余鵬 劉健斌

摘 要：文章通過(guò)對(duì)天水市新近系甘肅群半膠結(jié)泥巖現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)的整理統(tǒng)計(jì)，分析其工程特性，并根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)泥巖承載力進(jìn)行估算，對(duì)比分析出較為合理的估算方法，推斷出該地區(qū)本地層標(biāo)貫擊數(shù)與地基承載力關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式。

關(guān)鍵詞：半膠結(jié)泥巖；承載力基本容許值；試驗(yàn)分析

1 概述

新近系甘肅群半膠結(jié)泥巖，巖性以灰綠色、灰白色、磚紅色和紅褐色的泥巖為主，多呈互層出露，薄層狀碎裂結(jié)構(gòu)，在天水地區(qū)廣泛分布，該層具“半巖半土”的特性。在十天高速天水段高速公路勘察過(guò)程中，對(duì)該層進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)和巖石力學(xué)測(cè)試，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)資料的整理統(tǒng)計(jì)，分析其承載力基本容許值[fa0]。

2 地層概況

工程區(qū)內(nèi)出露的新近系地層主要為上新近系甘肅群上巖組（NG2）和下巖組（NG1）。

2.1 上巖組（NG2）

巖性為灰綠色泥巖、灰白色泥灰?guī)r、磚紅色泥巖等，多互層出露，巖體完整性極差，多呈薄層狀碎裂結(jié)構(gòu)，上部巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，多呈散體結(jié)構(gòu)。根據(jù)區(qū)域資料，該層厚度大于130m。主要分布于西和縣城、劉家磨到天水鎮(zhèn)及關(guān)同到董家莊一帶兩側(cè)的黃土塬上及沖溝兩側(cè)。

2.2 下巖組（NG1）

上部紅褐色泥巖、磚紅色粉砂質(zhì)泥巖、礫巖為主，中薄層，巖體較破碎。根據(jù)區(qū)域資料，該層厚度大于285m。該層頂部有厚約20余米的泥巖夾密集鈣板層，呈互層狀，單層厚度約0.5～0.6m。該標(biāo)志層是甘肅群上下巖組標(biāo)志性分層部位。主要分布于皂角鎮(zhèn)堡子山到店鎮(zhèn)峽門(mén)一帶和關(guān)同村附近。

3 地層特征

其物理力學(xué)性質(zhì)介于巖與土之間，根據(jù)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果，其飽和抗壓強(qiáng)度平均值為0.52～1.29MPa，重度20.3～20.6kN/m3，呈堅(jiān)硬至硬塑狀態(tài)，該層具有弱～中脹縮性，自由膨脹率平均值約38%。

該層巖性松軟，遇水軟化并具有膨脹性，該巖層由于沉積時(shí)代較晚，沉積時(shí)間較短，呈半膠結(jié)狀態(tài)，含泥量高，強(qiáng)度均較低，體現(xiàn)出柔性特征，裂隙不發(fā)育，各向異性不明顯，風(fēng)化程度呈漸變過(guò)渡狀態(tài)，很難找出風(fēng)化界線(xiàn)，也很難找出不同風(fēng)化狀態(tài)的承載力差異。

4 試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

為了便于試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)、對(duì)比和分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)和野外巖芯狀態(tài)，將泥巖按照現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)進(jìn)行粗略的劃分，以標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)30擊、60擊為界限點(diǎn)將泥巖分為三個(gè)層次，剔除異常值后，對(duì)泥巖有效的345組土工試驗(yàn)和56組巖石力學(xué)試驗(yàn)指標(biāo)分層進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

5 試驗(yàn)指標(biāo)分析

5.1 土工試驗(yàn)指標(biāo)分析

由于泥巖具有土的性質(zhì)，從土工試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，半膠結(jié)泥巖的液性指數(shù)I1和天然孔隙比e均比一般粘性土的值偏小，這說(shuō)明，泥巖在膠結(jié)巖化過(guò)程中，顆粒之間聯(lián)接更加緊密，孔隙減少，與半膠結(jié)泥巖的野外狀態(tài)較契合。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)值可以看出，泥巖的液性指數(shù)I1、壓縮模量越高，孔隙比e、壓縮系數(shù)α0.1-0.2越小，標(biāo)貫擊數(shù)N越大。

5.2 巖石力學(xué)指標(biāo)分析

由于泥巖具有半巖性質(zhì)，從巖石力學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可以看出，泥巖的飽和抗壓強(qiáng)度Rw<5MPa，屬極軟巖。這是由于泥巖的膠結(jié)時(shí)間過(guò)短，泥質(zhì)含量較高所致。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)值可以看出，泥巖的天然和飽和單軸抗壓強(qiáng)度與標(biāo)貫擊數(shù)成正比關(guān)系，抗壓強(qiáng)度越大，標(biāo)貫擊數(shù)也越高。

