碎石土地基的岩土工程评价清楚明了

第17章碎石土地地基的岩土土工程评价价17.1碎石石石土的基基本特特征及岩岩土工工程问题题1．碎石土的分分分类粒径大于2mmmm的颗粒质质量量超过总总质量量50％的土定名为碎碎石石土。碎石土可按颗粒粒粒级配和颗粒形状状再分分为三组组共6个亚类。碎石土分类土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为为为主粒径大于20000mm的颗颗粒粒质量超超过总总质量500%%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为为为主粒径大于20mmmm的颗粒粒质质量超过过总质质量50%%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为为为主粒径大于2mmmm的颗粒质质量量超过总总质量量50%角砾棱角形为主注:定名时应应应根据颗粒粒级级配由大大到小小以最先先符合合者确定定。2．碎石土的基基基本特征1）颗粒组成碎石土的颗粒组组组成特点点是粒粒径大小小往往往相差悬悬殊，缺缺乏中间间粒径径。以角砾、碎石或或或块石作作为骨骨架，以黏黏性性土或砂砂土为为充填物。颗粒级配曲线有有有一段近近似水水平线，在在该该直线区区段的的颗粒是是极少少的。2）密实度碎石土的密实状状状态对其其力学学性质影影响很很大。但但由于于取样困困难，不不能用一一般土土工试验验的方方法进行行测定定。所以以在工工程实践践中，常常不根据据定量量指标(孔隙比、相相相对密度)来进行密密实实状态的的分类类。根据其骨架颗粒粒粒含量和和排列列，结合合野外外钻探、掘掘进进的困难难程度度及坑壁壁情况况进行分分类，参参见表17-2。——定性描述的方法法《岩土工程勘察察察规范》（GGB500221—2001）碎石土密实实度的划分———定量指标的的方法碎石土的密实度度度可根据据圆锥锥动力触触探锤锤击数确定定，重型圆锥动动力力触探按按N63.55和超重型圆锥锥动动力触探探按NN120查下下列列表，表表中的的N63.55和N120应按按国家标准准《岩土土工程程勘察规规范》（GGB500021—20011）附录B进行杆长长修正。碎石土密实度(((按N63.55分类类)重型动力触探锤锤锤击数N63.55密实度重型动力触探锤锤锤击数N63.55密实度N63.5≤555松散10＜N63..5≤220中密5＜N63.55≤110稍密N63.5＞2220密实注:1本表表表适用于平平均均粒径等等于或或小于500mmm,且最最大粒径径小于于100mmmm的碎石土。2对于平均粒粒粒径大于于500mm,,或或最大粒粒径大大于1000mmm的碎石石土土,可用超重型动力触探探探或用野野外观观察鉴别别。碎石土密实度(((按N120分类类)超重型动力触探探探锤击数N12000密实度超重型动力触探探探锤击数N12000密实度N120≤3松散11＜N12000≤14密实3<＜N12000≤6稍密N120＞1444很密6＜N120≤≤111中密3）土的结构碎石土骨架颗粒粒粒为连续续接触触时，其强强度度由组成成骨架架的碎石石起控控制作用用。一一般说来来，碎碎石由结结晶岩岩组成的的，其其强度比比由沉沉积岩组组成的的高些。碎石土骨架颗粒粒粒为不连连续接接触，而为为充充填物所所包裹裹时，碎碎石土土的强度度由充充填物起起控制制作用。当当作作为充填填物的的细粒含含量接接近或超超过其其土体全全重的的40％时，整整个个土体则则表现现出相应应细粒粒土的性性状。充充填物为为砂土土的，其其强度度较充填填物为为黏性土土的为为高。充填物为砂土时时时，含水水量对对其强度度的影影响不大大，而而密实度度对强强度的影影响则则甚大。一一般般碎石土土粒径径愈大，含含量量愈多，承承载载力愈高高；骨骨架颗粒粒呈圆圆形并充充填砂砂土的较较呈棱棱角状井井充填填黏性土土的要要高，同同类土土中密实实的较较松散的的承载载力为高高。