粉土物理性質分析

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摘要:本文結合工作經驗,對部分粉土土樣的物理性質、抗剪強度進行試驗分析,試驗說明粉土具有漸變性質,且與土的顆粒組成關系密切。

關鍵詞:土工試驗;粉土;物理性質;抗剪強度

一、粉土的定名及其物理性質

國內土的分類體系大體分兩種:以塑性指數為主要指標的分類方法和按塑性圖分類方法,其中國標土的分類規范、水利工程規范、大部分公路工程規范、部分鐵路規范采用塑性圖分類,除此之外的國家勘察規范、地基基礎設計規范、冶金工程規范、大部分地方勘察和基礎設計規范使用塑性指數分類,部分規范還將粘粒含量(小于0.005mm)作為粉土分類的一個指標。粉土是介于粗粒土和黏性土之間的一種土,由粉粒和少部分黏粒組成。

(1)現行《土工試驗規范》規定,土中粒徑含量>0.075mm的顆粒≤50%,且塑性指數Ip<10的土定名為粉土。塑性指數Ip值需進行界限含水率試驗(液塑限試驗)來確定。通過液塑限試驗確定土的液限(WL)、塑限(Wp)值,然后求得塑性指數Ip值,Ip=WL-Wp。

液限試驗可以采用圓錐儀法,土的塑限試驗可以采用搓條法,該法應用多年,簡便快捷,試驗人員積累了比較豐富的經驗。但對于粉土來說,有時卻不易掌握,這是因為粉土對含水率很敏感,有時多加一滴水就不產生裂紋,土條不斷裂,要不就產生空心現象,或者根本搓不成條,這是粉土的重要物理特性之一,出現這些情況主要與粘粒含量的多少密切相關。應用液、塑聯合測定儀可同時圖解測出土的液、塑限,此種方法適用于各種土質,根據粉土的上述特點,此種方法比較適用。

(2)粉土中粉粒的含量占絕對優勢,粘粒含量一般<20%,粘粒含量越高,塑性指數Ip值越接近于10。天然粉土極易振動液化失水,土樣在現場勘探、包裝、運輸、室內試驗過程中,因多次振動液化失水,故室內試驗所測定的含水率一般偏低、孔隙比偏小、干密度偏大。由土的物理力學指標確定的地基承載力偏大,不能完全代表原狀土的指標,偏于不安全,這是我們在工作中應特別注意的問題,應用試驗時要進行綜合分析。粉土的干密度較黏土為大。天然粉土的物理力學指標見表1。

二、粉土的力學性質

粉土中的粉粒對工程性質起著控制作用。其粒徑一般在0.075～0.005mm(舊規范為0.05～0.005mm)之間,多由含量≥60%的石英、長石、云母組成,表面活動性弱,但有一定的結構性。大量實驗證明:在非飽和狀態的粉土毛細現象活躍,如毛細壓力會使粉土產生假塑性,引起土的塑性指數增大。粉土中粘粒含量較少,一般<15%～20%,在粒間只起聯系作用。它既不同于沙類土,又異于黏性土。當粉土受到剪切時,其顆粒運動是一個滾過一個并互相滑動的。不是像通常黏土那樣形成一個破壞面,而是形成一個破壞帶。當顆粒互相滑動時,需克服滑動摩擦力。有學者曾舉例說明這一問題,兩塊鋼板相互接觸的實際面積只占其全部表面的1/10000,彼此在突出部份相互接觸。當鋼板相互滑動時,凸出部份被切掉,而接觸面逐漸平滑。在剪切過程中,顆粒部份抬高,然后一個從另一個顆粒上轉動,落入顆粒間的孔隙中,再抬高,再轉動,引起體積增大。顆粒的這種現象稱做微觀膨脹,在地震荷載作用下,不易液化,然而一旦液化后持續時間又比砂土要長,這是由于這種土層的生成年代較近,一般地下水位又高之故。在粉土層中用靜力觸探測得的比貫入阻力往往很高,如利用黏性土層中求得的經驗公式來預估粉土的工程性質,容易誤判。

三、粉土的抗剪及其它室內力學指標

3.1抗剪強度

粉土的構成特點是粒間連接很弱,主要表現為物理連接,它對含水率非常敏感,由于毛細作用,當粉土粒吸收水份,含水率稍有變化時,就會很快使土的強度大大喪失(見表2)。對比制備干容重相同的粉土重塑試件,其飽和快剪值稍低。

當進行飽和固結不排水剪切試驗時,試件的含水率和單位容重有差別,但飽和后,其含水率和單位容重基本一致,故出現了抗剪強度指標接近的現象。由于土固結后已處于飽和狀態,剪損時孔隙比接近,所以固結不排水剪切試驗結果與飽和固結不排水剪切試驗結果也出現相近的現象。粉土不排水抗剪強度隨粘粒含量增加而降低,而粉土排水抗剪強度隨粉土中粘粒含量的降低而增加。故試驗方法的選擇很重要。工程中普遍采用簡便易行的直剪試驗,水利工程一般作固結快剪、飽和固結快剪試驗。

3.2壓縮系數

天然粉土層壓縮沉降量大,壓縮固結穩定較快。土樣在運輸過程中經多次振動液化,已部分排水固結,所以壓縮取樣多為擾動樣,室內測定的壓縮系數較小,a1-2一般<0.3MPa-1,判斷為中低壓縮性,與實際情況不符,偏于不安全,這是我們在實際工作中應注意的問題。

3.3滲透系數

天然粉土的滲透系數一般<10-4cm/s,在水利工程中,填土一般為夯實土,密度較大,視土中的粘粒含量多少而言,滲透系數更是<10-4cm/s,有的能達到10-6cm/s或更低,能滿足工程的防滲要求。

四、粘粒含量對抗剪強度及原位測試指標的影響

粉土試樣由于取樣會受到一定程度的擾動,故影響試驗成果的準確度,但從資料看,室內試驗得到的<值與粘粒含量變化規律仍較明顯。在粘粒含量低時(M<16%),粉土<值較大,比較<值的變化,由于選用試驗方法的不同而產生較大的差異。

粘粒含量與粉土的動力穩定性有關。土的粘粒含量多意味著土的動力穩定性強即土的抗液化能力強,但反映到現場的原位Ps值和N值時,常常又得到相反的結果,即Ps值和N值隨粘粒含量的增多而顯著降低。

靜力觸探、標準貫入試驗兩個原位測試指標能較好地反映粉質土的原狀結構和工程特性。

試驗表明,粘粒含量Mc=10%是Ps值隨Mc減小而開始強烈增大的第一個轉點;其第二個轉點大致在Mc=2%～3%。當Mc<10%,Ps和N值強烈增大的原因是由于粘粒對土的性質影響變弱,也由于粉粒,砂粒多,透水性增大,在貫入中產生大的摩擦阻力和咬合阻力,孔隙水壓力也減弱的關系。

結束語

土工試驗是巖土工程勘察、建設工程施工等方面不可缺少的一個重要組成部分,所提供的參數直接用于工程設計或對工程施工的質量進行檢驗,故土工試驗成果的準確性影響到勘察報告的正確性及對工程施工的檢驗是否正確。在進行土工試驗測試時,需正確對待,提高試驗成果的準確性。力圖給予絕對的力學數值界限必然有它一定的復雜性和困難。為確切進行工程評價,應結合現場實際給予粉質土以恰當的判斷。超級秘書網：

參考文獻:

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