湛江市灰色粘性土主要物理指标与承载力的相关性探讨.pdf

2 0 1 l V 0 1 6N o 1 陈光裕等：湛江市灰色粘性土主要物理指标与承载力的相关性探讨 2 0 1 1 第6 卷第1 期 湛江市灰色粘性土主要物理指标与承载力的相关性探讨 陈光裕1 ，陈水安2 ( 1 湛江市规划勘测设计院，湛江市5 2 4 0 0 2 ；2 广东省地质调查院，广州市5 1 0 0 8 0 ) 摘要：湛江市地处海滨地带，滨海沉积的粘性土较发育。轱性土是该地区“ rg 建设地基的主要基础持力层。对拈性 土物理指标变化与压缩模量的相关性探讨，找出土的物理性质与土的力学强度的关秉，从各种关系中总结出各因数的 相关性。对工程建设持力层的选择有着重要的实际应用意义。 关键词：甚江市；粘性土；物理指标，压缩模量。承裁力 中图分类号：T U 4 4 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 7 - 1 9 0 3 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 4 9 0 3 牯性土指的是含粘粒较多，塑性指数大于1 0 的 土。工程上根据塑性指数细分为粉质粘土和粘土。粉 质粘土为塑性指数大于1 0 至等于1 7 的土：粘土为塑 性指数大于1 7 的土。此文的探讨对象是湛江市第四 系全新世海相沉积的灰色粘性土，即灰色粘土和灰色 粉质粘土。统计样品源自湛江市规划勘察设计院，在 工程勘察1 0 0 多处场地中选取了3 0 0 多个灰色粘性土 样品的土工试验指标作为探讨对象。本次探讨的目的 是找出土的主要物理指标与压缩模量的关系，进而掌 握土的物理指标与土层承载力的规律性。 压缩模量的物理意义是指在无侧向膨胀条件下， 压缩时垂直压力增量与垂直应变增量的比值。压缩 模量越大，表明土在这一压力变化中的压缩变形越 小，土的承载能力越大。压缩模量与承载力成正比关 系。因此，清楚有关指标与压缩模量的关系，土层的 承载力与各项指标的关系也明晰了。本文着重探讨土 的主要物理指标与土的压缩模量的关系，找出规律， 明确各物理指标与力学强度的相关关系，从而作出对 土层承载力的合理确定。压缩模量的测定有多种应力 途径和应力条件，这里是采用常规的试验方法，选用 1 0 0 2 0 0 k p a 压力下的压缩模量E s l - 2 值，作为与各 种物理指标的相关性比较。 1 粘性土的主要物理指标与压缩模量 的相关，陛特征 粘性土包括粉质粘土和粘土。从颗粒上比较，粉 质粘土颗粒比粘土稍大。粘性土的物理指标主要是液 限，塑限，重度，含水量，密度等。这些物理指标的大小， 与土的力学强度有着密切的关系。对土影响最突出的 指标为天然含水量与稠度指标中的液性指数，这些指 标的改变，导致粘性土力学强度明显改变。因此，探 讨各指标的相关性，可扬长避短，保证土质的最好物 理性能，利用土的最佳状态。 ( 1 ) 液限、塑限与压缩模量相关性 粘性土在稠度的各界限中，塑性上限称为液限， 也就是土的可塑状态过渡到流塑状态的界线含水量， 用M 符号表示；塑性下限称为塑限，也就是土的可塑 状态过渡到半固体状态的界线含水量，用眠符号表示。 液塑限的实际意义，是反映粘性土稠度状态的具体界 限。液限试验方法有多种，本文的指标为液、塑限联 合测定法，圆锥入土深度为1 0 m m 和2 m m 对应的含水 量百分比为测定的液限塑限指标。液限越大，说明粘 性土的颗粒越细，亲水矿物的含量越高。在工程实践中， 液限与力学存在一定的相关性，通过对3 0 0 多个样品 的统计分析，用纵坐标表示液限，横坐标表示压缩模量， 粘性土的液限与土的压缩模量的相关性如图1 。相关方 程为：y = 1 2 5 0 8 x + 5 0 0 4 。用纵坐标表示塑限，横坐标 表示压缩模量，粘性土塑限与压缩模量的相关性如图2 ， 相关方程为：尸一0 5 6 9 6 x + 2 7 5 8 。通过以上液限、塑限 与压缩模量的相关性作图分析可知，压缩模量与液限、 塑限均呈反比关系，其改变较平缓，高液限和高塑限 土压缩模量相对较小，土的力学强度稍差，土的承载 力较低；相反液限低、塑限低的土，压缩模量稍大，承 万方数据 2 0 1 1 第6 卷第1 期 研究探讨 2 0 1 l V 0 1 6N o 1 载力相对高。整体上，液限、塑限与压缩模量的关系 呈较缓的反相关性。 簇之 妻+ o ：；? _ ? 气 图1液限与压缩模量相关性图 与压雉 “坫蕾 图2 塑限与压缩模量相关性 ( 2 ) 液性指数与压缩模量的相关性 液性指数用五符号表示。粘性土的液性指数是 指在各种不同的含水量条件下，土的一种自然状态。 液性指数值的大小，是表明土体抵抗能力的大小。粘 性土的液限与塑限不随含水量变化而改变，但液性指 数的指标与液限、塑限、含水量指标关系密切。液性 指数值是决定粘性土的力学性质及土的状态的一个重 要指标。丘反映自然土抵抗外力的能力，五越小，抵 抗外力的能力越大，反之越小。按液性指数指标划分 粘性土的状态，其对应关系为：五之1 流塑；0 7 5 I L 1 软塑；0 2 5 j L S O 7 5 可塑：0 I L S 2 5 硬塑；I x S 0 坚硬。 I I 计算公式为： 形一况 、 职一矾 由公式可知，土质的坼与睨基本为定值，液性指 数由于含水量的增加而显著增大，土的承载能力也随 着改变。液性指数与含水量成正比例关系，含水量的 减小，液性指数也变小，土的压缩模量增大，土层的 承载力也增大。根据3 0 0 多个土工试验结果，液性指 数与对应的压缩模量值作图如图3 ，液性指数与压缩 模量的相关方程为y _ - 一0 0 4 5 5 x + 0 7 5 4 9 ，它们的相关 性为反比例关系。