4）分布特点常见碎石土，特特特别是碎碎石、卵卵石、块块石、漂漂石类，一一般般不呈大大面积积分布，而而只只在其他他土层层中呈透透镜体体或尖灭灭夹层层存在，厚厚度度变化剧剧烈。故故对这类类地基基土尤其其要注注意查明明其构构造在各各方向向上的变变化所所造成的的工程程性质的的不均均匀性和和各相相异性特特点。5）湿陷性部分松散及稍密密密的碎石石土，尤尤其是西西北地地区的洪洪积、坡坡积角砾砾，常常具有湿湿陷性性，是值值得注注意的。由于碎石土包含含含有不同同数量量的粗大大颗粒粒，不能能在室室内用—般土工试试验验方法测测定其其物理力力学性性质，而而必须须采用现场场试试验方法法（大大体积法法）进进行测定定。17.2碎石石石土物理理性质质指标的的测定定碎石土的物理性性性质指标标主要要是：天天然孔孔隙比e（测定天天然然重度γ后换算而而得得），天天然含含水量w及相对密密度度Dγ。1、碎石土的天天天然重度γγ和天然孔孔隙隙比e的测定与与计计算：碎石土中由于含含含有大量量粗颗颗粒，故故不能能用取土土器采采取原状状土样样，也不不能用用环刀法法切取取试样测测定天天然重度度及天天然含水水量，对对于地下下水位位以上的的碎石石土，可可以挖挖坑用注注水法法、或增增砂法法测定天天然重重度，其其具体体方法见见第16章。但为为保保证试验验质量量，一般般试坑坑体积不不宜小小于30000ccm3。一般地基土，在在在测定天天然重重度γ后，可以以用用式(17-11)或式(17-22)计算天然然孔孔隙比e：（17-1）或：（17-2）式中：G—颗粒粒粒比重；；ω—含水量。但对于碎石土，由由于碎石、卵卵石等粗颗粒粒本身密度很很大，必然使使其γ偏大，ω偏小．因此此使用式(17-11)或(17-22)计算而得的的e值偏小。实实际上，当碎碎石、卵石并并不能形成承承力骨架(当碎石骨架架颗粒不连续续接触时解石石土在外力作作用下的变形形主要由较细细颗粒的充填填物的孔隙比比所决定，因因此细颗粒的的孔隙比比包包含粗颗粒在在内的孔隙比比要大，如不不考虑这一点点，就会在工工程上作出不不符合实际情情况的判断，把把原来强度低低的当成强度度高的，这是是在工作中常常遇到的实际际问题。在工程实践中，可可按下列步骤骤来处理解决决这一问题：：(1)将已测测测过天然然重度度γ的土选取取足足够的均均匀试试料，烘烘干后后求出其其天然然含水量量ω。(2)将烘干干干的土全全部磨磨细过筛筛，求求土中大大于2mm颗粒的土土重重百分比比P％。(3)将已知干干干重g(g)的一堆粗粗颗颗粒试样样，置置水中充充分饱饱和，然然后取取出立即即投人人图17-2所示的虹虹吸吸筒，观观测其其从简中中排出出的水量量V(cm3)。则粗颗粒比重(4)用下式(((17-33))计算土中中细细颗粒部部分的的干重度度γ’d。（17-3）(5)用式(1117-44)计算土中中细细颗粒部部分的的孔隙比比e’。（17-4）式中：—细颗粒粒粒部分的的颗粒粒比重。今以一实例来说说说明e与e’的关系。如γ=22.00kkN/m333，ω=25%，P=20%，粗颗粒比重Gccc=2.664，细颗粒粒比比重GX=2.773，用式（17-2）：如用式（17---3）再用式（17---4）计算e’，e’=27..33/166.225-11=00.688e’和e相比相相差几乎乎达20％。如粗粗颗颗粒含量P>20％，误差差还还要大些些。故故这一问问题是是不容忽忽视的的，否则则会造造成错误误的判判断。2、碎石土的天天天然含水量量碎石土的天然含含含水量于于野外外可以用用下述述比重筒筒方法法比较快快地测测定。(1)以容积为为为3—4L金周圆筒筒，先先装满水水便与与筒之顶顶缘相相平，称称其重重量g1(g)，精确度度为1g。(2)取重约111—2kg具有天然然含含水量的的试样样称重为为g2(g)。(3)将圆筒中中中的水倒倒出一一部分，然然后后将已称称重之之样品放放入筒筒中，为为使其其中空气气排出出，可小小心的的用棒轻轻轻搅搅动。待待空气气排完后后，再再注水于于筒中中，仍使使水面面与回筒筒顶缘缘相平，称称其其重量为为g3(g)则碎石土的天然然然含水量量可按按式(17-55)计算：（17-5）式中G为颗粒比比重。