土力学与岩土工程勘察(下)

土力学与岩土工程勘察（下）同济大学高大钊2012年11月六.岩土层的划分、描述与评价七.在编制勘察报告过程中如何进行定量计算的讨论八.关于勘察规范中强制性条文的讨论六.岩土层的划分、描述与评价波速与岩性之间存在什么关系？最近在做核电初步可行性研究阶段勘察，一般情况下设定几个波速试验孔，采用单孔法测剪切波速及压缩波速，计算岩土体动力学参数。1）土层、全风化、强风化、中等风化等的岩土体都有个经验范围吗？我们总工说，土层肯定低于500m/s，全风化、强风化约在800-1000m/s，应该小于1100m/s，中等风化在1100m/s以上。我认为波速由很多因素决定，包括矿物成分、裂隙发育、裂隙充填物、岩体密度等，硬质岩的强风化或许比软质岩的中等风化的波速高，请问人为地把各种风化程度的岩体的波速定在某一区间是否合理？2）风化程度是根据钻孔岩芯资料，依照岩体外观判定的，我认为钻孔岩芯的形态在一定程度上受钻探工艺（或人为偷工减料）的影响，这样就会出现波速突变的部位与依照岩芯判定的风化界线存在差异，做统计时，项目负责人要求按照地质分层来统计波速，请问这样合理吗？3）在基岩地区，上部残积土多含有碎石，它们的剪切波速在实测时就可能大于500m/s,总工说这是错误的，请问含有部分碎石的残积土波速都一定小于500m/s吗？4）工程上的岩石与土的波速划分，根据2010版抗震设计规范，软岩地区大于500m/s的就是岩石，硬质岩地区大于800m/s的才是岩石。抗震设计规范这样划分，是评价场地软硬程度，波速达到一定值，在抗震设计上就是比较理想的基础了，可是如果依此来套用土和岩石的波速界限就不合理了。波速与岩性的关系基于波速与材料的密度存在相关性，密度越高的材料波速越高，强度也越高。首先要区分压缩波与剪切波，然后需要区分硬质岩还是软质岩（正如你所说的，成分不同）。压缩波波速与剪切波波速的关系：2112spvv压缩波的一些经验数值：硬质岩：残积土500m/s，全风化500-1000m/s，强风化1000-2000m/s，中风化2000-4000m/s，微风化4000-5000m/s，未风化5000m/s；软质岩：残积土300m/s，全风化300-700m/s，强风化700-1500m/s，中风化1500-3000m/s，微风化3000-4000m/s，未风化4000m/s。风化程度不是岩芯完整程度的描述，与机械破碎无关。如果是记录不准确，自然与实测的波速无法对照。密实碎石土的剪切波速可以达到500-800m/s。但要注意这是剪切波速。你的理解基本正确。这样的编录有什么问题？请问卵石土下方会直接有溶洞吗？卵石土下方岩层为石灰岩，可是编录的时候，它直接把溶洞写在了卵石土下方，比如编录是这样记录的4.0-8.0m为卵石土，8.0-10.0m为溶洞，10.0-12.0m为石灰岩。我就在想这个溶洞上方为什么没有灰岩了啊？是不是要自己再在溶洞上面做一层灰岩的厚度了？这个例子很典型，请问楼主，这个工程的现场编录是谁啊？是岩土工程师？是技术员？还是谁？他读过工程地质吗？这个记录说明什么问题呢？是从8.0m处开始是灰岩了？如果不是灰岩，那就是土洞，溶洞的深度是2m，还是2m范围内存在溶洞？谁也说不清楚。也许我们不能责难编录，也难为他了，因为他做了力不胜任的工作，因为他没有学过工程地质，没有受过地质工作的野外训练。这位工程师的无奈反映了一个现实，那就是岩土工程师被现场编录牵着鼻子走，按照现场编录的“记录”造地质剖面图，就是这个结果。这样的现状能保证勘察工作的质量吗？虽然不是造假，现场编录还是认真在工作，你说即使有现场的监理，能提高勘察质量吗？是到了应该改变目前这种状况的时候了，否则，提高勘察质量，提高勘察工作的社会地位都是不现实的。如何分析评价这种特殊的土类？