5.3 縱波波速值分析

新近系甘肅群半膠結(jié)泥巖巖質(zhì)較軟，因此縱波波速值Vp均較小。實(shí)測(cè)波速值越大，標(biāo)貫擊數(shù)也隨之增高。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，泥巖狀態(tài)越好，強(qiáng)度越高，標(biāo)貫擊數(shù)越大。因此，標(biāo)貫擊數(shù)可作為泥巖承載力估算的重要指標(biāo)。

6 各規(guī)范估算承載力比對(duì)分析

由于泥巖本身膠結(jié)狀態(tài)較差，在試樣制飽和時(shí)易沿沉積層理面和薄弱膠結(jié)面崩解，導(dǎo)致飽和單軸抗壓強(qiáng)度有效的試驗(yàn)結(jié)果較少，且泥巖遇水軟化明顯，飽和抗壓強(qiáng)度值無(wú)法代表實(shí)際地基巖體的強(qiáng)度，當(dāng)采用飽和抗壓強(qiáng)度估算其承載力時(shí)，小值與軟弱粘性土的值相當(dāng)，明顯偏小，大值也偏大。綜上，由于巖石力學(xué)試驗(yàn)成本較高，可得出的有效數(shù)據(jù)較少，值較離散，因此巖石力學(xué)指標(biāo)在新近系半膠結(jié)泥巖承載力估算的實(shí)際運(yùn)用中并不具有廣泛意義。

泥巖本身性質(zhì)與老粘土較為接近，土工試驗(yàn)代表性指標(biāo)也能較為清晰的體現(xiàn)出泥巖的力學(xué)特性，且成本低廉，參照一般粘性土地基采用Il及e進(jìn)行估算的承載力與當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值較為接近，因此采用土工試驗(yàn)代表值估算新近系半膠結(jié)泥巖承載力在實(shí)際運(yùn)用中合理且較為便利，可大力推廣。

7 利用標(biāo)貫值估算承載力的經(jīng)驗(yàn)公式

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果分析和已有資料，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的擊數(shù)與泥巖的強(qiáng)度和狀態(tài)呈正比，可作為承載力估算的重要指標(biāo)。由于土工試驗(yàn)和巖石力學(xué)試驗(yàn)本身有滯后性，為方便現(xiàn)場(chǎng)判斷新近系半膠結(jié)泥巖承載力，可直接采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)對(duì)承載力進(jìn)行估算。

標(biāo)貫擊數(shù)與地基土承載力關(guān)系大多為線(xiàn)性關(guān)系，且線(xiàn)性關(guān)系方便野外判別承載力的計(jì)算，因此實(shí)際工程應(yīng)用采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)確定新近系甘肅群半膠結(jié)泥巖的地基承載力基本值時(shí)，經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可以采用一次多項(xiàng)次擬合，可采用下列形式：

[fa0]=aN+b

結(jié)合十天高速天水段現(xiàn)場(chǎng)勘察的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫和土工試驗(yàn)，本次采用反分析方法，先根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD63-2007）表3.3.3-6估算試樣的承載力值，再根據(jù)該試樣所在段的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫擊數(shù)反推出a、b取值，計(jì)算結(jié)果為a=6，b=50。

從而得出天水地區(qū)新近系甘肅群半膠結(jié)泥巖標(biāo)貫擊數(shù)與地基承載力的關(guān)系為：

[fa0]=6N+50（當(dāng)N>70時(shí)，N取70）

由于該地區(qū)泥巖的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫擊數(shù)的范圍值在25～108擊，在實(shí)際工作中，為偏安全考慮，當(dāng)N>70時(shí)，N取70即可。據(jù)此式估算的該地區(qū)半膠結(jié)泥巖的承載力基本值為200-470之間，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值和規(guī)范中經(jīng)驗(yàn)值接近，可在實(shí)際工作中直接運(yùn)用。

8 結(jié)束語(yǔ)

采用參照一般粘性土地基采用Il及e進(jìn)行估算的承載力與當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值較為接近，且成本低廉，在實(shí)際運(yùn)用中較為合理且便利，可大力推廣；可采用現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫擊數(shù)和承載力之間的經(jīng)驗(yàn)公式在野外直接估算天水地區(qū)新近系甘肅群半膠結(jié)泥巖承載力。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：余鵬（1984-），男，籍貫：湖北宜都，學(xué)歷：碩士研究生，職稱(chēng)：工程師，研究方向：路基、路面工程。