（地质工程专业论文）亳阜高速公路路基填土工程性质的研究.pdf

毫阜高速公路路基填土工程性质的研究 摘要 本文着重对毫阜高速公路北、中、南各段的路基填土的物理性质、力 学性质、水理性质及微观结构、矿物化学成分和工程性质之间的关系进行 了详细研究和对比，并对其变化规律做了分析。作者对该各路段路基填十 进行了大量的土工实验，并与收集的勘察资料数据对比，获得了各段粉土 和粘土的各项指标，然后以x 射线衍射( x d a ) 分析为主要手段，结合偏 光显微镜，扫描电镜( g e m ) 以及化学全分析等手段对毫阜高速公路沿线 粉土进行了矿物组分鉴定。通过扫描电镜( s e m ) 对区内风干样品的微观 结构进行了观察研究，和各段路基填土所具有的工程性质进行对比，证实 了粉土的工程性质与其微结构存在着十分密切的联系。研究表明：粉土的 矿物成分在一定程度上控制着土的工程性质，但相对于粉土的微结构对其 工程性质的影响程度来况，总的影响不是太大。粉土的微结构对土的压缩 性能、抗剪强度和渗透性都有着比较显著的影响。另外，针对研究区内的 粉土路基可能产生的病害进行了分析，并相应提出了治理措施。 关键词：毫阜高速公路粉土矿物成分微结构工程性质 s t u d y o nt h ee n g i n e e r i n gp r o p e r t yo fr o a d b e d s o i l - f i l l i n go f a n - h u ib o - f ue x p r e s s w a y a b s t r a c t t h i st e x tm o s t l yd i s s e c t sa n dc o n t r a s t st h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e np h y s i c sc y ， m e c h a n i c sc y ，w a t e rc y ，m i c r o s t r u c t u r e ，m i n e r a l c h e m i s t r ye l e m e n ta n de n g i n e e r i n g p r o p e r t yo fe v e r yr o a d b e ds i l to fa n h u i b o - - f ue x p r e s s w a ya n dt h e na s s a y si t s t r a n s f o r m a t i o n a u t i l o r d i dl o t so fe x p e r i m e n t a t i o n sa b o u te v e r yr o a d b e ds i l t ， f u r t h e r m o r e ，c o n t r a s t e ds o m eo t h e rd a t u m ，f i n a l l y , t h ei n d e x e so fe v e r ye m b a n k m e n t s i l th a v eb e e no b t a i n e d a n dt h e n ，a n a l y s i sb yu s i n gxr a yd i f f r a c t i o n ( x d a ) f o rm a i n m e a n s ，i st od e t e r m i n et h em i n e r a lc o m p o n e n tp a r to fb o f ue x p r e s s w a yw i t hp o l a r m i c r o s c o p e ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) a n dc h e m i s t r ya n a l y s i s u s i n gx r a yd i f f r a c t i o na n dh a l fq u a n t i t a t i v ea n a l y t i c a lm e t h o d ，w ec a nr a t i o nm i n e r a la n dh i s r e l a t i v ec o n t e n ti nt h es i l t t h r o u g hs c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) ， m i c r o - s t r u c t u r eo ft h ea i rd r i