我所做的项目现场位于内陆盆地中央（盆地中央海拔1400，四周山脉海拔大约1700），四周环绕山，盆地里面以前聚集湖水，后来构造运动，盆地边缘开了一个口，盆地里面的湖水顺着泄了出去，盆地中央地层大部分为灰黑色粉土和黏性土，灰黑色地层厚度能达到400-500m。土工试验的烘箱温度是105度，试验结果是：孔隙比超过1.0，含水量很大，超过50%，液限也很高，超过45%，压缩系数a1-2一般为0.6-0.9，土工试验指标判别为软土；但标贯大约6~12击，有机质含量比较高。岩芯我也检查过，土的强度也不低。如果按照孔隙比、含水量等指标计算承载力，很低；如果按照标贯估算承载力，承载力不低。对于这种地层，物理指标和力学指标不匹配，对于这种地层承载力究竟达到多少？（1）对于地层的承载力和桩土的摩阻力等指标，请您再帮我把把关，给点建议。（2）从固结试验来看，先期固结压力很大，从试验看是超固结土，但是，我个人分析，这种土还是欠固结土，做出的试验能反应出这种土有结构强度，当破坏结构强度后，试样破坏很快，压缩沉降很快。（3）再就是，这种土的定名，定为普通土呢，还是定名为淤泥，还是泥炭质土，一时拿不定主意，请高老给点建议。近年来，许多工程师参加了国外的工程勘察与设计，遇到了许多新的地质条件，面临许多新的工程要求，对我们提出了挑战，需要我们跳出过去处理国内工程问题的程式和经验，通过一些专门的试验、研究来认识和处理这些新的问题；就像1950年代初，许多前苏联专家到我国来指导工作，他们有在苏联地质条件下处理工程问题的经验，但到中国来，遇到了一些苏联没有的土类，他们套用苏联的经验与方法，出了一些笑话和事故。我希望我国的专家不要重犯他们的毛病，千万不能套用我国正常土类的一些经验关系，不能凭物理指标去套地基承载力。你们在尼泊尔加德满都市遇到的这种土类，是一种高灵敏度的软土，是老地层的软土，是比较特殊的土类。在我国国内也曾经零散地发现过，在内陆地区，有些地方由于地质条件的变迁，保存着古地理条件下形成的软土称为古软土层，鉴别古软土的依据是上覆土层的年代是老粘性土，下卧的软土并不是第四系上全新统年代的地层。如在西江及大沙河沉降阶地，地表下5m范围内是网纹状粘土硬壳层，棕红色，夹灰白色条斑，硬塑状态，在3~5m间夹有中、粗砂层，属老粘性土。在老地层的下面，5~10m处埋藏着古软土层，其土性为淤泥质粘土，灰色或深灰色，软塑或流动状态，但其先期固结压力pc(kPa)均大于有效自重压力0(kPa)。软土的下卧土层为10m以下的硬塑状态粘土，灰白色夹棕红色条纹。古软土的物理力学性质指标表1-10含水量重度土粒密度孔隙比液限塑限塑性指数渗透系数压缩系数固结系数ucucuccuqu46.717.727.31.2642.324.318.53.4310-8cm/s0.88MPa-10.61510-3cm2/s/////51.916.927.41.46///////844.317.5//////////51.817.0//////////51.116.927.31.4441.925.016.9//1436131561.715.727.41.8244.325.219.121814//19地基的固结状态表1-11地层深度m重度kN/m3先期固结压力pc(kPa)有效自重压力0(kPa)超固结比OCR硬壳层1.2518.13251129.51.6017.82601418.62.1519.22902014.52.6019.02602311.3软土层5.4517.2128482.675.9517.493521.796.9017.0107581.847.1017.4100601.678.2016.8110671.648.4017.0127691.849.2016.5111741.509.8015.7110791.39对这种软黏土，可能要做一些特殊的试验，例如从小荷载开始加载的高压固结试验，把前期固结压力做出来，当然取土质量要特别注意，否则，结构扰动了，试验结果不能反映实际情况；你们说：“当加到100kPa以后，样品沉降很快。”