一种采用标准贯入试验判别砂砾石层液化的方法

摘要

一种采用标准贯入试验判别砂砾石层液化的方法，先将试验砂砾石层钻孔至试验砂砾石层标高以上5cm；再连接好标准贯入试验装置，检查触探杆的接头后将贯入器放入钻孔中至孔底；然后采用穿心锤先将贯入器打入饱和砂砾石层5cm，再开始记录每打入3cm的标准贯入锤击数，共分10个试段计30cm；绘制每个试段标准贯入锤击数和贯入度之间关系曲线图，据此剔除受较大粒径砂砾石影响的无效试段，并依据有效试段的标准贯入锤击数和贯入度，等效换算贯入30cm时的标准贯入锤击数；依据等效贯入饱和砂砾石30cm的标准贯入锤击数，进行饱和砂砾石地震液化判别。本发明弥补现有技术受粒径较大的砾石影响，导致标准贯入锤击数偏大，进而导致地震液化判别结果偏于不安全的缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于原位试验技术领域，涉及一种采用标准贯入试验判别砂砾石层液化的方法。

背景技术

我国水电资源80%以上分布在地震活动频繁且强度大的西部地区，该地区河床大多具有覆盖层，覆盖层中常存在地震作用下可能液化的砂砾石层。随着西部大开发战略的实施，未来越来越多的土石坝工程建于砂砾石覆盖层上，砂砾石层在地震作用下的稳定性是必须考虑的关系工程安全的重要问题。但由于砂砾石层中砾石粒径较大，按照规范方法在砂砾石层中开展标准贯入试验时，标准贯入锤击数容易受较大粒径的砾石影响而偏大，导致现有规范中的标准贯入试验方法应用于砂砾石层液化判别时，会导致结果偏于不安全。因此，设计一种改进的标准贯入试验方法，通过现场试验指标判别砂砾石层在设计地震作用下是否发生地震液化，对建于砂砾石层上的土石坝或闸坝安全评价具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，弥补现有标准贯入试验方法只能适用于砂土、粉土等细粒土地震液化判别的不足，寻求设计提供一种采用标准贯入试验判别砂砾石层液化的方法。利用落锤能量将贯入器贯入砂砾石层中，根据各试段标准贯入锤击数与贯入度关系图，剔除锤击数受砾石影响的无效试段，将剩余有效试段等效换算为打入砂砾石层中30cm的标准贯入锤击数，再与地震液化临界标准贯入锤击数对比，判别饱和砂砾石是否发生液化。

为了实现上述目的，本发明在标准贯入试验装置中实现，其具体步骤为：

一种采用标准贯入试验判别砂砾石层液化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采用常规的钻具将试验砂砾石层钻孔至砂砾石层标高以上5cm，清除孔内残土，并进行泥浆护壁；

步骤二、连接好标准贯入试验装置，拧紧触探杆的接头，保证触探杆的接头不松脱，再将贯入器放入孔内至孔底，并避免冲击孔底，测量得到钻孔深度，保持贯入器、触探杆、导向杆连接后处于垂直状态；

步骤三、采用63.5kg的穿心锤，以76cm的自由落距，采用自动落锤法，将贯入器以每分钟若干击击打入土中5cm后，再开始记录每打入3cm的标准贯入锤击数，共分10个试段计30cm；

步骤四、根据上述每打入3cm的标准贯入锤击数绘制贯入度随每个试段的标准贯入锤击数变化关系曲线，若随标准贯入锤击数增大，在贯入度与标准贯入锤击数关系图上出现水平段，说明贯入锤击数受到砾石的影响，则舍弃水平段起始点和结束点之间的部分，将剩余锤击数和相应的贯入度长度作为有效试段；对于由于砾石影响导致标准贯入锤击数突然增大的试段，是无效试段，记为=0，=0；

步骤五、按下式计算贯入30cm时的标准贯入锤击数

（1）

—贯入30cm时的标准贯入锤击数；—舍弃水平段后剩余锤击数；—对应于的有效试段长度；m—试段个数，其值等于10；

步骤六、按照下式计算液化判别标准贯入锤击数临界值

—标准贯入锤击数临界值；—标准贯入锤击数基准值，设计基本地震加速度为0.10g、0.15g、0.20g、0.30g、0.40g时对应的值分别为7、10、12、16和19；—饱和砂砾石标准贯入点深度，单位为m；—地下水位，单位为m；—黏粒含量百分率，当小于3时，采用3；—调整系数，按照设计地震分组确定相应的调整系数值，设计地震第一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05；

步骤七、对比和，若≤，则砂砾石发生液化；若>，则砂砾石不发生液化。

进一步优选地，所述标准贯入试验装置主要包括穿心锤、锤垫、触探杆和贯入器。穿心锤为重63.5kg的铸钢件，中间有一直径45mm的穿心孔，所述导向杆通过穿心孔嵌入式安装在穿心锤中间；所述穿心锤带有自动脱钩装置，并且其底部设置有锤垫；锤垫的底部采用丝扣紧固连接触探杆；所述触探杆的相对弯曲小于1/1000，其底部通过丝扣连接紧固有贯入器；所述贯入器由贯入器头、取土器和贯入器靴三部分组成，所述贯入器头顶端设置有出水孔。