3、碎石土的相相相对密度碎石土的相对密密密度Dr与砂土相相同同。可以用1000000cmm3体积的捅捅，将将碎石土土混合合均匀较较缓地地注入桶桶内，表表面抹平平计算算而得。可以用木棍将碎碎碎石土捣捣至最最密实后后测得得。***土粒比重重重粗粒＞5mmm——虹吸管管法细粒＜5mmm——比重瓶瓶法17.3碎石石石土强度度指标标的测定定碎石土的力学强强强度指标标的测测定与其其物理理性质指指标的的测定一一样，也也必须采采用大大尺寸的的试样样，在现现场直直接测定定。其其测定方方法有有：水平推推剪剪试验、大型直剪剪试试验（现现场直直接剪切切试验验）及大型三轴轴试试验。1、水平推剪试试试验水平推剪试验不不不加垂直直荷载载，用千千斤顶顶加水平平报力力推挤土土体，根根据一次次试验验结果，用用极极限平衡衡理论论计算土土体的的抗剪强强度指指标c，φ。水平报剪试验装装装置示意意见图图17-33((a)。h伪高度应应超超过土中中最粗粗颗粒直直径的的5倍以上。在在在推挤土土体的的两侧，要要开开一宽为10～12cm的边槽，开开开槽后仍仍回填填土，并并用平平滑的白白铁皮皮将推挤挤土体体与回填填土间间隔开，使使尽尽量减少少填土土对试验验土体体的摩擦擦影响响。千斤顶施力于活活活动挡板板上，施施力点距距坑底底高约1/3h；活动挡挡板板可以用用普通通厚钢板板制成成，以施施力后后钢板本本身不不挠曲为为原则则。为克克服活活动挡板板本身身重量的的影响响，可通通过三三角架上上滑车车，用重重物平平衡。活活动挡挡板位移移的测测量设置置在活活动挡板板两端端各为L／10。位移量量测测到0.4mmm就基本达达到到要求。推挤土体移动时时时剪切面面的力力由千斤斤顶上上的测力力计测测定。施施加的的水平推推力是是分级加加上的的，先大大致估估计土体体的极极限抗剪剪强度度，开始始加荷荷等级可可适当当大一些些，一一般用250～500kkg。到接近近极极限值时时，加加荷等级级可小小些，一一般用用100～150kkg。每级荷荷载载加上后后，观观测时间间间隔隔为0，2min，3min，5min，5min……。相对稳稳定定标准可可取ΔΔi≤0.2Δ1（Δ1为加荷后后第第一个5min的变形值值；；Δi为第一个5min以后某一一个5min内的变形形增增量）。最大推力Pmaaax，可用用出出现下列列条件件之一来来确定定：(1)土体表表表面出现现明显显的剪切切裂缝缝；(2)当加荷荷荷后，在在该荷荷重下变变形随随时间等等速增增大，即即认为为土体已已经被被破坏；；(3)土体位位位移总值值达0.1L时。剪切面的位置往往往往不易易确定定。可在在土体体的两侧侧与顶顶面用墨墨线画画上方格格网的的方法来来绘方方格网的的大小小可用10cmm××loccm。如剪切切面面的轮廓廓不好好确定时时，可可近似地地当作作圆筒形形。试验测得的数据据据为Pmax(极限推力)；Pmin(土体发生生剪剪损后的的推力力)；和剪切切面面的轮廓廓位置置。根据据这些些试验数数据可可用半图图解法法确定c，φ值。在推挤的土体上上上，分出出一个个单位宽宽度的的棱体，假假如如棱体上上水平平压力为为，或或为均匀分分布布（这种种假定定是近似似的）。在厘米纸上按比比比例尺绘绘出推推挤土体体的轮轮廓，然然后分分成若干干条块块(见图17—3(b)))，计算每每个个条块的的重量量gi（i=1，2，3，4）滑动线线的的长度Li和与水平平线线所成的的倾角角αi。则每个条块上的的的剪切力Pi与其重量量gi成正比，即即即：（17-8）式中：G为各条条条块的重重量和和。整个推挤棱体的的的极限平平衡条条件为：：（17-9）式中：—Pi在在在剪切面面上的的投影；；—gi在剪切面面上的的投影；；—gi在剪切面面法线线上的投投影；式（17-9）可可可写成：（17-100）而c值可以根据据（P-P’）的差值值来来确定。（17-111）将式（17-1111）代入式式（17-110），即得得：：（1117-112）利用式(17---11)式(17-112)即可确定定c，φ值。