本发明涉及一种基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，提出了选取标准贯入试验孔的静力触探试验对比孔的原则及标准贯入参数N值和静力触探参数锥尖阻力qc值的读取方法；考虑黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp三个影响因素，对N值和qc值数据进行了拟合，提出了统计学意义上的N-qc相关关系式，在此基础上提出了基于静力触探试验的地基土液化判别方法。该方法可以相对快速准确的进行地基土的液化判别，与传统方法相比简单、经济、快速，具有较好的工程应用价值。
1.一种基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、首先是确定标准贯入试验孔和静力触探试验的对比孔的选取原则；
(2)、定义代表土层，确定对应于每一个代表土层中标准贯入参数N值，确定标准贯入参数N值所对应的静力触探试验中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的读取方法，并且对qc和fs进行处理；
(3)、将所有读取的标准贯入参数N值，锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs值以及相关影响因子列表并形成散点图，所述相关影响因子包括黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp；
(4)、应用概率论中关于异常点剔除的理论对数据进行处理，然后选取三种拟合函数对散点图进行拟合分析，所述三种拟合函数分别是零截距的线性、非零截距线性、乘幂；
(5)、在分段拟合的基础上进行公式推导，提出考虑黏粒含量、平均粒径和土性参数的N-qc相关关系式；
所述步骤(5)中N-qc相关关系式是通过如下方式获得：选用步骤(4)所述的三种拟合函数对步骤(3)所获得的散点图进行拟合分析，同时考虑了步骤(3)所述的黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp相关因子对液化判定的影响；
对数据进行分段并采用线性插值的方法进行如下公式推导：上式中ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；
上式中D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；
两个公式中n1、n2、n3分别表示黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp的拟合相关因子；
关于n3，只分析粉土、粉砂两类土，没有线性插值，直接给出了两个相关因子取值；
上式中a1是粉土拟合后的相关因子，a2是粉砂拟合后的相关因子，粉土：αp＝0，粉砂：αp＝1，αp是与静力触探试验摩阻比有关的土性参数；
N＝n*qc＝f(ρc,D50,t)qc＝(0.02ρc-3.48D50-0.1αp+2.53)*qc上式中ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；
(6)、最后根据N-qc相关关系式提出基于静力触探试验的地基土液化判别方法。
2.根据权利要求1所述的基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，其特征在于所述步骤(1)中静力触探试验对比孔的选取原则是：
2a、如果一个标准贯入试验的试验孔的参照孔数目较多，大于15个，按照距离试验孔的远近，保留距离较近的点15个；
2b、如果一个标准贯入试验的试验孔的参照孔数目较少，在80米范围内少于5个，并在
20米范围内少于3个，则舍弃该试验孔，但有对比孔数据除外；
2c、控制一个试验孔的参照孔数目在5～15个之间。
3.根据权利要求1所述的基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，其特征在于所述步骤(2)中标准贯入参数N值的处理方法以及代表土层的定义如下：为了减少标准贯入参数N值的离散性，当同一种土层厚度较大时，对土层内的标准贯入试验点进行分组，取其平均值作为参照N值，根据所给数据的情况，采用如下的方法对数据进行分组；
3a、当土层厚度d≤2m时，分一组，在此范围，只有一个标准贯入试验点；
根据上述方法，将土层厚度进行划分，在相应范围内的标准贯入试验点即为一组；对一组内的N值取平均值作为参照N值，对标准贯入试验点的深度取平均值作为参照N值的对应深度；
