、粉土，计算公式为Ｋ １．８５Ｅｓ 、对于黏性土，计算公式为Ｋ 一３．３０Ｅ 。也 可根据岩土类别、状态、密实度，参考《城市轨道交通 黏性土可参考《铁路工程地质原位测试规程》 （ＴＢ１００４１－－２００３）中表７．４．８—１确定。砂类土可根据 岩土工程勘察规范》（ＧＢ５０３０７－－２０１２）附录Ｈ中经验 公式Ｅｏ＝ＫＧ 求取，式中Ｋ为变形模量转换系数，可 值选取。 １．３地基承载力 （１）旁压试验 根据旁压试验特征值计算一般土的地基土承载 力，可采用临塑荷载法公式计算 ＝ 。， 式中厂ａ 为地基土承载力特征值；ｐ 为临塑压力； Ｐ。为初始压力。 对于旁压试验曲线过临塑压力后急速变陡的土， 计算地基土承载力可采用极限荷载法 ＝Ｐ了Ｌ－－Ｐｏ， １’Ｓ 式中 为地基土承载力特征值；ｐ 为极限压力； Ｐ。为初始压力；Ｆ 为安全系数，一般取２～３，也可根 据地区经验确定 Ｊ。 （２）标准贯人试验 国内外关于标准贯人试验锤击数确定地基承载力 的经验关系式较多，可参考《工程地质手册》（第四 版） 相关内容选取。 黏性土、粉土通过标贯击数确定地基承载力选用 Ｔｅｒｚａｇｈｉ回归式ｆｋ＝１２Ｎ，砂类土承载力参考表２选取。 表２砂土承载力特征值 ｋＰａ Ⅳ 土类 — — — — — — 中、粗砂１８０ ２５０ ２８０ ３１０ ３４０ ３８０ ４２０ ４６０ ５００ 粉、细砂１４０ １８０ ２００ ２３０ ２５０ ２７０ ２９０ ３１０ ３４０ （３）静力触探试验 静力触探确定地基基本承载力 。，可根据土层类 别、比贯入阻力Ｐ ，参考《铁路工程地质原位测试规 程》（ＴＢ１００４１－－２００３）中表１Ｏ．５．１６—１中相应公式 求取。 黏性土（Ｑ４）盯ｏ＝５．８￣／Ｐｓ－４６ Ｐｓ≤６０００ ｋＰａ 砂土及粉土 ｏｒｏ＝０．８９Ｐ０ｓ们＋ｌ４．４ Ｐｓ≤２４ ０００ ｋＰａ （４）规范经验值 地基基本承载力可根据岩土类别、状态，参考《铁 路工程地质勘察规范》（ＴＢ１００１２－－２００７）Ｅ ３］附录Ｄ中 按表３取值。 表３变形模量转换系数ｆ（ （２）静力触探试验 静力触探试验确定土的变形模量Ｅ。参考《铁路 工程地质原位测试规程》（ＴＢ１００４１－－２００３）中表 １Ｏ．５．１８—２中相应公式求取。 软土及饱和黏性土（Ｑ ）Ｅ。＝６．０３ ＋０．８ ０．０８５ ＭＰａ≤ｐ。４２．５ ＭＰａ 细砂、粉砂、粉土 Ｅ。＝３．５７ １ ＭＰａ≤ｐ ≤ ２０ ＭＰａ （３）标准贯入试验 国内外关于标准贯入试验锤击数确定土的变形参 数的经验关系式较多，可参考《工程地质手册》（第四 版）相关内容选取。标贯击数确定土的变形模量 选用Ｗｅｂｂｅ关系式 ＪＥｏ＝２．０＋０．６Ｎ求取。 （４）理式计算 土的变形模量Ｅ。可采用理论关系式 Ｅ。＝ （卜 ）Ｅｓ求取，式中 为泊松比，Ｅｓ为压缩模量。 必须指出，上式只是 与Ｅ 的理论关系，是基于线弹 性假定得到的，而土体并不是完全的弹性体。 １．５无侧限抗压强度 （１）标准贯入试验 通过标准贯入锤击数Ⅳ确定无侧限抗压强度ｇ ， 可采用Ｔｅｒｚａｇｈｉ和Ｐｅｃｋ建立了 与ｑ 的经验关系进 行，见表４。 