2、现场直接剪剪剪切试验（大大型直剪试验验）1）现场直接剪剪剪切试验的的原原理和适适用范范围现场直剪试验可可可用于岩土土体体本身、岩土体沿沿软软弱结构构面和和岩体与其其他他材料（如如混混凝土等等）接接触面的剪剪切切试验。现场直剪试验按按按剪切条件件和和破坏方方式分分为:抗剪断试验岩岩岩土体试试体在在法向应应力作作用下沿沿剪切切面剪切切破坏坏的抗剪剪断试试验，抗剪试验岩土土土体剪断断后沿沿剪切面面继续续剪切的的抗剪剪试验(摩擦试验验)，抗切试验法向向向应力为为零时时岩体剪剪切的的抗切试试验。现场直剪试验的的的原理与与室内内直剪试试验类类似，即即通过过施加水水平推推力使试试体的的剪切面面上产产生剪应应力，将将试体剪剪坏。通通过一组组不同同法向应应力的的直剪试试验，最最终可确确定试试体的各各种强强度特性性和强强度指标标。现场直剪试验一一一般用于于较重重要的工工程，当当室内试试验难难以取得得有关关参数或或缺少少把握时时可采采用现场场试验验方法。与与室室内试验验相比比，现场场直剪剪试验成成本高高且费时时。2）现场直接剪剪剪切试验的的方方法和技技术要要求⑴现场直接剪切切切试验的方方法法和基本本规定定①现场直剪试验验验可在试洞洞、试试坑、探探槽或或大口径径钻孔孔内进行行。当当剪切面面水平平或近于于水平平时，可可采用用平推法法或斜斜推法；；当剪剪切面较较陡时时，可采采用楔楔形体法法。②同一组试验体体体的岩性应应基基本相同同，受受力状态态应与与岩土体体在工工程中的的实际际受力状状态相相近。③现场直剪试验验验每组岩体体不不宜少于于5个。剪切切面面积不得得小于于0.255mm2。试体最最小小边长不不宜小小于50ccmm，高度不不宜宜小于最最小边边长的0..55倍。试体体之之间的距距离应应大于最最小边边长的1..55倍。④每组土体试验验验不宜少于于33个。剪切切面面积不宜宜小于于0.3mm2，高度不不宜宜小于200ccm或为最最大大粒径的的4～8倍，剪切切面面开缝应应为最最小粒径径的11/3～1/4。⑵现场直接剪切切切试验的技技术术要求①开挖试坑时应应应避免对试试体体的扰动动和含含水量的的显著著变化；；在地地下水位位以下下试验时时，应应避免水水压力力和渗流流对试试验的影影响。②施加的法向荷荷荷载、剪切切荷荷载应位位于剪剪切面、剪剪切切缝的中中心；；或使法法向荷荷载与剪剪切荷荷载的合合力通通过剪切切面的的中心，并并保保持法向向荷载载不变。③最大法向荷载载载应大于设设计计荷载，并并按按等量分分级；；荷载精精度应应为试验验最大大荷载的±2%。④每一试体的法法法向荷载可可分分4、5级施加；；当当法向变变形达达到相对对稳定定时，即即可施施加剪切切荷载载。⑤每级剪切荷载载载按预估最最大大荷载的的8%～10%分级等量量施施加，或或按法法向荷载载的55%～10%分级等量量施施加；岩岩体按按每5～lOmiinn，土体按按每每30s施加加一一级剪切切荷载载。⑥当剪切变形急急急剧增长或或剪剪切变形形达到到试体尺尺寸的的1/10时，可可终终止试验验。⑦根据剪切位移移移大于lOOmmm时的试试验验成果确确定残残余抗剪剪强度度，需要要时可可沿剪切切面继继续进行行摩擦擦试验。保持岩土样的原原原状结构构不受受扰动是是非常常重要的的，故故在爆破破、开开挖和切切样过过程中，均均应应避免岩岩土样样或软弱弱结构构面破坏坏和含含水量的的显著著变化。对对软软弱岩土土体，可可在顶面面和周周边加护护层(钢或混凝凝土)，护套底底边边应在剪剪切面面以上。在在地地下水位位以下下试验时时，应应先降低低水位位，安装装试验验装置恢恢复水水位后，再再进进行试验验。对对于高含含水量量的塑性性软弱弱层，法法向荷荷载应分分级施施加，以以免软软弱层挤挤出。3）现场直接剪剪剪切试验的的资资料整理理和成成果分析析⑴资料整理的内内内容①绘制剪切应力力力与剪切位位移移曲线、剪剪应应力与垂垂直位位移曲线线，确确定比例例强度度、屈服服强度度、峰值值强度度、剪胀胀点和和剪胀强强度。