e ds a m p l ei sr e s e a r c h e do fo b s e r v i n gt ov e r i f yp r o j e c t n a t u r eo ft h es i l ta n di t sm i c r o s t r u c t u r eh a v ec l o s ec o n n e c t i o nv e r yf u r t h e r s t u d i e sh a v es h o w n ：t h em i n e r a lc o m p o s i t i o no ft h es i l ti sc o n t r o l l i n gt h ep r o j e c t n a t u r eo ft h es o i lt oac e r t a i ne x t e n t ，b u tc o m p a r e dt ot h em i c r o s t r u c t u r eo ft h e s i l t ，t h et o t a li n f l u e n c et ot h ee n g i n e e r i n gp r o p e r t yi sn o tt o og r e a t m i c r o s t r u c t u r e h a sm m a r k a b l ei n f l u e n c et oc o m p r e s s i o np e r f o r m a n c ei ns o i l ，c u ti n t e n s i t ya n d p e r m e a b i l i t y i na d d i t i o n ，o nt h eb a s eo fa n a l y s i st os i l td i s e a s et h a tm i g h td e s t r o y r o a db e dih a v ep r o p o s e dt h ea d m i n i s t r a t i o nm e a s u r e sc o r r e s p o n d i n g l y k e y w o r d s ：b o - f ue x p r e s s w a y s i l tm i n e r a lc o m p o s i t i o nm i c r o - s t r u c t u r e e n g i n e e r i n gp r o p e r t y 前言 现今已是二十一世纪，我们所面临的世界难处在一个知识急剧爆炸，技术 突飞猛进，观念不断更新的时代。作为古老而有年轻的边缘学科一工程地质 学，在进入9 0 年代以来，正日益面临着严峻的挑战，其中一个重大问题就是如 何处理并有效地反映我们所面对的非线性世界一复杂的岩土工程环境。 作为岩土工程重要组成部分的粉土是地壳表层分布较为广泛的一种性质不 太理想的工程材料。由于其现存状态既残留着地质历史变迁的痕迹，又明显地 受到现今人类活动的改造，因而其具有复杂的非线性特征：在宏观上表现为土 体物理力学形状的不均匀性和各向异性；而在微观上则主要表现为介质结构的 非连续性和不确定性。 由于粉土的复杂性质，在公路工程，铁路工程，工业民用建筑建设中会带 来较大的影响和隐患，如何利用并处理便成为这些工程的关键问题之一。粉土 在静荷载下压密较小，但在动荷载作用下，易于发生液化，故往往使建筑物发 生灾害性的破坏；对粉土层的施工若有不当，在地下水的作用下，往往易于发 生流动现象，使地基强度降低并失去稳定性，甚至危及邻近建筑。在粉土地基 上修筑公路，铁路，特别是填土路基比较高的时候，地基的处理和基础的旖工， 不但在勘察，设计，施工阶段，而且在养护期间，考虑的因素定要更加全面， 更加慎重。 近几十年来，在高等级公路建设中，对粉土路基的处理问题已经成为影响 工程造价和道路使用质量的突出矛盾之一。要解决这一问题，关键在正确认识 粉土路基的性质与危害性的基础上，借鉴已有的成果和资料，结合工程现场实 际，合理选择一种或几种组合处理方法，使处理后的路基满足建设工程各项要 求。 过去，大多数科研人员对粉土认识通常是从宏观的工程性质和常规的土工 试验得出粉土的一些物理性质指标去探索粉土的特性，极少从微观角度对粉土 进行较为深入的研究。如今，随着科学技术的发展，各种精密仪器的出现与更 新换代使得我们能进入粉土的微观世界去探索其中的性质。 毫阜高速是安徽省正在修建的一条高速公路，有些路段含有较多的粉土颗 粒，干时虽然有粘性，但是易于破碎，浸水时容易成为流动状态。粉士的毛细 作用强烈，毛细上升高度大( 可达l ，5 m ) ，在季节性冻胀地区容易形成冻胀、 翻浆等病害。