这可能就反映了前期固结压力的影响，但荷载分级太大，试验做不准确；还有，应该做灵敏度的试验，看看究竟灵敏度多高；关于工程设计问题，我认为应该把抗剪强度试验做好，可能需要做三轴试验，测孔隙水压力，测读试验的整个应力~应变过程，分析其应力应变关系的特点。当然最好做一些静载荷试验，实测其地基承载力。这个场地需要评价岩溶吗？在岩溶区，当基岩埋深在170米左右时，高层建筑工程勘察需要考虑岩溶吗？埋深这么大，会不会产生岩溶地面塌陷？如能产生的话那得多大的规模的岩溶？会不会产生土洞？如能产生土洞，其成拱后对你桩基是否产生影响，要能得出这个结论很难，需作大量工作，就算作了大量工作也不一定能说清楚，你一个高层勘察就算钻孔打那么深，也很难评价其岩溶对工程的可能影响，你也只能说可能或说可能性有多大，采用桩基也不可能处理那么深！所以完全没有必要，按一般勘察就好了，在区域资料分析时说一下就OK了如何描述土的状态？有一层粉质粘土，液性指数样本数量6个，最大值0.86，最小值0.56，标准值0.74。针对其状态的描述我们单位现在持两种观点，一种认为应根据所得数值的区间0.86～0.56，描述为可塑～软塑，另一种则认为应根据标准值0.74，描述为可塑。个人观点，描述应反映实际特征，既然液性指数反映出差异，不建议用综合的标准值评价，土层有软有硬是实际情况，而且通常在基础设计、施工中带来的影响也不同。根据岩土工程勘察规范，94规范中的12.2.5条，“评价岩土体性状的岩土参数应采用平均值。新规范中把该条去掉了。不同状态能不能划分在同一层？我们地区最近出了一本“审查员手册”，里面明确有这么一条规定：“不同状态的土不能划分在同一层”而执行这一条的依据就是按液性指数来划分，也就是说严格按0，0-0.25，0.25-0.75，0.75-1，1来划分，不能“越界”，也就是在统计表中如果硬塑土绝对不能出现0.25的数，可塑土绝对不能出现0.75或0.25的数，否则就要重新分层。划分土层时如何看待异常数据？粉质黏土中往往夹有薄层粘土，在整理数据时粘土的数据要不要剔除呢，有人认为不应该剔除，这样才能反应土层的真实情况，有人认为应该剔除，既然定了粉质粘土就应该剔除粘土的数据，不知高教授有何看法啊。有人认为，状态不同，都不能分为一层，比如粉土，孔隙比e=0.75~0.9是中密，那么如果是一层，就不能有孔隙比小于0.75或者大于0.9的。实际都是稀里糊涂地统计呢。有的甚至很随意的剔除，比如粉土的孔隙比对承载力影响比较大，就把孔隙比大的剔除掉，然后给个小的。变异系数多大才算是大呢？讨论的是工程勘察中一个非常重要的问题，涉及许多基本概念，怎样认识和处理反映自然形成的土层所具有的物理力学性质？怎样看待土的分类指标、状态划分的指标？岩土工程师应该具备什么样的数据处理与运用数据处理结果的基本素养？变异系数究竟是一个什么样性质的指标？土层的定名和分类对工程究竟有什么样的影响？怎样认识和处理反映自然形成的土层所具有的物理力学性质？土层是在漫长的地质年代里自然形成的，土层物质的来源、搬运物质的自然营力的性质与规模、土体沉积以后的成土环境等等都是变化的、基本上是无序的、随机的。因此从根本上说，土层总是非均质的、其性质是随机变异的。但人们要利用土作为工程的地基、材料或环境，需要进行设计和施工，就不得不对土体进行适当地划分，分为几个相对比较均匀些的土类或土层，采用一些代表性的指标来描述其物理力学性质，以便于设计与施工。但是，土力学是分别研究土的类别、土的密度和土的状态的划分标准的，首先是区分什么土？在此基础上，回答密实度如何？软硬程度如何？粗粒土按粒度成分分类，土的密实度是按孔隙比或相对密度划分细粒土按塑性指数分类，土的软硬程度（状态）是按液性指数划分分类是为了划分土层，状态为了描述土名密实度－相对密度液性指数－液性指数但无论怎么划分，无论采用什么方法，总与人工材料不同，客观世界并不随我们