此外，将贯入器以每分钟15~30击打入土中5cm。

更加优选地，所述步骤三的试段采用10个以上试段计30m以上，所述步骤四公式中的m值取相应的大于10的值。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明提供了一种判别饱和砂砾石液化的标准贯入试验方法，能够弥补现有规范中标准贯入锤击数液化方法应用于饱和砂砾石层进行液化判别时，由于标准贯入锤击数受粒径较大的砾石影响，导致标准贯入锤击数偏大，进而导致判别结果偏于不安全的缺陷，为高烈度区水利水电工程等岩土工程砂砾石地基地震液化判别提供关键支持。

附图说明

图1为本发明涉及的标准贯入试验装置的结构示意图；

图2为本发明的一种采用标准贯入试验判别砂砾石层液化的方法的步骤流程图。

附图标记：1- 穿心锤；2- 锤垫；3 -触探杆；4 -贯入器；5-出水孔；6 -取土器；7 -贯入器靴。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本实施例通过标准贯入试验装置实现，试验流程如图2所示，具体步骤为：

步骤一、采用常规的钻具将试验饱和砂砾石层钻孔至试验饱和砂砾石层标高以上5cm，清除孔内残土，并进行泥浆护壁；

步骤二、连接好标准贯入试验装置，拧紧触探杆3的接头，保证触探杆3的接头不松脱，再将贯入器4放入孔内至孔底，并避免冲击孔底，测量得到钻孔深度，保持贯入器4、触探杆3、导向杆连接后处于垂直状态；

步骤三、采用带自动脱钩装置、重63.5kg的穿心锤1，以76cm的自由落距，采用自动落锤法，将贯入器以每分钟15~30击打入土中5cm，再开始记录每打入3cm的标准贯入锤击数，共分10个试段计30cm，本发明也可以采用以下实验方式如可以分为10个试段以上，共计30cm以上，按照下方所述步骤（5）换算成30cm时时的标准贯入锤击数，继续步骤（6）和步骤（7）即可；

步骤四、根据上述每打入3cm的标准贯入锤击数绘制贯入度随每个试段的标准贯入锤击数变化关系曲线，若随标准贯入锤击数增大，在贯入度与标准贯入锤击数关系图上出现水平段，说明贯入锤击数受到砾石的影响，则舍弃水平段起始点和结束点之间的部分，将剩余锤击数和相应的贯入度长度作为有效试段；对于由于砾石影响导致标准贯入锤击数突然增大的试段，是无效试段，记为=0，=0；

步骤五、按下式计算贯入30cm时的标准贯入锤击数

在本式中，—贯入30cm时的标准贯入锤击数；—舍弃水平段后剩余锤击数；—对应于的有效试段长度；m—试段个数，若试段总长为30cm，则m等于10，若试段总长大于30cm，则m大于10；

步骤六、按照下式计算液化判别标准贯入锤击数临界值

—标准贯入锤击数临界值；—标准贯入锤击数基准值，设计基本地震加速度为0.10g、0.15g、0.20g、0.30g、0.40g时对应的值分别为7、10、12、16和19；—饱和砂砾石标准贯入点深度（m）；—地下水位（m）；—黏粒含量百分率，当小于3时，采用3；—调整系数，按照设计地震分组确定相应的调整系数值，具体地可以按照《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）划分的设计地震分组，设计地震一组取0.80，第二组取0.95，第三组取1.05；

步骤七、对比和，若≤，则砂砾石发生液化；若>，则砂砾石不发生液化。

步骤八、若需进行下一深度的贯入试验时，重复上述操作步骤进行试验；本实例涉及的标准贯入试验装置结构如图1所示，主要包括穿心锤1、触探杆3和贯入器4。穿心锤1为重63.5kg的铸钢件，中间有一直径45mm的穿心孔，用于放置导向杆通过穿心孔嵌入式安装在穿心锤1中间，用于控制穿心锤的自由下落方向；带有自动脱钩装置的穿心锤1的底部设置有锤垫2，穿心锤1能自由落体到锤垫上，落距76cm；锤垫2的底部采用丝扣紧固连接有直径42mm的触探杆3；触探杆3的相对弯曲小于1/1000，触探杆3上设置有刻度线，用于直观观测贯入深度；带刃口的空心金属管结构的贯入器4与触探杆3通过丝扣连接紧固，由贯入器头、取土器（对开管）6和贯入器靴7三部分组成，贯入器头长145mm，顶端设置有直径为30mm的出水孔5，取土器（对开管）6长500mm，外径为51mm，内径为35mm，贯入器靴7长度55mm，刃口角度20度，刃口单刃厚度2.5mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。