代表土层，将一组内最上一个标准贯入试验点的深度向上取0.5m作为上界，最下一个标准贯入试验点的深度向下取0.5m作为下界，上下界范围之间的土层作为参照N值所代表的土层；对于一组内只有一个标准贯入试验点的情况，则上下各取0.7m；如果土层的分界面在此深度范围内，则取土层分界面深度作为代表土层的上下界。
4.根据权利要求1所述的基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，其特征在于所述步骤(2)中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的读取方法是：qc、fs取对应参照N值所代表土层范围内的平均值，且其20m深度范围内对应的土层应为同一类别土层；取标准贯入试验点代表土层厚度范围内的静力触探试验数据进行统计分析，成果数据为经格拉布斯检验法剔除异常数据后的算术平均值。
5.根据权利要求1所述的基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，其特征在于所述步骤(2)中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的处理方法是：
5a、对所读取的qc、fs取平均，作为参照N值对应的qc、fs：
5b、考虑标准贯入试验孔与参照静力触探试验对比孔距离的影响，对平均值进行修正：两式中：
di—对应参照静力触探试验对比孔和标准贯入试验孔之间的距离；
如果要增加距离对数据处理结果的影响，可提高di的方次为2次或3次。
6.根据权利要求1所述的基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，其特征在于所述步骤(6)中的地基土液化判别方法是通过如下方式判定：将步骤(5)中的将N-qc关系式N＝f(qc)带入到抗震液化判别公式中，得到新的液化指数公式：上式中：ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；
粉砂αp＝1，粉土αp＝0，Ncri根据抗震规范计算；
对于存在液化砂土层、粉土层的地基，在探明各液化土层的深度和厚度后，按式计算每个钻孔的液化指数，并按液化等级判定表综合划分地基的液化等级。
基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，属于地基土液化判别领域。
背景技术
[0002] 目前，标准贯入试验是地基土液化判别领域应用最多、得到标准化的方法，这种方法最大的优点在于它在试验过程中可以同时采集土体试样进行室内试验，其缺点是它在人力、物力和财力上需要较大投入，且其参数标准贯入参数N值离散性大。静力触探试验在我国应用广泛，稳定性好，简单经济，可以获得土层的连续信息，很弱的薄层也能被探测出来。这种方法的缺点是它不能像标准贯入试验一样采集到土体试样进行室内试验。
[0003] 近年来，随着工程建设的日益开展，积累了各类原位测试的资料数据，例如，标准贯入试验作为一种最常规的方法，资料数据丰富，而双桥静力触探试验由于应用于打入桩的承载力计算等方面，也积累了很多原位测试的资料数据。但由于没有及时对这些资料进行系统的整理，很多原位测试数据之间并没有建立相应的关系，使得这些数据并没有充分发挥作用。因此，探讨两种试验参数间的相关关系，同时考虑影响液化的多个因素，建立基于静力触探试验进行液化评价的计算公式，可以为快速、准确、经济的进行液化判别创造条件，具有重要意义。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提出一种基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法。
[0005] 本发明的主要技术内容如下：
[0006] 一种基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，包括以下步骤：
[0007] （1）、首先是确定标准贯入试验的试验孔和静力触探试验的对比孔的选取原则；
[0008] （2）、定义代表土层，确定对应于每一个代表土层中标准贯入参数N值，确定标准贯入参数N值所对应的静力触探试验中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的读取方法，并且对qc和fs进行处理；
[0009] （3）、将所有读取的标准贯入参数N值，锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs值以及相关影响因子列表并形成散点图，所述相关影响因子包括黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp；
