Application of Comprehensive Exploration Method in the Investigation of Sand Gravel Layer
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摘要: 砂卵石层作为地基持力层具有压缩性低、承载力高的优势,然而砂卵石地层又具有稳定性差、无黏聚力、渗透性强、硬度高、级配差异大等特点,地铁勘察、施工难度较大。以北京地铁19号线一期工程为依托,介绍钻探、探井、物探、原位测试、室内试验、现场抽水试验、地下水流向流速测定等综合勘探手段在查明砂卵石地层的密实度、颗粒级配、地层强度等特征以及地下水的赋存状态的应用,为隧道设计、施工提供依据,同时也为砂卵石地层勘察提供借鉴。Abstract: As the bearing layer of foundation, sand gravel layer has the advantages of low compressibility and high bearing capacity. However, the stability of sand gravel layer is poor, which has the characteristics of no cohesion, strong permeability, high hardness and great difference in gradation, so it is difficult to survey and construct the subway. Based on the first phase project of Beijing Metro Line 19, the comprehensive exploration method of drilling, artificial exploration well, geophysical exploration, in-situ test, indoor test, on-site pumping test and underground water flow velocity measurement and other exploration methods were conducted, which were used to find out the characteristics of sand gravel layer, such as density, particle gradation, sand gravel layer strength and the occurrence of groundwater. This study could provide the basis for the design and construction of tunnel, and also provides a reference for the investigation of sand gravel layer.
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表 1 试坑尺寸与相应的最大粒径[14]
mm 试样最大粒径 试坑直径 试坑深度 5(20) 150 200 40 200 250 60 250 300 200 880 1000 表 2 灌水法原位密度试验成果
试验编号 砂卵石质量/kg 试坑体积/dm3 密度/(g·cm−3) 1 24.63 11.23 2.19 2 28.45 13.10 2.17 3 25.94 12.04 2.15 平均值 26.34 12.12 2.17 表 3 N63.5测试成果
地层 统计数n 最大值/击 最小值/击 平均值/击 变异系数 ⑤卵石 71 41 15 27 0.28 ⑦卵石 60 45 20 34 0.25 ⑨卵石 61 60 22 46 0.29 ⑪卵石 45 90 22 64 0.33 表 4 N120测试成果
地层 统计数n 最大值/击 最小值/击 平均值/击 变异系数 ⑤卵石 22 15 6 13 0.20 ⑦卵石 19 24 10 17 0.31 ⑨卵石 19 30 13 20 0.27 ⑪卵石 15 40 16 25 0.31 表 5 剪切波速和压缩波速平均值统计
地层及编号 剪切波速vs/(m·s−1) 纵波波速vp/(m·s−1) 动弹性模量Ed/ MPa 动泊松比Ud 动剪切模量Gd/ MPa ⑤卵石 382.3 666.5 773.9 0.273 304.0 ⑦卵石 444.7 789.7 1115.4 0.263 441.5 ⑨卵石 464.3 800.4 1167.7 0.254 465.5 ⑪卵石 494.4 857.5 1343.7 0.252 536.7 表 6 卵石特性粒径、不均匀系数、曲率系数
有效粒径
d10/mm限制粒径
d30/mm平均粒径
d50/mm限制粒径
d60/mm不均匀
系数Cu曲率
系数Cc0.425 7.198 26.696 35.048 82.466 3.478 表 7 卵石荷载强度试验成果
深度/m 标准点荷载强度指数IS(50) 饱和单轴抗压强度 平均值/MPa 最大值/MPa 最小值/MPa 变异系数 统计数量/个 平均值/MPa 15.0 6.46 6.99 5.60 0.08 6 92.42 22.0 7.16 11.50 4.97 0.32 6 98.77 24.0 9.15 10.83 7.89 0.12 6 119.95 28.0 9.84 11.12 8.58 0.09 6 126.68 32.0 10.07 8.93 11.85 0.10 6 128.86 表 8 地下水特征表
地下水性质 (水位/水头埋深)/m (水位/水头标高)/m 观测时间 含水层 上层滞水(一) 1.44~2.92 43.33~46.30 2016.7~2016.9 素填土①层、粉土③层 潜水(二) 11.96~13.60 32.65~35.78 2016.7~2016.9 粉细砂③3、卵石⑤层 层间水(三) 22.80~30.29 17.45~23.45 2016.7~2016.9 卵石⑦层、卵石⑨层 表 9 试验井结构参数
试验井 孔深
/m管径
/mm过滤器
长度/m过滤器
标高/m过滤器
埋深/m抽水井
观测井48 273 18 18.8~0.8 29.91~48 表 10 水文地质参数计算结果
试验井编号 Q/(m3·h−1) h0/m i k/(m·d−1) 抽水井DS01 141.8 55 0.0180 273.6 观测井DG01 141.8 55 0.0188 261.9 观测井DG02 141.8 55 0.0206 239.1 观测井DG03 141.8 55 0.0211 233.4 表 11 三角形井孔法测量地下水流向流速计算结果
分区 渗透系数
k/(m·d−1)水力
梯度I渗透流速
V/(m·d−1)有效孔
隙度ne实际流速
Vd/(m·d−1)地下水
流向/(°)分区1 251.96 0.007902 1.99 0.371 5.37 北偏东53.96 分区2 251.96 0.005032 1.27 0.371 3.42 北偏东57.15 分区3 251.96 0.005640 1.42 0.371 3.83 北偏东73.68 分区4 251.96 0.006488 1.63 0.371 4.41 北偏东72.73 平均 1.58 4.26 注:地下水流速方位角0°为正北,90°为正东 -
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