基于落锥试验的黏土不排水强度预测及研究

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1、基于落锥试验的黏土不排水强度预测研究・５４５・基于落锥试验的黏土不排水强度预测研究吉锋，洪鹏云，徐飞（东南大学交通学院，南京２１００９６）摘要：落锥试验作为一种黏土液限的测试方法，也可用于确定黏土的不排水强度。从静力分析和动力分析两个方面介绍了现有的落锥理论。初步分析了现有的落锥理论在预测黏土不排水强度上存在的缺陷：静力分析由于没有考虑圆锥贯入速度对贯人深度的影响，预测的不排水强度偏小于实测值；而动力分析由于没有考虑由贯入速度引起的圆锥贯人阻力，预测的不排水强度偏大于实测值，并基于以上分析初步建议了不排水强度的预测方法。同时，通过６种不同规格圆锥的落锥试验，分析了圆锥的锥角和

2、质量对不排水强度预测结果的影响。关键宇：不排水强度；落锥试验；贯入深度；贯入速度；锥角；圃锥质量作者简介：吉锋（１９８３一），男，江苏射阳人，东南大学硕士研究生，从事疏浚淤泥处理研究。本文初步探讨了现有的落锥理论预测的黏土０引言不排水强度和实测值有一定差距的原因，并初步建议了不排水强度的预测方法，同时利用设计加地基处理经常会遇到各种各样的软土问题，而软土的强度是软土地基处理的一个非常重要的指标，目前，软土强度的原位测定方法主要有十字板剪切试验、静力触探试验和旁压试验等，室内的测试方法有三轴不排水试验以及无侧限抗压试验等。落锥试验作为一种测定黏土液限的方法，具有操作简单、人为

3、因素小、再现性好等优点，目前已被许多国家所采用［１］。对比目前多数国家采用的卡氏碟式仪测液限方法，落锥试验的突出优点在于能够直接和强度建立联系。Ｗｒｏｔｈ＆Ｗｏｏｄ就很明确的指出：落锥试验本质上是一种测定黏土不排水强度试验，而测定液限仅是简单的确定黏土在某一标准强度下的含水量［２］。已有的理论研究［２’３］和试验结果［４］表明：圆锥贯入深度与黏土的不排水强度在双对数坐标下呈现良好的线性关系，所以可根据贯入深度来预测土体的不排水强度。目前国外已经将落锥试验作为一种黏土不排水强度的测试方法［３’５］。对比目前常用的不排水强度测试手段，落锥试验具有操作简单、试验条件要求低等显著优点，

4、特别在测定软黏土的强度时，落锥试验这些优势更加明显。然而，试验中的圆锥贯人深度常常受多因素的影响，依据现有的落锥理论，预测得的不排水强度往往和实测值有一定的差距。工的不同锥角和质量的圆锥进行落锥试验，初步分析了圆锥锥角和质量对不排水强度预测结果的影响。１落锥理论１．１静力分析图１为落锥试验示意图，圆锥的锥角为ａ，锥重Ｐ，以锥尖与土体表面接触时为起点，圆锥贯人深度为ｈ，土体重度为ｙ，不排水强度为ｆ。。Ｈａｎｓ—ｂｏ等提出了土体的不排水强度与圆锥贯人深度的关系［２“］，见式（１）。图１为落锥试验示意图等刈洲）・５４６・地基处理理论与技术进展式（１）中，ｋ（ａ，Ｚ）是锥角ａ和系数

5、Ｚ的函数，Ｚ是衡量圆锥和土之间的摩擦作用的参数，Ｈｏｕｌｓｂｙ［３］研究时将ｊ（用锥土问的黏着力ａ．．和土分析得的数据［３］，图２给出系数随锥角的变化范围，系数ｋ变化区域的上下边界分别表示完全光滑和完全粗糙条件下ｋ值随锥角的变化曲线，图体的不排水强度ｆｕ的比值表口。／ｃｕ表示，０≤ａｕｃ。中显示，通过试验得到的系数ｋ值【５’６］，基本都要≤１，Ⅱ。／ｃ。值越大，圆锥表面越粗糙。由式（１）可见，预测不排水强度关键在于ｋ值的确定。在静力条件下，Ｈｏｕｌｓｂｙ通过理论分析建立起ｎ。／ｃ。、口和ｋ之间的定量关系Ｌ３Ｊ，从而从理论上建立了落锥贯入深度与不排水强度间的定量关系。依据Ｈ

6、ｏｕｌｓｂｙ的静力分析理论，预测不排水强度ｆ。需要知道４个基本量：圆锥贯入深度ｈ，锥重Ｐ，锥角口以及以。／‘，值，其中圆锥贯人深度ｈ通过试验可以直接获得，锥重Ｐ和锥角口在试验中也为某一确定值，因此要预测不排水强度“，关键在于Ⅱ。／ｃ。值的确定。ａ。／ｃ．．值反映了圆锥表面的光滑程度，是一个较抽象的物理量，通过试验获得准确的口。／ｃ。值较困难，ａ。／ｃ。值难以确定就给不排水强度预测带来困难。针对这一问题，目前采用的方法是：在试验中，不仅要求圆锥表面必须光滑，而且每次圆锥贯入前要涂以薄层润滑脂。通过此措施可以使圆锥表面处于较高的光滑状态，使口。／ｃ。值偏上于Ｈｏｕｌｓｂｙ静力分析

7、区域（图中简称静力区），仅有锥角为３０。的ｋ值是在静力区内。分析原因可知，在落锥试验中，圆锥的贯入是一个动力贯入过程，由于惯性作用，圆锥贯人深度显然要大于静力分析中的贯人深度，而在计算不排水强度时，将试验得到的落锥贯入深度带入式（１）左边，将通过静力分析得到的ｋ值带入式（１）右边，这样计算出的不排水强度理论值必然会小于实测值，因此实际的系数ｋ值要大于静力分析得到的理论值。所以要准确建立起圆锥贯入深度与不排水强度的关系，则需要对圆锥贯人过程进行动力分析。１－２动力分析早在１９５７年Ｈａｎｓｂｏ