[0010] （4）、应用概率论中关于异常点剔除的理论对数据进行处理，然后选取三种拟合函数对散点图进行拟合分析，所述三种拟合函数分别是零截距的线性、非零截距线性、乘幂；
[0011] （5）、在分段拟合的基础上进行公式推导，提出考虑黏粒含量、平均粒径和土性参数的N-qc相关关系式；
[0012] （6）、最后根据N-qc相关关系式提出基于静力触探试验的地基土液化判别方法。
[0013] 上述步骤（1）中静力触探试验对比孔的选取原则是：
[0014] 2a、如果一个标准贯入试验的试验孔的参照孔数目较多，大于15个，按照距离试验孔的远近，保留距离较近的点15个；
[0015] 2b、如果一个标准贯入试验的试验孔的参照孔数目较少，在80米范围内少于5个，并在20米范围内少于3个，则舍弃该试验孔，但有对比孔数据除外；
[0016] 2c、控制一个试验孔的参照孔数目在5～15个之间。
[0017] 上述步骤（2）中标准贯入参数N值的处理方法以及代表土层的定义如下：
[0018] 为了减少标准贯入参数N值的离散性，当同一种土层厚度较大时，对土层内的标准贯入试验点进行分组，取其平均值作为参照N值，根据所给数据的情况，采用如下的方法对数据进行分组；
[0019] 3a、当土层厚度d≤2m时，分一组，在此范围，只有一个标准贯入试验点；
[0020] 3b、当土层厚度2m＜d≤5m时，分两组；
[0021] 3c、当土层厚度d＞5m时，分三组；
[0022] 根据上述方法，将土层厚度进行划分，在相应范围内的标准贯入试验点即为一组；对一组内的N值取平均值作为参照N值，对标准贯入试验点的深度取平均值作为参照N值的对应深度；
[0023] 代表土层，将一组内最上一个标准贯入试验点的深度向上取0.5m作为上界，最下一个标准贯入试验点的深度向下取0.5m作为下界，上下界范围之间的土层作为参照N值所代表的土层；对于一组内只有一个标准贯入试验点的情况，则上下各取0.7m；如果土层的分界面在此深度范围内，则取土层分界面深度作为代表土层的上下界。
[0024] 上述步骤（2）中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的读取方法是：
[0025] qc、fs取对应参照N值所代表土层范围内的平均值，且其20m深度范围内对应的土层应为同一类别土层；取标准贯入试验点代表土层厚度范围内的静力触探试验数据进行统计分析，成果数据为经格拉布斯检验法剔除异常数据后的算术平均值。
[0026] 上述步骤（2）中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的处理方法是：
[0027] 5a、对所读取的qc、fs取平均，作为参照N值对应的qc、fs：
[0028]
[0029] 5b、考虑标准贯入试验孔与参照静力触探试验对比孔距离的影响，对平均值进行修正：
[0030]
[0031] 两式中：
[0032] -取平均或修正后的qc、fs值；
[0033] zi—读取的qc、fs值；
[0034] di—对应参照静力触探试验对比孔和标准贯入试验孔之间的距离；
[0035] 如果要增加距离对数据处理结果的影响，可提高di的方次为2次或3次。
[0036] 上述步骤（5）中N-qc相关关系式是通过如下方式获得：
[0037] 选用步骤（4）所述的三种拟合函数对步骤（3）所获得的散点图进行拟合分析，同时考虑了步骤（3）所述的黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp相关因子对液化判定的影响；对数据进行分段并采用线性插值的方法进行如下公式推导：
[0038]
[0039] 上式中ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；
[0040]
[0041] 上式中D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；
[0042] 两个公式中n1、n2、n3分别表示黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp的拟合相关因子；
[0043] 关于n3，只分析粉土、粉砂两类土，没有线性插值，直接给出了两个相关因子取值；
[0044]
[0045] 上式中a1是粉土拟合后的相关因子，a2是粉砂拟合后的相关因子，粉土：αp=0，粉砂：αp=1，αp是与静力触探试验摩阻比有关的土性参数；
[0046] 将上述三式相加后求平均：
[0047]
[0048] 整理可得：
[0049] N＝n*qc＝f(ρc,D50,t)qc＝(0.02ρc-3.48D50-0.1αp+2.53)*qc[0050] 上式中ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；粉砂αp=1，粉土αp=0。
