□胡 浩（信陽(yáng)市水土保持監(jiān)督監(jiān)測(cè)站）

1.引言

孔壓靜探測(cè)試（CPTU）是在測(cè)定錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力f s的同時(shí)，能測(cè)量探頭貫入時(shí)土層中的孔隙水壓力u，測(cè)量超孔隙水壓力△u隨時(shí)間消散的過(guò)程。既可以用超孔壓的靈敏性來(lái)對(duì)土體進(jìn)行準(zhǔn)確分層，還能通過(guò)超孔壓估算土層的不排水抗剪強(qiáng)度、固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)等。

2.測(cè)試概況

超孔壓消散試驗(yàn)采用的探頭截面積為15cm2的三橋電測(cè)探頭，可同時(shí)測(cè)量端阻、側(cè)摩阻以及由于觸探引起的孔壓和探頭傾斜。在探頭肩部裝備了水壓測(cè)量計(jì)，測(cè)量由于觸探引起的孔壓，采用真空抽氣飽和法對(duì)孔壓測(cè)量計(jì)進(jìn)行飽和。探頭的豎向角度偏差由探頭內(nèi)的測(cè)斜儀測(cè)量。

在孔壓靜探試驗(yàn)中，達(dá)到預(yù)定深度停止貫入，以測(cè)量由于觸探在土層中產(chǎn)生的超孔隙水壓力的消散過(guò)程。消散60%以上，視為消散結(jié)束。以下是采用的參數(shù)和定義：

Ui：初始孔隙水壓力，指在孔壓消散試驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)的孔隙水壓力M Pa。

Up：最高孔隙水壓力，一般在孔壓消散試驗(yàn)開(kāi)始后幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)M Pa。

Uf：最終孔隙水壓力，指在孔壓消散試驗(yàn)完成時(shí)的孔隙水壓力M Pa。

Uo：靜水壓力 M Pa。

Di ssi pat i on：超孔隙水壓力在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的消散比例%，這里：

或者，當(dāng)Ui=Up時(shí)，則按下式估算：

而任意t時(shí)刻的孔壓消散比例，則為：

這里，Ut是任意t時(shí)刻的孔隙水壓力。

通過(guò)對(duì)具體土層進(jìn)行孔壓消散試驗(yàn)可知：淤泥土由于滲透系數(shù)比較小，所需的消散時(shí)間較長(zhǎng)，消散比例為50%對(duì)應(yīng)的消散時(shí)間超過(guò)2000s；粉質(zhì)粘土與淤泥土相比，純粘土的滲透系數(shù)比較小，所需的消散時(shí)間也較長(zhǎng)，消散比例為50%對(duì)應(yīng)的消散時(shí)間小于300s；砂土由于砂層提供了良好的透水通道，所需消散時(shí)間較少，消散比例為50%對(duì)應(yīng)的消散時(shí)間僅為13s，完全消散（消散比例100%）的時(shí)間也不到300s。

3.試驗(yàn)分析

在本次孔壓靜探試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，探頭的結(jié)構(gòu)、操作方法、土層條件等都可能影響超孔壓消散試驗(yàn)結(jié)果。這也與他人研究結(jié)果吻合。下面從探頭的結(jié)構(gòu)、水壓測(cè)量計(jì)的飽和、貫入速率、土層特性等方面對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行分析總結(jié)。

3.1 探頭結(jié)構(gòu)

探頭的結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的是水壓測(cè)量計(jì)的位置，直接影響超孔壓消散試驗(yàn)結(jié)果。不同位置的水壓測(cè)量計(jì)測(cè)出的孔隙水壓力有很大的不同，在錐尖處最大，在錐肩處最小，錐面介于兩者之間。

3.2 水壓測(cè)量計(jì)的飽和

水壓測(cè)量計(jì)的飽和在測(cè)量孔隙水壓中極為關(guān)鍵，尤其是滲透性差的粘性土，影響更大。在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有充分飽和的水壓測(cè)量計(jì)，測(cè)量結(jié)果一般偏低，這是因?yàn)橛胁糠挚紫端畨毫Ρ凰畨簻y(cè)量計(jì)中的壓縮空氣吸收。在時(shí)間上也存在一定的滯后性，不飽和程度越高，滯后性越大。

3.3 貫入速率

貫入速率對(duì)孔壓測(cè)量結(jié)果的影響，與土層本身的滲透性密切相關(guān)。與端阻、側(cè)摩阻相比，孔壓測(cè)量受貫入速率的影響更為敏感。不同的貫入速率，對(duì)土層來(lái)講，就相當(dāng)于不同的排水條件。在不同的土層中，貫入速率在粉質(zhì)土中影響則為最重。這是因?yàn)樵诜圪|(zhì)土的貫入過(guò)程中，貫入速率的改變，對(duì)改變其排水狀態(tài)影響較大。

3.4 土層特性

孔壓消散試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的土層中，消散曲線(xiàn)有明顯的不同。這與土層本身的排水特性密切相關(guān)。一般是滲透性大的土層超孔壓消散快，滲透性小的土層超孔壓消散慢。通過(guò)本次測(cè)試，可以得出以下幾點(diǎn)：