②绘制法向应力力力与比例强强度度、屈服服强度度、峰值值强度度、残余余强度度的曲线线，确确定相应应的强强度参数数。⑵资料整理的方方方法由剪应力与剪切切切位移关关系曲曲线、剪剪应力力与垂直直位移移曲线确确定强强度参数数时应应依据曲曲线特特征。1）比例界限压压压力定义为为剪剪应力与与剪切切位移曲曲线直直线段的的末端端相应的的剪应应力，如如直线线段不明明显，可可采用一一些辅辅助手段段确定定：①用循环荷载方方方法：在比比例例强度前前卸荷荷后的剪剪切位位移基本本恢复复，过比比例界界限后则则不然然；②利用试体以下下下基底岩土土体体的水平平位移移与试样样的水水平位移移的关关系判断断在比比例界限限之前前，两者者相近近；过比比例界界限后，试试样样的水平平位移移大于基基底岩岩土的水水平位位移；③绘制τ～u//τ曲线(τ—剪应力，u—剪剪切位移)：在比例例界界限之前前，u/τ变化极小小；；过比例例界限限后，u/τ值增大加加快快。2）屈服强度可可可通过绘制制试试样的绝绝对剪剪切位移uA与试样和和基基底间的的相对对位移uR以及与剪剪应应力τ的关系曲曲线线来确定定。在在屈服强强度之之前，uR的增率小小于于uA；过屈服服强强度后，基基底底变形趋趋于零零，则uA与uR的增率相相等等，其起起始点点为A，剪应力τ与uA曲线上A点相应的的剪剪应力即即屈服服强度。3）峰值强度和和和残余强度度是是容易确确定的的。4）剪胀强度相相相当于整个个试试样由于于剪切切带发生生体积积变大而而发生生相对的的剪应应力，可可根据据剪应力力与垂垂直位移移曲线线判定。5）岩体结构面面面的抗剪强强度度，与结结构面面的形状状、闭闭合、充充填情情况和荷荷载大大小及方方向等等有关。对于脆性破坏岩岩岩体，可可以采采取比例例强度度确定抗抗剪强强度参数数；而而对于塑塑性破破坏岩体体，可可以利用用屈服服强度确确定抗抗剪强度度参数数。验算算岩土土体滑动动稳定定性，可可以采采取残余余强度度确定的的抗剪剪强度参参数。因因为在滑滑动面面上破坏坏的发发展是累累进的的，发生生峰值值强度破破坏后后，破坏坏部分分的强度度降为为残余强强度。3、大型三轴试试试验大型三轴试验有有有真空式式与液液压式：：真空式通过从试试试件内抽抽气施施加侧向向压力力，轴压压利用用千斤顶顶，轴轴向变形形用千千分表。装装置置示意图图见图图17-6。液压式通过液压压压对试件件施加加侧向压压力，轴轴压仍利利用千千斤顶。其其装装置与室室内三三轴仪基基本相相同。17.4碎石石石土地基基承载载力的评评定根据我国勘察、设设计单位的生生产和科学研研究工作，《地地基规范》TJ7-774编制组及原原国家建委《岩岩土的工程分分类及承载力力研究》课题题组(1979～1985)搜集、分析析碎石土的载载荷试验资料料共183价，取p-SS曲线上的比比例界限压力力p0作为容许承承载力值，最最后经近年修修订，《地基基规范》GB7-889确定了表17-4所示的我国国碎石土容许许承载力表。对对于一般建筑筑物(《地基规范范》GBJ7--89划定的二级级建筑物)，基础埋深深小于或等于于0.5m，基宽小于于或等于3m，可根据土土密实度的野野外鉴别特征征，直接应用用表17-4确定其承载载力。该表中数值适用用用于骨架架颗粒粒空隙全全部由由中砂、粗粗砂砂或硬塑塑、坚坚硬状态态的黏黏性土或或稍湿湿的粉土土所充充填。对于中密、稍密密密的碎石石土，当当充填物物以黏黏性土为为主时时，承载载力取取用表值值的下下限，以以砂土土为主时时则取取用表值值的上上限。当骨架颗粒为中中中等风化化或强强风化时时，可可按其风风化程程度适当当降低低承载力力。当当颗粒间间呈半半胶结状状态时时，可适适当提提高承载载力．．《冶金工业建设设设工程地地质勘勘察技术术规范范》(试行)早于1972年已编制制有有碎石土土的承承载力表表，见见表17-5。该表适适用用于第四四纪冲冲积、洪洪积及及坡积洪洪积等等土层。在在同同一密实实状态态下，可可根据据骨架颗颗粒含含量、风风化程程度、充充填物物组成及及其含含量和密密实度度，在表表中