软土按力学性质分层的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土工程勘察设计中一种软土分层的方法，尤其涉及一种利用十字板剪切试验进行的软土按力学性质分层的方法。
【背景技术】
[0002]软土通常是指孔隙比大于或等于I且天然含水量大于液限的细粒土，根据不同软土的物理化学性质(如孔隙比、含水量、有机质等)分类，此类土包括淤泥、淤泥质土、泥炭和泥炭质土等。
[0003]这种根据软土物理化学性质进行分类的方法具有很好的操作性，易推广，但是分类后软土的物理性质与其力学性质不具有严格的对应关系。例如，相邻两处土层的孔隙比分别为1.4和1.6，按物理性质应定义为两种土层，但是其力学性质可能相差不大，按力学性质可定义为同一土层；又例如，相邻两处土层的孔隙比、含水量可能相同，按物理性质应定义为同一土层，但是受颗粒组成等因素的影响，其力学性质可能相差较大，按力学性质还可细分出多个不同的土层。而作为软土及其以上建筑物基础的计算和设计是以力学性质为依据的。因此，这种首先以物理化学性质分层，然后再强行认为这种物理分层的土体具有相同的力学性质、提供相同力学参数，而实际上同一土层的力学性质可能存在较大差异的方法，本身存在严重不足。
[0004]因此，对在软土上兴建的堤坝和建(构)筑物进行勘察设计或深度研究时，首先根据软土的力学性质将软土分层，然后进行其他常规试验，进而再进行设计、研究，更具有科学性。但是，现在还没有根据软土的力学性质进行软土分层的方法。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的是提供一种软土按力学性质分层的方法，使软土分层结果更具科学性。
[0006]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种软土按力学性质分层的方法，其包括以下步骤:
[0007]I)利用十字板剪切试验设备在软土不同深度进行十字板剪切试验，记录软土不同深度试验点的原状土层剪损时百分表最大读数Ry，以及十字板剪切试验设备的探杆与土体摩擦时百分表最大读数Rg的值；
[0008]2)根据步骤I)得到的软土不同深度试验点的原状土层剪损时量表最大读数&和探杆与土体摩擦时量表最大读数Rg的值，计算软土不同深度试验点土体的抵抗力F ；
[0009]3)计算十字板常数K ；
[0010]4)根据步骤2)得到的软土不同深度试验点土体的抵抗力F和步骤3)得到的十字板常数K，计算软土不同深度试验点土体的力学特征值Y，并绘制试验点力学特征值Y与试验点深度h的Y?h关系散点图；
[0011]5)剔除步骤4)绘制的Y?h关系散点图中的异常值；
[0012]6)按照力学性质特征方程式，对剔除异常值后Y?h关系散点图的剩余试验点进行线性拟合，并逐点进行相关性分析，求解出分布在软土不同深度的相关系数最高的至少一条直线及其对应的力学性质特征方程式，根据这些直线的分布进行软土按力学性质分层，并求解相邻两土层的分界线深度；
[0013]7)根据步骤6)得到的各土层的力学性质特征方程式和相邻两土层的分界线深度，分别求解各土层的物理和力学性质参数。
[0014]所述步骤I)中在软土不同深度进行十字板剪切试验的具体步骤为:
[0015]①用回转钻从地表开孔至试验点，然后下套筒至试验点下方3?5倍套筒直径的位置，试验点的深度不应小于钻孔或套管直径的3?5倍；
[0016]②将十字板剪切试验设备的十字板头连接探杆一端，然后徐徐压入土中至试验点，探杆长度与1/2十字板头高度的和即为试验点的深度h ;
[0017]③在探杆另一端安装转盘、底座、测力装置和测量钢环变形的百分表，匀速转动转盘，使十字板头和探杆在软土中匀速扭转，每转一圈测量和记录一次钢环变形的百分表读数，直到土体被剪坏，记录此时的钢环变形读数为该试验点的原状土层剪损时百分表最大读数Ry;
[0018]④将探杆与十字板头分离，匀速转动转盘使探杆在软土中匀速扭转，每转一圈测量和记录一次钢环变形读数，直到土体被剪坏，记录此时的钢环变形读数为该试验点的探杆与土体摩擦时百分表最大读数Rg;
[0019]⑤拔出探杆与十字板头，设定下一个试验点，重复步骤①?④；
[0020]⑥重复步骤⑤，直到试验至软土最大深度的试验点为止，从而得到软土不同深度试验点的原状土层剪损时百分表最大读数Ry和探杆与土体摩擦时百分表最大读数R g值。[0021 ] 所述软土不同深度试验点间的距离在0.3m?0.5m之间。