表４ Ｎ与稠度状态和无侧限抗压强度的关系 Ｎ ＜２ ２～４ ４～８ ８—１５ １５～３０ ＞３０ 稠度状态 极软 软 中等 硬 很硬 坚硬 ｑｕ／ｋＰａ＜２５ ２５—－５０ ５０—。１００ １００—・２００ ２００—－４００ ＞４００ （２）室内试验及经验查表 室内采用应变控制式无侧限压缩仪试验求取无侧 限抗压强度，同时也可参考《工程地质手册》（第四版） ３６ 铁道勘察 ２０１４年第３期 表３－１—３３选取。 １．６土灵敏度 （１）十字板剪切试验 通过十字板剪切试验求取饱和软黏性土的灵敏度 ｓ．，可采用《铁路工程地质原位测试规程》（ＴＢ１００４ｌ一 ２００３）公式６．４．３计算 Ｓｔ＝ｓ ／ｓ 式中； 为土层的十字板剪切强度平均值；ｊ 为土层的 重塑土强度平均值。 （２）室内试验及经验查表 室内可根据原状土的无侧限抗压强度与重塑土的 无侧限抗压强度之比取得 Ｓ ＝一ｔ／ｕ（该公式只适用于 —０的饱和软黏土） ｇ 式中ｑ 为具有与原状土相同密度和含水量，并彻 底破坏其结构的重塑土的无侧限抗压强度（ｋＰａ）。 同时也可参考《工程地质手册》（第四版）表３—１— ３４选取。 ２ 工程应用 ２．１工程地质条件 太原轨道交通２号线一期工程人民南路一化章街 站段共２站１区间，１条出入线，全长２．８１５ ｋｍ。车站 与出入线采用明挖法施工，区间采用盾构法施工，结构 底板最大埋深为２３．０２９ ｍ。该段地貌单元为太原盆 地汾河漫滩，地形开阔平坦，主要地层如下。 （１）第四系全新统冲、洪积地层（Ｑ 邮 ） 粉质黏土（２－２）：黄褐色，软塑一可塑； 黏质粉土（２－３—１）：灰褐色，稍密，潮湿一饱和； 粉细砂（２－４—１）：灰褐色，稍密，饱和； 粉细砂（２—４—２）：褐黄色，中密，饱和； 中砂（２—５）：褐黄色，中密，饱和。 （２）第四系上更新统冲、洪积层（Ｑ ａｌ＋ｐＩ） 粉质黏土（３—３）：黄褐色，可塑； 黏质粉土（３－４—１）：灰黄色，中密，饱和； 粉细砂（３—５）：褐黄色，密实，饱和。 地下水类型为第四系松散层孔隙潜水，地下水埋 深较高，勘察期间地下水埋深约０．４—４．７ Ｉｎ。 ２．２ 应用成果 在该段线路的岩土工程勘察中，运用了多种原位 测试手段，包括标准贯入试验、静力触探试验、旁压试 验、扁铲侧胀试验、十字板剪切试验。完成工作量：静 力触探完成７０７．６ ｍ／３７孔，旁压试验完成１ｌ９点／ １２孔，扁铲侧胀试验完成５１５点／１３孔，标准贯人试验 完成２６１４次／１６８孔，十字板剪切试验完成３８点／ １０孔。多种原位测试手段在求取静止侧压力系数、基 床系数、地基承载力、变形模量等参数上进行了广泛的 应用。同时，结合室内试验成果以及规范经验，综合给 出了各土层物理力学参数的建议值。 各地层静止侧压力系数综合选取见表５。 表５土的静止侧压力系数 ①室内试验值为各层平均值； ②扁铲试验采用《铁路工程地质原位测试规程》（ＴＢ１００４１－２００３） 按公式ｌ２．４．７计算得； ③经验公式法采用Ｋｏ＝０．９５－ｓｉｎ￣ｏ （黏性土）、Ｋ０＝１一ｓｉｍｐ （砂性 土）； ④查表法依据《工程地质手册》（第四版）表３—１—２５。 