本发明涉及岩土工程勘察技术领域，具体地指一种利用静力触探比贯入阻力确定旁压试验基准水平基床系数的方法。
背景技术：
近年来，随着我国高速铁路、轨道交通、综合管廊、高层建筑等基础建设的飞速发展，地下空间工程成为一个重点的研究领域。目前在地下空间工程的支护设计中，通常采用“土抗力法”(又称“竖向弹性地基粱法”)，该方法引用横向抗力的概念，将坑内侧被动土压力对支护结构的作用用弹性抗力系数模拟，根据弹性地基梁法计算支护结构的变形和内力。支护结构内侧被动区土体弹性抗力系数称为水平基床系数kh，是“土抗力法”的关键参数，其取值的大小、分布形式直接决定被动区土对支护结构提供抗力的大小，也直接决定支护结构的内力与变形，对工程造价、安全性、可靠性均有重要影响。
由于支护结构尺寸对水平基床系数kh影响很大，特定义结构尺寸宽度为30cm对应的水平基床系数为旁压试验基准水平基床系数kh1。现场试验测定计算出旁压试验基准水平基床系数kh1，工程设计时根据支护结构的实际尺寸再换算成对应水平基床系数。
目前在涉及地下空间工程与隧道工程岩土工程勘察中，可通过旁压试验测试土层的旁压试验基准水平基床系数，但是预钻式旁压试验对于成孔质量要求极高，尤其对于流塑～软塑的黏性土、粉土、砂类土等需采取特殊措施成孔才能基本达到试验要求；自钻式旁压试验对于各类土层均可保证成孔质量，试验成果能较好地满足工程要求，但自钻式旁压试验设备昂贵，均需从国外进口，目前国内总共只有几台，试验操作复杂，成本高。目前国内旁压试验尤其自钻式旁压试验普及程度相对较低，因此有些工程可能无法进行旁压试验。
技术实现要素：
本发明的目的是针对自钻式旁压试验设备昂贵，操作复杂、费用高，普及程度相对较低的技术问题，而提出一种利用静力触探比贯入阻力确定旁压试验基准水平基床系数的方法。
为实现上述目的，本发明所设计的利用静力触探比贯入阻力确定旁压试验基准水平基床系数的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
1)对测量地区土层进行静力触探试验，采集测量地区的静力触探比贯入阻力ps；
2)通过计算获得旁压试验基准水平基床系数kh1，计算公式为：
对于黏性土：
对于砂类土：kh1＝6.57ps(2)
其中，式(1)适用于流塑至硬塑的黏性土，式(2)适用于松散至密实的砂类土。
优选地，所述步骤1)的具体步骤包括：
11)布置静探孔的测试孔位；
12)安装反力装置和贯入设备；
13)启动贯入设备，采集贯入阻力值；
14)提取所采集的贯入阻力值，并按照力学指标进行分层，获得每一层的贯入阻力ps。
优选地，所述步骤13)中贯入设备以20mm/s的速度匀速贯入试验地层中，每贯入100mm采集一次贯入阻力。
优选地，所述测试孔位布置在地下结构物所受应力集中节点位置，或距离应力集中节点水平间距2～3m处，所述测试孔位的深度进入结构底板以下不小于30m或基坑开挖深度的3倍，以使测试基准水平基床系数参数满足设计要求。
优选地，所述步骤14)中每一层的贯入阻力ps为选取的采集的每一层中所有静探孔的贯入阻力的平均值，降低异常值对测量结果的干扰。
本发明根据静力触探具有操作简单、试验快速、精度高、费用低、国内岩土工程勘察中有着丰富的应用经验等特点，提供利用静力触探比贯入阻力ps确定旁压试验基准水平基床系数的方法，其优点是无需进行旁压试验即通过静力触探比贯入阻力ps快速、准确、经济地获取地层的旁压试验基准水平基床系数，为工程设计提供参考。本发明在不增加测试技术手段的前提下，解决了利用静力触探测试技术直接快速测试原本需要旁压试验才能得到旁压试验基准水平基床系数的问题，拓展了静力触探的应用功能，节约了勘察成本，提高了效率，效果明显。