[0051] 上述步骤（6）中的地基土液化判别方法是通过如下方式判定：
[0052] 将步骤（5）中的将N-qc关系式N=f(qc)带入到抗震液化判别公式中，得到新的液化指数公式：
[0053]
[0054] 上式中：ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；粉砂αp=1，粉土αp=0，Ncri根据抗震规范计算；
[0055] 对于存在液化砂土层、粉土层的地基，在探明各液化土层的深度和厚度后，按式计算每个钻孔的液化指数，并按液化等级判定表综合划分地基的液化等级。
[0056] 借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
[0057] 在本发明中，该方法较系统地给出了建立标准贯入试验参数N和静力触探试验参数qc之间相关关系的方法原则，并提出了基于静力触探试验的地基土液化判别公式。该方法可以为我国建立基于静力触探试验液化判别公式提供一种指导，为简单经济、准确快速的进行地基土液化判别创造了条件。
[0058] 本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0059] 图1为提取对比孔数据的代表土层示意图；
[0060] 图2为对比孔参数读取示意图；
[0061] 图3为散点图示意图；
[0062] 图4为三种拟合函数对比对示意图；
[0063] 图5为按影响因素黏粒含量分段拟合对比示意图；
[0064] 图6为按影响因素平均粒径分段拟合对比示意图；
[0065] 图7为按影响因素土性类别分段拟合对比示意图。
具体实施方式
[0066] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0067] 一种基于标准贯入和静力触探试验相关关系的液化判别方法，包括以下步骤：
[0068] （1）、首先是确定标准贯入试验的试验孔和静力触探试验的对比孔的选取原则；
[0069] （2）、定义代表土层，确定对应于每一个代表土层中标准贯入参数N值，确定标准贯入参数N值所对应的静力触探试验中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的读取方法，并且对qc和fs进行处理；
[0070] （3）、将所有读取的标准贯入参数N值，锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs值以及相关影响因子列表并形成散点图，所述相关影响因子包括黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp；
[0071] （4）、应用概率论中关于异常点剔除的理论对数据进行处理，然后选取三种拟合函数对散点图进行拟合分析，所述三种拟合函数分别是零截距的线性、非零截距线性、乘幂；
[0072] （5）、在分段拟合的基础上进行公式推导，提出考虑黏粒含量、平均粒径和土性参数的N-qc相关关系式；
[0073] （6）、最后根据N-qc相关关系式提出基于静力触探试验的地基土液化判别方法。
[0074] 上述步骤（1）中静力触探试验对比孔的选取原则是：
[0075] 2a、如果一个标准贯入试验的试验孔的参照孔数目较多，大于15个，按照距离试验孔的远近，保留距离较近的点15个；
[0076] 2b、如果一个标准贯入试验的试验孔的参照孔数目较少，在80米范围内少于5个，并在20米范围内少于3个，则舍弃该试验孔，但有对比孔数据除外；
[0077] 2c、控制一个试验孔的参照孔数目在5～15个之间。
[0078] 上述步骤（2）中标准贯入参数N值的处理方法以及代表土层的定义如下：
[0079] 为了减少标准贯入参数N值的离散性，当同一种土层厚度较大时，对土层内的标准贯入试验点进行分组，取其平均值作为参照N值，根据所给数据的情况，采用如下的方法对数据进行分组；
[0080] 3a、当土层厚度d≤2m时，分一组，在此范围，只有一个标准贯入试验点；
[0081] 3b、当土层厚度2m＜d≤5m时，分两组；
[0082] 3c、当土层厚度d＞5m时，分三组；
[0083] 根据上述方法，将土层厚度进行划分，在相应范围内的标准贯入试验点即为一组；对一组内的N值取平均值作为参照N值，对标准贯入试验点的深度取平均值作为参照N值的对应深度；
[0084] 代表土层，将一组内最上一个标准贯入试验点的深度向上取0.5m作为上界，最下一个标准贯入试验点的深度向下取0.5m作为下界，上下界范围之间的土层作为参照N值所代表的土层；对于一组内只有一个标准贯入试验点的情况，则上下各取0.7m；如果土层的分界面在此深度范围内，则取土层分界面深度作为代表土层的上下界，示意图如图1所示。