[0022]所述步骤2)中土体的抵抗力F的计算公式为:
[0023]F = C.(Ry-Rg)
[0024]式中，C为钢环系数；
[0025]所述步骤3)中十字板常数K的计算公式为:
[0026]K = 2R/ JT D2 (H+D/3
[0027]式中，R为转盘半径为十字板头高度；D为十字板头直径；
[0028]所述步骤4)中土体的力学特征值Y的计算公式为:
[0029]Y = FXK0
[0030]所述步骤5)中剔除Y?h关系散点图中异常值的原则是:由于软土较深处土体的力学特征值Y]+1应大于较浅处土体的力学特征值Y.,，所以当较深处试验点的力学特征值Y]+1小于较浅处试验点的力学特征值Y.,时，则两者之一必定为异常值；根据这两个试验点与前后其他各试验点的大小关系进行分析，确定异常值然后剔除。
[0031]所述步骤6)中与第i条直线对应的力学性质特征方程式为:
[0032]Yi= a ； Xh+b；
[0033]式中，表示第i条直线的斜率，b i表示第i条直线的截距；
[0034]所述步骤6)中求解软土不同深度直线及其对应的力学性质特征方程式，并进行软土力学性质分层的具体方法包括以下步骤:
[0035]①根据剔除异常值后Y?h关系散点图的第一点和第二点，确定第一条直线；
[0036]②分析下一点与该条直线的线性相关性；
[0037]③如果该点不是Y?h关系散点图的最后一点，且与该条直线的线性相关性大于等于90%，则认为该点也在该条直线上，根据该条直线的第一点(包括)至该点(包括)之间的所有点重新确定该条直线，并重复步骤②；如果该点与该条直线的线性相关性小于90%，则认为该点不在该条直线上，根据该条直线的第一点(包括)至该点(不包括)之间的所有点最终确定该条直线，并求解出该条直线对应的力学性质特征方程式，然后继续进行下一步；如果该点是Y?h关系散点图的最后一点，且与该条直线的线性相关性大于等于90%，则认为该点也在该条直线上，根据该条直线的第一点(包括)至该点(包括)之间的所有点最终确定该条直线，并求解出该条直线对应的力学性质特征方程式，进行步骤⑤；
[0038]④如果该点不是Y?h关系散点图的最后一点，则根据该点和该点的后一点确定一条新的直线，并重复步骤②和③；如果该点是Y?h关系散点图的最后一点，则根据该点和该点的前一点确定一条新的直线，并求解出该条直线对应的力学性质特征方程式，继续进行下一步；
[0039]⑤根据上述步骤③或④确定的至少一条直线，将软土分成至少一层，每一条直线即代表一个土层；根据代表相邻两个土层的直线对应的力学性质特征方程式，求解出代表相邻两个土层直线的交点，该交点的深度即为相邻两个土层的分界线深度；
[0040]⑥根据步骤⑤确定的软土按力学性质分层，由地表向下，对土层顺序编号，则第i条直线对应的即为第i个土层，h_1+1表示第i个土层与其后一个土层的分界线深度，Ii1 i?,表示第i个土层与其前一个土层的分界线深度。
[0041]所述步骤7)中求解的各土层的力学性质参数包括各土层的抗剪参数、承载力和压缩模量，
[0042]其中，第i个土层的粘聚力C1为:
[0043]Ci= Y ;(注:h = Iii !…时)
[0044]第i个土层的内摩擦角Φ ,?:
[0045]Φ ；= tan 1 (a；/ γ )
[0046]式中，Y1 (注:h = Ii1 i I时)为第i个土层与其前一个土层分界线深度处的力学特征值，％为代表第i个土层的直线的斜率，γ为软土容重。
[0047]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明提出了一种软土按力学性质分层的方法，利用十字板剪切试验，实现了根据软土的力学性质将软土分层，使软土的分层更具有科学性，为后续的试验、设计和研究提供了方便。2、本发明的软土按力学性质分层的方法，简单实用，操作性强，可以广泛应用于对在软土上兴建的堤坝和建(构)筑物进行的勘察设计或深度研究中。
【附图说明】
[0048]图1是十字板头和探杆在软土层中转动的示意图；
[0049]图2是软土不同深度力学特征方程拟合结果和软土分层结果示意图。
【具体实施方式】
[0050]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0051]本发明提出了一种软土按力学性质分层的方法，其包括以下步骤:
[0052]I)利用十字板剪切试验设备在软土不同深度进行十字板剪切试验，记录软土不同深度试验点的原状土层剪损时百分表最