各地层垂直、水平基床系数综合选取见表６、表７。 表６垂直基床系数统计表 ＭＰａ／ｍ ①压缩模量计算：对于砂土、粉土，计算公式为Ｋ ≈１・８５ｘＥｓ。对 ２、于黏性土，计算公式为Ｋｖ一３．３０ｘＥｓ１ ２； ②标贯经验公式法采用Ｋ ＝２Ⅳ； ③规范经验值按《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（ＧＢ５０３０７－－ ２０１２）附录Ｈ。 表７水平基床系数统计表 ＭＰａ／ｍ 原位测试在地铁勘察岩土参数求取中的应用：易 鑫潘瑞林孙宝忠 ３７ 续表７ ①扁铲试验采用《铁路工程地质原位测试规程》（ＴＢ１００４１－２００３） 按公式１２．４．９计算得； ②标贯经验公式法采用 ＝４Ⅳ； ③规范经验值按《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（ＧＢ５０３０７－－ ２０１２）附录Ｈ。 各地层地基承载力综合选取见表８。 表８地基土承载力特征值 ｋＰａ 注：（￣ＴＢ１００１２－－２００７））为《铁路工程地质勘察规范》；标准贯人试验、旁压试验、静力触探试验确定的承载力分别见表６．３．２、６．３．４及６．３．１。 各地层变形模量综合选取见表９。 表９变形模量Ｅｏ ＭＰａ 主要地层的无侧限抗压强度综合选取见表ｌ０。 系数、基床系数、地基承载力、变形模量、无侧限抗压强 表１０无侧限抗压强度ｑｕ ｋＰａ 度、灵敏度的求取方法进行了总结，可为同类工程中以 层名及层号 丽建议值上各参数建议值的选取提供参考。 ／ｋＰａ 参考文献 ［１］ ＧＢ５０３０７－－２０１２城市轨道交通岩土工程勘察规范［Ｓ］ ［２］ＴＢ１００１８－－２００３ Ｊ２６１－－２００３铁路工程地质原位测试规程［Ｓ］ ［３］ＴＢ１００１２－－２００７ Ｊ１２４－－２００７铁路工程地质勘察规范［Ｓ］ ［４］常士骠，张苏民．工程地质手册（第四版）［Ｍ］．北京：中国建筑工 注：①经验查表法依据《工程地质手册》（第四版）表３－１－３３； 业出版社，２００７ ②标准贯入试验确定法按《工程地质手册》（第四版）表３－３—７。 ［５］潘瑞林，等．地铁勘察中综合方法确定基床系数［Ｊ］．铁道勘察， 饱和软黏土及软粉土的灵敏度选取见表ｌ１。 ２０１３，３９（３） ［６］刘志强，刘兴云，等．旁压试验在地铁勘察中的应用［Ｊ］．广州建 表１１灵敏度Ｓｌ 筑，２００６（５） 地层 原状土抗剪重塑土抗剪 灵敏度 ［７］林宗元，等．岩土工程治理手册［Ｍ］．沈阳：辽宁科学技术出版 强度Ｃｏ／ｋＰａ强度Ｃｕ／ｋＰａ计算值建议值 评价 社，１９９３ ［８］ 仲锁庆．关于用室内固结试验方法确定地基土基床系数的探讨 ［Ｊ］．岩土工程界，２００４，７（１２） ［９］ 易庙子．原位测试求取岩土参数应用总结［Ｊ］．城市勘测，２０１３ ３ 结束语 （２） ［１０］高大钊，等．土质学与土力学［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１ 结合太原地铁２号线勘察应用实例对静止侧压力
