基于轻型动力触探试验指标评价钙质土相对密实度的方法与流程

本发明涉及一种评价钙质土相对密实度的方法，更具体的说，是涉及一种基于轻型动力触探试验指标评价钙质土相对密实度的方法。
背景技术：
：在区域的大陆架和海岸线一带广泛分布着钙质土。由于钙质土特有的物理力学性质，使其在工程特性上与陆相沉积物存在着较大的差异。因此，提出一种新的、能够快速、准确地预测钙质土密实度的方法对于这些岛屿上道路及机场等的设计和施工至关重要。对于钙质砾、钙质砂等非粘性土来说，相对密实度dr是评价其压实程度的主要指标。dr的计算公式如式(1)：其中，dr为相对密实度，ρd,max为该类土最大干密度，ρd,min为该类土最小干密度，ρd为土样干密度。由式(1)可得若要采用常规土力学试验的方法测试土体相对密实度，则需预先取得原状土样以确定其现场干密度。然而，许多条件下取原状土样是很难实现的。因此，为避免试验室方法的困难，在《astmd6951–03(2006)》、《dineniso22476-2:2012-03(2012)》以及《岩土工程勘察规范》(gb-50021-2001)中，均提到按原位轻型动力触探试验指标评价土体密实度。轻型动力触探试验是指利用一定的锤击能量将一定规格的圆锥探头打入土中，根据贯入锤击数来判别土层类别及推测土的各类工程特性。表1所示即上述三种规范规定的锤击能量及圆锥探头规格。表1不同规范下的锤击能量及圆锥探头规格对比规范名称astmdingb锤重(kg)81010落距(m)0.660.500.50探头直径(mm)22.535.740锥角(°)609060由上述轻型动力触探试验的定义可知，在使用该方法确定相对密实度的过程中，贯入指标与土体相对密实度之间关系的确定至关重要。而目前通过贯入指标预测土体密实度的经验计算公式主要针对石英砂，若将其直接应用于钙质岩土会产生较大的误差。这是因为钙质土是一种颗粒极易发生破碎的特殊土体，与普通石英砂相比，这种破碎作用一方面会消耗探头的贯入能量，另一方面，破碎产生的细颗粒进入土体孔隙从而增大了地基土的密实度。此外，现有经验公式大都不考虑土体粒径和级配的影响，从而造成其计算精度的降低，特别是针对钙质土来说，较大粒径的颗粒更易发生破碎，故而粗粒含量较大的钙质土上述破碎效应更加明显。综上所述，提出一种新的适用于钙质土，并能够综合考虑其粒径和级配情况对土体贯入阻力影响的，基于轻型动力触探试验指标评价钙质土相对密实度的方法具有十分重要的意义。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于轻型动力触探试验指标评价钙质土相对密实度的方法，采用该方法预测出的钙质土相对密实度与实际情况更加相符。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的基于轻型动力触探试验指标评价钙质土相对密实度的方法，包括以下步骤：步骤一，将现场取回的钙质土样烘干，通过土工试验分别确定每类钙质土样的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min、平均粒径d50、不均匀系数cu；步骤二，设定相对密实度dri，根据步骤一中测得的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min，换算出各种相对密实度dri下每类钙质土样的干密度ρdi；步骤三，通过室内轻型动力触探模型试验，分别测出不同相对密实度dri下每类钙质土样的贯入锤击数，以及每次锤击完成后探头的累积贯入深度；步骤四，将步骤三中记录的每类钙质土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度，分别绘成锤击数—累积贯入深度散点图，再利用最小二乘法分别将每幅图中的每组试验的数据点拟合成一条直线，每条直线的斜率称为此类钙质土样在相应密实度dri下的贯入度pindex,i；步骤五，结合每组试验得到的pindex,i、相对密实度dri，以及步骤一中测得的平均粒径d50不均匀系数cu，得到一系列数据点，再将这些数据点绘制成散点图；步骤六，采用最小二乘法对步骤五中数据点进行拟合，得到与dri之间关系的表达式；步骤七，由于《岩土工程勘察规范》(gb-50021-2001)中采用探头贯入30cm所需的锤击数n10作为轻型动力触探试验的指标，因此得pindex,i＝300/n10，将其代入步骤六表达式中，即得到与dri之间关系的表达式，该表达式即用于确定现场钙质土的密实度。步骤一中所述钙质土样分为两类：一类为钙质砾石，另一类为钙质粗砂。步骤三中所述室内轻型动力触探模型试验是通过轻型动力触探仪进行的，轻型动力触探仪采用《岩土工程勘察规范》(gb-50021-2001)规定的规格。与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：1)得出的经验公式针对于钙质土，为采用现场轻型动力触探试验确定钙质土的密实度提供可靠依据；2)能够综合考虑钙质砂的粒径和级配情况对土体贯入阻力的影响来确定轻型动力触探试验中贯入指标与土体相对密实度之间的关系，从而能够更加准确、广泛地预测不同地区钙质土的密实度，为设计提供有力依据；3)采用从现场取回的钙质土样的室内土工试验和模型试验数据作为公式拟合的依据，可靠性强，成本低，周期短，可大大减少人力、物力和时间。