粉土属于不良的公路用土，而在许多地方并没有很多的适合路基 填土的粘性土，从经济和社会效应来考虑，必须要就地取材，因而对该地区粉 土进行分析研究既有理论意义又有实际意义。为了从根本上了解和分析粉土， 本文主要对样品进行了扫描电镜，x 射线衍射分析和化学分析。 本文的主要研究内容包括以下几个方面： f 1 ) 研究区的自然地理概况； f 2 ) 粉土的物理化学性质与工程性质： ( 3 1 研究区内粉土的矿物化学成分： f 4 ) 研究区内粉土的微结构特征； f 5 1 研究区内粉土的矿物化学成分，微结构与粉土工程性质之问的关系： ( 6 ) 研究区内粉土路基病害及防治对策研究。 本次毕业设计，本人综合了大学期间所学的专业知识，并相应进行了系统 化的整合，通过与工程实际的结合加深了对理论知识的理解与应用。 插图清单 图卜1 高速公路路基宽度图 图i 一2 毫阜高速公路的地理位置图 图l 一3 毫阜高速公路道路横断面尺寸示意图 图3 1 毫阜高速公路各地区粉土含水量分布柱状图 图3 - 2 毫阜高速公路各地区粉土湿密度分布柱状同 圈3 - 3 毫阜高速公路各地区粉土土粒比重分布柱状倒 图3 - 4 毫阜高速公路各地区粉土孔隙比分御柱状图 图3 5 毫阜高速公路各地匡粉士干密度分布柱状圈 图3 - 6 毫阜高速公路各地区粉土饱和度分布柱状图 图3 7 毫阜高速公路粉土最佳含水量分布柱状图 图3 - 8 毫阜高速公路粉土最大干密度分布杜状图 图3 9 毫阜高速公路各地区粉土液限分布柱状罔 图3 一1 0 毫阜高速公路各地区粉土塑限分布柱状图 图31 1 毫阜高速公路备地区粉土塑性指数柱状图 图3 一1 2 毫阜高速公路各地区粉土液性质数柱状图 图4 l 毫阜路各地区粉土压缩系数分布柱状图 图42 毫阜潞各地区粉土压缩模量分布柱状图 图4 _ 3 毫阜路备地区粉土粘聚力分布柱状罔 图4 - 4 毫阜路各地区粉土内摩擦角分布柱状图 图4 5 毫阜路各地区粉土无侧限抗压强度分布柱状到 图4 - 5 毫阜路各地区粘土压缩系数分布柱状图 圈47 毫阜路各地区粘土压缩模量分布柱状图 图4 - 8 毫阜路各地区粘上粘聚力分布柱状图 图4 - 9 毫阜路各地区粘土内摩擦角分布柱状图 图41 0 毫阜路各地区粘土无侧线抗压强度分布柱状图 图5 1 ( a ) 毫阜路各路段粉士渗透系数分布柱状图 图5 1 ( b ) 毫阜蹄各路段粉土渗透系数分布柱状图 2 3 - 4 - - - 1 3 - - 1 3 - - - 一一1 3 “1 3 - - “1 4 1 4 - - 1 5 - - 1 5 1 6 - - 1 6 1 7 1 7 “1 9 - - - - - - 2 0 一2 l 2 1 “2 2 - 2 2 一2 2 - 2 3 - - 2 3 2 3 2 4 ”2 5 图5 2 ( a ) 毫阜路各地区粉土毛细管上升高度柱状图2 5 图5 2 ( a ) 毫阜路各地区粉土毛细管上升高度柱状图2 6 图6 一l 毫阜路路基填土中s i 毡和石英含量对比图3 2 图7 1 路北段粉土的中观结构特征图片3 7 图7 2 路中段粉土的中观结构特征图片3 8 图7 - 3 路北段粉土的微结构特征照片4 0 图7 - 4 路中段粉土的微结构特征照片4 0 图7 5 路中段9 0 区粉土的微结构特征照片4 0 图7 - 6 路中段9 3 区粉土的微结构特征照片t oa 4 l 图7 7 路北段9 3 区粉土的微结构特征照片4 1 图7 8 路北段粘土的微结构特征照片4 1 图7 - 9 路中段粘土的微结构特征照片4 2 图7 一l o 路南段粘土的微结构特征照片4 2 图9 - if e 3 + 和f e ”的含量沿线变化折线图4 8 图9 2 粉土中粘土矿物含量和液塑限的关系4 8 图9 - 3 粉土中粘士矿物、有机质和塑性指数的关系4 8 图9 - 4 粉土中烧失量和粘聚力、内摩擦角的关系4 9 图9 - 5 粉土中烧失量和压缩系数的关系g 0 j0 4 9 图9 - 6 粘土中粘土矿物含量也液塑限的关系5 3 图9 7 粘土中粘土矿物含量也塑性指数的关系5 3 表格清单 表3 一l 亳阜高速公路粉士的物理性质指标统计表1 l 表3 2 毫阜高速公路粉土压实后最佳含水量统计表1 l 表3 - 3 毫阜高速公路粉土压实后最大干密度统计表l l 表3 4 毫阜高速公路粉土的粒度成分统计表1 2 表3 5 毫阜高速公路粘土的物理性质指标统计表1 7 表4 - l 毫阜高速公路粉土力学性质指标统计表1 8 表4 - 2 毫阜高速公路填土压实后力学性质指标统计表1 8 表4 3 毫阜高速公路粘土力学性质指标统计表2 2 表5 - 