附图说明
图1为本发明利用静力触探比贯入阻力确定旁压试验基准水平基床系数的方法的研究过程流程图。
图2为静力触探与旁压对比试验孔位布置示意图；图中：静力触探孔1，旁压试验孔2。
图3为静力触探试验曲线与土层划分图；
图4为预钻式旁压试验p-v曲线图。
图5为预钻式旁压试验p-δr曲线图。
图6为黏土类静力触探比贯入阻力ps与旁压试验基准水平基床系数kh1拟合关系图。
图7为砂土类静力触探比贯入阻力ps与旁压试验基准水平基床系数kh1拟合关系图。
图8为静探测试孔位布置示意图。其中jc-1～jc-11为静力触探孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明利用静力触探比贯入阻力确定旁压试验基准水平基床系数的方法，根据测量现场贯入阻力ps数据采集，经过计算，即可获得旁压试验基准水平基床系数kh1。
本发明需试验总结归纳贯入阻力ps与基准水平基床系数kh1的相关关系。为了获得准确可靠的试验数据，结合高速铁路、轨道交通勘察工程，对全国十多个地区的土层进行了静力触探与扁铲侧胀对比试验的现场对比研究。对比试验地区涵盖上海、武汉、广州、太原、温州、厦门、丹阳、凤阳、宿州等地区，涉及流塑～硬塑的黏性土，松散～中密的砂类土，具有广泛的地区代表性。
如图1所示，试验阶段包括如下步骤：
1)确定旁压试验基准水平基床系数kh1计算方法。
基准水平基床系数可按下式计算：
δp＝p0-pf(4)
特定义基础尺寸b宽度为0.3m对应的水平基床系数为旁压试验基准水平基床系数kh1，把b＝0.3m，带入公式(6)可得到：
式中，kh表示旁压试验水平向基床系数的试验值(kn/m3)；
p0表示p－δr曲线上直线段起点对应的压力，称为初始压力(kpa)；
pf表示p－δr曲线上直线段终点对应的压力，称为临塑压力(kpa)；
r0表示初始压力p0对应的旁压器的半径(m)；
δrf表示旁压膜径向位移(m)。
rm表示对应于p—δr曲线直线段中点的旁压器半径(m)。
b表示基础直径或宽度(m)；
kh表示对于任意直径或宽度的基础旁压试验水平基床系数(kn/m3)(kn/m3)；
kh1表示旁压试验基准水平基床系数(kn/m3)；
α表示梅纳结构系数其值随土类变化，可按表1取值。
表1梅纳结构系数α值
2)对试验地区土层进行静力触探与旁压对比试验。
21)选择好具有代表性地层的试验场地后，根据现场条件布置对比试验孔，静力触探与旁压试验孔间距应为1.5～2m，在保证静力触探与旁压试验不互相扰动影响的情况下，尽量确保二者在相同深度的地质条件相同，对比试验孔布置如图2所示
22)平整试验场地，安装反力装置和贯入设备，用水平尺调整机具水平后，紧固贯入设备与反力装置，安装静力触探试验仪器，仪器调零完成或标定后即可贯入。
23)静力触探与扁铲侧胀试验均以20mm/s的速度匀速贯入地层中。静力触探每贯入0.1m采集一次贯入阻力ps数据。此间注意深度计量的准确性。达到设计深度后，停止试验。
24)进行旁压试验。根据静力触探试验结果，沿地层深度选择合适的旁压试验点。安装旁压试验成孔钻机，严格按照成孔质量控制要求，钻孔至需要做旁压试验的各试验深度，把旁压器安放至试验深度，逐级加压，测出不同膨胀压力p下旁压器的体积膨胀量δv，并绘制p～δv试验曲线(见图4)
3)提取静力触探孔的测试数据，绘制比贯入阻力ps随深度的贯入曲线(如图3所示)，按照力学指标进行土层划分，并剔除各层比贯入阻力ps的异常值；提取扁铲侧胀试验孔的测试数据，并剔除异常值。
4)旁压试验数据处理。根据试验曲线确定初始压力p0及其对应的体积膨胀量δv0。并按下列公式计算旁压器在不同压力p下的径向位移δr，并绘制p～δr曲线(见图5)：