4)该方法符合工程实际，方法简单明确，易于操作，所涉及参数都容易确定且可靠，因此，在现场轻型动力触探试验中采用其拟合出的关系式确定钙质土的密实度将会更加精确、合理。综上所述，本发明针对于钙质土，并能够综合考虑钙质土的粒径和级配情况对土体贯入阻力的影响，因此，在现场轻型动力触探试验中采用其拟合出的关系式预测钙质土的密实度将会更加精确、合理。附图说明图1是实施例一中钙质砾石的锤击数—累积贯入深度关系散点图示例；图2是实施例一中钙质砾石的锤击数—累积贯入深度关系拟合直线图示例；图3是实施例一中贯入指标—密实度关系散点图；图4是实施例一中贯入指标—密实度关系拟合曲线图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的描述。本发明的基于轻型动力触探试验指标评价钙质土相对密实度的方法，包括以下步骤：步骤一，将现场取回的若干类钙质土样烘干，通过土工试验分别确定每类钙质土样的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min、平均粒径d50、不均匀系数cu。步骤二，根据试验需要设定若干个相对密实度dri，根据步骤一中测得的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min，采用公式(1)换算出各种相对密实度dri下每类钙质土样的干密度ρdi。为保证充分反映钙质土的各种密实状态，每类钙质土样按压实程度的不同应至少设定3个不同且有一定差距的设计相对密实度dri。步骤三，通过室内轻型动力触探模型试验，分别测出不同相对密实度dri(亦即不同干密度ρdi)下每类钙质土样的贯入锤击数，以及每次锤击完成后探头的累积贯入深度。其中，室内轻型动力触探模型试验是通过轻型动力触探仪进行的，轻型动力触探仪采用表1中《岩土工程勘察规范》(gb-50021-2001)规定的规格。步骤四，将步骤三中记录的每类钙质土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度，分别绘成锤击数—累积贯入深度散点图，再利用最小二乘法分别将每幅图中的每组试验的数据点拟合成一条直线，每条直线的斜率称为此类钙质土样在相应密实度dri下的贯入度pindex,i。步骤五，结合每组试验得到的pindex,i、相对密实度dri，以及步骤一中测得的平均粒径d50不均匀系数cu，得到一系列数据点，再将这些数据点绘制成散点图。步骤六，采用最小二乘法对步骤五中数据点进行拟合，进而得到与dri之间关系的表达式。步骤七，由于《岩土工程勘察规范》(gb-50021-2001)中采用探头贯入30cm所需的锤击数n10作为轻型动力触探试验的指标，因此可得pindex,i＝300/n10。将其代入步骤六表达式中，即可得到与dri之间关系的表达式，该表达式即可用于确定现场钙质土的密实度。实施例一：本发明的基于轻型动力触探试验指标评价钙质土相对密实度的方法，包括以下步骤：步骤一，将现场取回的两类钙质土样烘干，一类为钙质砾石，另一类为钙质粗砂。通过土工试验得到的结果为：钙质砾石，其最大干密度ρd,max＝1660kg/m3，最小干密度ρd,min＝1273kg/m3，平均粒径d50＝2.7mm，不均匀系数cu＝6.25；钙质粗砂，其最大干密度ρd,max＝1567kg/m3，最小干密度ρd,min＝1250kg/m3，平均粒径d50＝0.9mm，不均匀系数cu＝3.33。步骤二，每类钙质土样设定九个相对密实度dri，根据步骤一中测得的最大干密度ρd,max、最小干密度ρd,min，采用公式(1)计算出各种相对密实度dri下每类钙质土样的干密度ρdi。步骤三，通过室内轻型动力触探模型试验，分别测出不同相对密实度dri下每类钙质土样的贯入锤击数，以及每次锤击完成后探头的累积贯入深度。步骤四，将步骤三中记录下的每类钙质土样的贯入锤击数、每次锤击完成后探头的累积贯入深度，分别绘制锤击数—累积贯入深度散点图，如图1是钙质砾石的锤击数—累积贯入深度关系散点图示例，钙质粗砂的绘制方法类似。再利用最小二乘法分别将每幅图中的每组试验的数据点拟合成一条直线，每条直线的斜率称为此类钙质土样在相对密实度dri下的贯入度pindex,i。图2是钙质砾石的锤击数—累积贯入深度关系拟合直线示例，钙质粗砂的拟合方法类似。步骤五，结合每组试验得到的pindex,i、相对密实度dri，以及步骤一中测得的相应的平均粒径d50、不均匀系数cu，得到一系列数据点，再将这些数据点绘制成散点图，如图3所示，定义为贯入指标。步骤六，如图4所示，采用最小二乘法对步骤五中的数据点进行拟合，进而得到与dri之间关系的表达式。步骤七，将pindex,i＝300/n10代入步骤六表达式中，即可得到与dri之间关系的表达式为该表达式即可用于确定现场钙质土的密实度。由图4可以看出，采用本发明方法确定钙质土土样的密实度，其相关性高达89％，究其原因就在于本发明的方法能够针对钙质土地基的特殊工程性质并综合考虑颗粒粒径和级配对土体贯入阻力的影响来确定轻型动力触探试验中贯入指标与土体相对密实度之间的关系，因此预测结果更加接近于实际值，更加安全、合理。在经济区广泛分布着钙质土，其碳酸钙含量大都超过90％，因此在该区域海岛上通过轻型动力触探试验预测钙质土密实度时可直接采用上述方法。尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。当前第1页12