标贯N值的归一化及与相对密度的关系

　　1　引言

　　研究表明:在锤重和落距相同的情况下,因不同标贯试验设备(包括锤的型式、落锤方法和锤砧重量等)的有效锤击能量不同,同一种砂土在特定的相对密度和有效上覆压力情况下,会测出不同的标贯N值;而当相对密度Dr一定时,同一种砂土用特定的试验设备测定的N值,随有效上覆压力σ′v的增大而增大。所谓标贯N值的归一化(Normaliza-tion,或称标准化,正则化),就是在统一考虑不同国家、不同试验设备和操作方法的有效锤击能量的基础上,将实测标贯N值对有效上覆压力σ′v归一。Seed[1]提出的以钻杆能量比——击锤传给钻杆的能量与击锤理论自由落化能量之比——ERm=60%为基准,将各种不同试验设备的实测N值统一换算为N60,再将N60换算为单位有效上覆压力σ′v=1 (kgf/cm2,即0.1MPa)时的(N1)60的归一化方法,已为欧、美、日各国普遍接受。

　　Skempton[2]对从四十年代末到八十年代中的欧美和日本等国的大量室内和现场试验研究成果的分析中得出下列关系:

　　从而认为标贯N值随相对密度Dr的平方和有效上覆压力σ′v的增加而增加,且当Dr为定值时,N60大致与σ′v呈线性关系。并同时指出:当Dr和σ′v一定时,N值随砂的平均粒径d50的增大而增大。

　　我国黄世铭在第二届欧洲触探会议上报导过不同落锤操作方法锤击效率的对比试验结果,铁道科学研究院等单位提出过以有效上覆压力σ′v为参数的Dr～N关系式。最近,有的地方地基规范中列入了考虑σ′v影响的N值与砂土密实度相关关系的表格。

　　本文拟在介绍Seed提出的(N1)60的归一化方法的基础上,根据Skempton提出的关系式(1),对国内外提出的各种Dr～N关系进行归一化分析,最后提出用归一化标贯N值(N1)60估算天然沉积正常固结砂性土的相对密度Dr的方法,供实际应用和继续研究时参考。

　　2　能量修正系数CER和N60

　　当标贯锤重W= 622.72kN (即63.5kgf),落距h=0.762m时,击锤的理论自由落体能量为:

　　实际上,由于落锤过程中的摩擦损失和击锤撞击锤钻造成的损失,作用于钻杆的能量将小于理论E值,即钻杆能量比ERm<1。Seed和Skempton根据Kovacs、Schmert-mann、Douglas、Yoshimi、Tokimatsu和黄世铭等美、日和我国研究者的实测研究资料,把各国不同标贯设备的钻杆能量比总结如表1。

　　Seed并提出以ERm=60%为基准,将各国不同的标贯试验设备的实测N值换算为N60:

　　其中CER=ERm/60,称为能量修正系数,其值见表1。

　　根据Douglas在我国唐山地区的对比试验结果[1],我国目前常用的自动脱钩落锤类似于欧洲的Pilcon型锤,其ERm=60%,CER=1,故N60=N。

　　3　(N1)60和有效上覆压力修正系数CN