3.4.1 砂土

對(duì)于砂土等粗粒土，其滲透系數(shù)較大（k≥1×10-4cm/s），相當(dāng)于排水狀態(tài)。超孔壓消散曲線(xiàn)表明，其超孔壓消散很快，對(duì)應(yīng)于消散水平為50%的消散時(shí)間t50一般不超過(guò)100s。

3.4.2 粘性土

對(duì)于粘土等細(xì)粒土，其滲透系數(shù)較?。╧≤1×10-7cm/s），相當(dāng)于不排水狀態(tài)。超孔壓消散曲線(xiàn)表明，其超孔壓消散很慢，對(duì)應(yīng)于消散水平為50%的消散時(shí)間t50一般在1000s以上，而且飽和度越高。

3.4.3 粉質(zhì)土

對(duì)于粉質(zhì)土，其滲透系數(shù)介于砂土和粘性土之間，相當(dāng)于部分排水狀態(tài)。超孔壓消散曲線(xiàn)表明，其超孔壓消散介于砂土和粘土之間，對(duì)應(yīng)于消散水平為50%的消散時(shí)間t50一般在500s左右。

4.超孔壓消散試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用

由于孔壓靜探試驗(yàn)可以連續(xù)測(cè)試，能夠區(qū)分出大于20m m的細(xì)薄軟弱夾層，可以更好地消除工程安全隱患。孔壓靜探試驗(yàn)測(cè)量的超孔壓及其消散過(guò)程，可以用來(lái)估算土層的固結(jié)系數(shù)、抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)。

4.1 不同消散程度下的固結(jié)系數(shù)比較

根據(jù)超孔壓的消散過(guò)程可以求得土層固結(jié)系數(shù)，與室內(nèi)試驗(yàn)相比，方便快捷，而且準(zhǔn)確性高。本次測(cè)試用Torst ensson固結(jié)系數(shù)估算公式，如下所示

式中：Ch為固結(jié)系數(shù)；

R為探頭錐肩半徑（cm）；

t為一定固結(jié)程度下的消散時(shí)間，一般可取t50；

T相應(yīng)于一定固結(jié)度的時(shí)間因數(shù)（通常取50%固結(jié)度）。

公式（4）為一定消散程度下的固結(jié)系數(shù)。對(duì)同一土層，測(cè)定不同消散程度的固結(jié)系數(shù)，研究消散程度對(duì)固結(jié)系數(shù)的影響。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)并運(yùn)用上式計(jì)算表明：不同消散程度下的固結(jié)系數(shù)變化不大，其平均值比較接近消散程度為50%時(shí)，即t50的值。

4.2 不同方法測(cè)定的固結(jié)系數(shù)比較

在實(shí)際應(yīng)用中，通常以現(xiàn)場(chǎng)沉降反算的固結(jié)系數(shù)為準(zhǔn)。

通過(guò)對(duì)超孔壓的消散試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)沉降反算三種方法結(jié)果的比較，結(jié)果表明：孔壓靜探試驗(yàn)求得的固結(jié)系數(shù)與室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果相比，兩者相差較大，室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果小，孔壓靜探結(jié)果大；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)沉降反算的固結(jié)系數(shù)與通過(guò)孔壓靜探求得的固結(jié)系數(shù)比較接近，偏差范圍為0.04-0.17之間，而與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果相差較大，偏差均＞0.90。

4.3 不排水抗剪強(qiáng)度

不排水抗剪強(qiáng)度是土層重要的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，目前多由現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)直接測(cè)出。根據(jù)孔壓靜探的錐尖阻力和超孔壓可以求出不排水抗剪強(qiáng)度，其關(guān)系式為

式中：Cu為不排水抗剪強(qiáng)度kPa；

qc為錐尖阻力kPa；

△u為超孔隙水壓力kPa；

k、c為常數(shù)，可以通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析求得。

通過(guò)對(duì)孔壓靜探估算和現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)實(shí)測(cè)兩種方法求得的不排水抗剪強(qiáng)度結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，通過(guò)孔壓靜探估算的不排水抗剪強(qiáng)度值與現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)實(shí)測(cè)的不排水抗剪強(qiáng)度值較為一致，偏差范圍在0.03~0.25之間。

5.結(jié)語(yǔ)

孔壓靜探測(cè)試超孔壓消散試驗(yàn)中，探頭的結(jié)構(gòu)直接影響結(jié)果修正，水壓測(cè)量計(jì)的飽和、貫入速率是保證測(cè)量結(jié)果的關(guān)鍵，測(cè)試過(guò)程應(yīng)特別重視。通過(guò)與其它測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果的分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)用孔壓靜探資料對(duì)土層一些物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行估算是可行的，加上該技術(shù)能較大地縮短勘察周期，且試驗(yàn)性能穩(wěn)定，值得在水利工程勘察及設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。

[1]林宗元.巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].第一版.遼寧：遼寧科學(xué)出版社，1994.357.

[2]蔡國(guó)軍，劉松玉，童立元，杜廣印.孔壓靜力觸探（CPTU）測(cè)試成果影響因素及原始數(shù)據(jù)修正方法探討.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)[J]，2006/14（05）-0632-05.