[0085] 上述步骤（2）中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的读取方法是：
[0086] qc、fs取对应参照N值所代表土层范围内的平均值，且其20m深度范围内对应的土层应为同一类别土层；取标准贯入试验点代表土层厚度范围内的静力触探试验数据进行统计分析，成果数据为经格拉布斯检验法剔除异常数据后的算术平均值，读取示意图如图2所示。
[0087] 上述步骤（2）中锥尖阻力qc值和侧摩阻力fs的处理方法是：
[0088] 5a、对所读取的qc、fs取平均，作为参照N值对应的qc、fs：
[0089]
[0090] 5b、考虑标准贯入试验孔与参照静力触探试验对比孔距离的影响，对平均值进行修正：
[0091]
[0092] 两式中：
[0093] —取平均或修正后的qc、fs值；
[0094] zi—读取的qc、fs值；
[0095] di—对应参照静力触探试验对比孔和标准贯入试验孔之间的距离；
[0096] 如果要增加距离对数据处理结果的影响，可提高di的方次为2次或3次。
[0097] 上述步骤（5）中N-qc相关关系式是通过如下方式获得：
[0098] 选用步骤（4）所述的三种拟合函数对步骤（3）所获得的散点图（如图3所示），进行拟合分析（如图4、图5、图6、图7所示），同时考虑了步骤（3）所述的黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp相关因子对液化判定的影响；对数据进行分段并采用线性插值的方法进行如下公式推导：
[0099]
[0100] 上式中ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；
[0101]
[0102] 上式中D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；
[0103] 两个公式中n1、n2、n3分别表示黏粒含量ρc、平均粒径D50、土性参数αp的拟合相关因子；
[0104] 关于n3，只分析粉土、粉砂两类土，没有线性插值，直接给出了两个相关因子取值；
[0105]
[0106] 上式中a1是粉土拟合后的相关因子，a2是粉砂拟合后的相关因子，粉土：αp=0，粉砂：αp=1，αp是与静力触探试验摩阻比有关的土性参数；
[0107] 将上述三式相加后求平均：
[0108]
[0109] 整理可得：
[0110] N＝n*qc＝f(ρc,D50,t)qc＝(0.02ρc-3.48D50-0.1αp+2.53)*qc[0111] 上式中ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；粉砂αp=1，粉土αp=0。
[0112] 上述步骤（6）中的地基土液化判别方法是通过如下方式判定：
[0113] 将步骤（5）中的将N-qc关系式N=f(qc)带入到抗震液化判别公式中，得到新的液化指数公式：
[0114]
[0115] 上式中：ρc≤3时取3，ρc≥15时取15；D50≤0.03时取0.03，D50≥0.10时取0.10；粉砂αp=1，粉土αp=0，Ncri根据抗震规范计算；
[0116] 对于存在液化砂土层、粉土层的地基，在探明各液化土层的深度和厚度后，按式计算每个钻孔的液化指数，并按液化等级判定表（表1）综合划分地基的液化等级。
[0117] 表1 液化等级判定表
[0118]
[0119] 为了验证所得成果的合理性，选取一批有专门静力触探对比孔数据的标准贯入试验孔做验证分析。选择与相应标贯孔水平距离为0-2.0m之间的孔35个，与其它规范方法进行对比。对比结果如表2所示。
[0120] 表2 液化判别对比成果表
[0121]
[0122]
[0123] 对一个液化判别式预测结果可靠性的衡量需要将实测值（这里实测值以标贯试验为准）与预测值做对比来反映，如表3所示。表中左侧表示该行的和，下侧表示该列的和。阴影部分表示判定一致的孔数。
[0124] 表3 液化判定实测值与预测值结果对比
[0125]
[0126] 从中可以看出本方法的公式的预测一致符合度在84％以上。与其它方法的对比如表4所示。可见各种方法在液化判定时的符合度不是很高，均在60％以下。这与各种方法考虑的液化影响因素和公式使用条件有关；本方法公式具有更高的符合度，在84％以上。由此可见本法的成果是安全可靠的，而且明显优于其它规范方法。
[0127] 表4 本法与其它方法液化判定预测的符合度对比
[0128]
[0129] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