δr＝r-r0(10)
式中，vc表示旁压器测量腔固有体积(cm3)；
δv表示不同测试压力p下旁压器体积膨胀量(cm3)；
δv0表示p－δv曲线上初始压力p0对应的旁压器体积膨胀量(见图4)(cm3)；
r0表示初始压力p0对应的旁压器的半径(m)；
r表示不同测试压力p对应的旁压器的半径(m)；
δr表示不同测试压力p对应的旁压器的径向位移(m)。
在p～δr曲线(见图5)上作图找出近似直线段，直线段可认为近似线弹性阶段，其起点对应初始压力p0，其对应的径向位移为0，终点即为临塑压力pf，其对应的径向位移即为δrf。
根据旁压试验p～δr曲线得出相关参数，并按式(3)～(7)计算出不同试验深度的旁压试验基准水平基床系数kh1。
5)选择与旁压试验每一组数据深度相同及上、下5个静力触探比贯入阻力ps数据的平均值，作为与旁压试验数据对比分析的比贯入阻力ps数据。
根据试验数据回归分析计算得到相关关系如下：
对于黏性土：
对于砂类土：
kh1＝6.57ps(2)
对于黏性土，统计数据组n＝80，相关系数r2＝0.92，相关性良好，满足工程设计要求(见图6)；对于砂类土，统计数据组n＝34，相关系数r2＝0.56，相关性良好，满足工程设计要求(见图7)。
6)确定适用条件：式(1)适用于流塑～硬塑的黏性土；式(2)适用于松散至密实的砂类土。
应用本发明利用静力触探比贯入阻力确定旁压试验基准水平基床系数的方法进行测量，包括如下步骤：
1)对测量地区土层进行静力触探试验，采集测量地区的静力触探比贯入阻力ps。具体步骤包括：
11)测试孔位布置。在满足静力触探常规试验要求，分析查明地层界面、土层定名、提供各地层物理力学指标的基础上，重点关注设计、建设的地下结构物所涉及土层的试验环境与条件，静探孔的测试孔位尽可能布置在地下结构物所受应力集中节点位置，或距离应力集中节点水平间距2～3m布置，深度应满足变形计算、稳定性分析以及地下水控制的要求。孔深应进入结构底板以下不小于30m或基坑开挖深度的3倍，在满足各地层物理力学指标的基础上，孔深可以进入结构底板以下不小于20m或基坑开挖深度的2倍。使测试水平应力及静止土压力系数参数，满足设计要求。静探测试孔位布置示意图如图8所示。
12)反力装置和贯入设备安装调试。首先平整试验场地，其次安装反力装置和贯入设备，用水平尺调整机具水平后，紧固贯入设备与反力装置，再就是传感器与静探专用仪器连接，仪器调零完成后即可贯入。
13)数据采集。贯入设备以20mm/s的速度匀速贯入试验地层中，每贯入100mm采集一次贯入阻力，此间注意深度计量的准确性。达到设计深度后，仪器完成测试参数随深度变化的存储和显示。
14)提取所采集的贯入阻力，并按照力学指标进行分层，获得每一层的贯入阻力值。
提取设计、建设地下结构物所涉及土层的贯入阻力值，按照力学指标进行分层，剔除各层异常值，平均各分层的贯入阻力值或取设计重点深度上下的3个贯入阻力值的平均值，作为该层的贯入阻力ps。
2)通过计算获得旁压试验基准水平基床系数kh1，计算公式为：
对于黏性土：
对于砂类土：kh1＝6.57ps(2)
其中，式(1)适用于流塑至硬塑的黏性土，式(2)适用于松散至密实的砂类土。
上述参数计算可在计算机上完成。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，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，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。