作为建筑物地基，牯性土的承载力 大小决定于它其中的一个重要指标就是土的天然稠度 状态。因此，掌握粘性土的特征，保持土质的最佳稠 度状态作为地基土，可以提高土层的承载力，减少不 必要的材料，节省建设费用，起到经济安全的重要作用。 图3 液性指数与压缩模量相关性图 ( 3 ) 含水量与压缩模量相关性 含水量是土中水的质量与干土质量的比值，用 计数，符号为眠。土中含水量的变化，影响粘性土 的物理性质和力学强度的改变，所以含水量是粘性土 的一个重要指标。含水量的改变，能引起一系列指标 的变化。含水量的增大，粘性土压缩模量随之降低。 对3 0 0 多个灰色粘性土样品测试结果作图，含水量与 压缩模量关系式如图4 。从图中可以看出，灰色粘性 土一般的含水量在2 0 5 0 ，压缩模量在3 1 2 较常见。测试指标具一定的离散性，是因为试验指 标中有粘土与粉质粘土的原因。在相同的地质环境 下，一般土质颗粒越细含水量越大；但是在属于粘性 土颗粒大小的范围内，总体遵循含水量增大，压缩 模量减小的规律性。用纵坐标表示含水量，横坐标表 示压缩模量，两者的相关性如图4 ，相关方程为尸 1 6 4 6 2 x + 4 3 8 9 5 ，呈反相关性。 图4 含水量与压缩模量相关性图 ( 4 ) 天然孔隙比与压缩模量相关性 土之天然孔隙比的大小，最直接的影响因素为含水 量与土的密度，相同的土，其含水量的改变，孔隙比 万方数据 2 0 1 l V o I 6N o 1 陈光裕等：湛江市灰色粘性土主要物理指标与承载力的相关性探讨 2 0 1 l 第6 卷第1 期 的改变很大。一般灰色粘性土的孔隙比在O 7 0 0 1 2 0 0 比较常见。以横坐标为压缩模量，纵坐标为孔隙比作图， 通过对孔隙比与压缩模量指标作图分析，天然孔隙比 与压缩模量的相关性呈反比关系( 图5 ) ，相关方程为： 广加0 4 2 7 x + 1 1 9 2 。 摹0 出影响粘性土强度变化的重要指标为粘性土的含水量， 含水量可以改变土的液性指数，可以改变土的孔隙比， 而孔隙比和液性指数是决定粘性土强度的指标。液限 和塑限是天然粘性土所具有的特定状态，不随其它指 标的改变而改变，对牯性土高低液、塑限作承载力比较， 一般而言，相同含水量的高液限、高塑限牯性土比低 液限和低塑限粘性土的承载力低，但是含水量的不同， 天然条件的不一，高低液塑限在强度的比较不具有可 比意义。 掌握粘性土各项指标的相关性，扬长避短，力求 在滨海地区灰色粘性土层中建设工程时，利用粘性土 的最佳状态，能有效地提高土层的承载力，达到建筑 经济安全的目的。 图5 天然孔隙比与压缩模量相关性图 参考文献 2 结论 通过以上各指标与压缩模量关系性的分析，总结 1 】岩土工程勘察规范G B5 0 0 2 1 - 2 0 0 1 2 】建筑地基基础设计规范G B5 0 0 0 7 - 2 0 0 2 【3 】土工试验方法标准G B T5 0 1 2 3 - 1 9 9 9 D i s c u s s i o no nt h eR e l a t i v i t yb e t w e e nM a i nP h y s i c a lI n d e xa n d B e a r i n gC a p a c i t yo fG r a yC l a yi nZ h a n ji a n gC i t y C H E NG u a n g y u l ，C H E NS h u i a n 2 ( 1 Z h a n j i a n gM u n i c i p a lP l a n n i n gS u r v e ya n dD e s i g nI n s t i t u t e , Z h a n j i a n g5 2 4 0 0 2 ； 2 G u a n g d o n gG e o l o g i c a lS u r v e y , G u a n g z h o u5 1 0 0 8 0 ) A b s t r a c t ：Z h a n j i a n gc i t yi sl o c a t e di nt h es e a s i d ez o n e ，w h e r et h el i t t o r a lc l a yi sw i d e l yd i s t r i b u t e d T h ec l a yl a y e ri st h em a j o rb e a r i n gs t r a t u mo fr e g i o n a lc o n s t r u c t i o nf o u n d a t i o n B a s e do nt h ed i s c u s s i o n a b o u tt h er e l a t i v i t yb e t w e e nt h em a i np h y s i c a li n d e xa n dc o m p r e s s i o nm o d u l u so ft h eg r a yc l a y , t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e np h y s i c a lp r o p e r t i e so fc l a ya n dm e c h a n i c a ls t r e n g t hh a v eb e e no b t a i n e d T h e r e l e v a n c eo fv a r i o u sf a c t o r sh a sa ni m