1毫阜路各路段粉土渗透系数、毛细管上升高度统计表2 4 表6 - 1 毫阜高速公路路基填土矿物成分表3 l 表6 2 毫阜高速公路路基填土化学成分表3 2 表9 一l毫阜高速公路各段路基填土内摩擦角、粘聚力统汁表5 0 表9 - 2 毫阜高速公路各段路基填土压缩系数统计表5 1 表9 3 毫阜高速公路各段路基填士渗透系数统计表5 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金胆= e 些厶堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 撇螨签名彳韵 签字日期：卅年历日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒殴王些_ 大堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒 月l 些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库迸行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 一瓤咎弓 签字同州年歹月l 知 学位沦文作者毕业后去向 丁作单付： 通讯地址： 聊魏藕呀劫 签字日期害卅年r 月加日 电话 邮编 致谢 首先感谢崔可锐老师在本次论文完成过程中，自始至终所给予的精心指导， 他对我的严格要求使我受益匪浅。非常感谢王道轩老师在样品显微镜观察、薄 片照相、x 射线衍射图谱分析以及相关软件应用方面予以的指导。感谢旌小平、 赵川老师在室内土工试验阶段和毫州收集数据时所给予的关心与帮助。感谢所 有在生活和学习上予以指导和帮助的老师和同学! 在三年的研究生学习和学位论文撰写期间，得到了资源与环境工程学院领 导和老师，尤其是岩土工程教研室各位老师在生活和学习中给予的诸多的关怀。 本人再次表示衷心的感谢! 最后衷心地感谢我的家人，有他们的全力支持，我才能顺利地完成大学的 学业。 侯方 2 0 0 6 年4 月 第一章研究区概况 1 1 毫阜高速公路概况 毫州至阜阳高速公路是国家重点公路山东东营香港( 口岸) 公路的一段， 其建设对于完善全国高速公路网，提高高速公路建设的规模效益具有积极的意 义。 山东东营一香港( 口岸) 公路起自山东东营，经山东济南、荷泽、河南商 丘，自毫州进入安徽省境，经阜阳、六安、安庆，由东至出省进入江西，经景 德镇、鹰潭、瑞金、河源、广东惠州、深胡i ，终于香港；是国家公路规划中的 南北向重要干道。本项目作为该公路的一段，其建设对于完善全国高速公路网 具有积极意义。项目建成以后，可与连霍国道主干线、界阜蚌高速( 上海一洛阳 国家重点公路中的一段) 等连接起来，继而可同京福国道主干线、沪蓉国道主 干线等高速公路相通，形成高速公路网的规模效益。 在我省三十年的公路规划中，本项目是“三纵四横七连”骨架路网中西纵： 即毫州一阜阳一六安一东至中的一段。是我省“十五”重点建设项目。因此，本 项目符合安徽省公路建设的系统规划。皖西北地区目前尚无纵向的高速公路通 道，现有的纵向公路一般是二级或其以下标准。本项目建成以后。对增强皖西 北公路运输能力、改善公路网布局和交通运输环境将起到十分重要的作用。 本项目起点接河南省商丘至营廓集高速公路，终点接界阜蚌高速公路。全 长9 9 9 3 公里。毫阜高速公路采用平原微丘区高速公路标准，全封闭，全立交。 计算行车速度1 2 0 k m h ，路基宽度2 8 m ，沥青混凝土路面宽2 1 1 7 5 m 。设计荷载： 汽车超2 0 级，挂车1 2 0 级。平曲线最小半径为5 5 0 0 m ，最大半径8 5 0 0 m ，最大直 径长度为2 2 8 4 2 6 0 m ，平曲线占路线总长度的7 1 2 7 3 ，竖曲线最小半径为 1 5 2 0 4 m ，最大竖曲线半径为2 0 0 0 0 0 m 。 毫阜高速公路全线共占地1 9 9 9 6 3 2 亩，其中永久占地9 5 8 5 3 亩，临时占 地1 0 4 1 1 0 2 亩，共拆迁建筑物1 7 2 6 6 3 7 亩。全线路基土方数量1 6 0 0 万立方米， 平均每公里土方1 6 万立方米。全线平均填土高度为3 6 7 m ，防护工程2 6 2 万 立方米。全线共设桥梁9 7 座，共4 0 8 8 0 4 m 。其中特大桥6 4 8 5 m 座，大中桥 1 5 8 4 2 m 2 5 座，小桥6 4 4 7 2 m 2 l 座，通道桥1 2 0 7 4 m 5 0 座，涵洞4 3 7 9 2 8 1 l3 道。 1 2 研究区域背景 毫州至阜阳高速公路位于安徽省西北部，地跨毫州、阜阳两市。位于北纬 3 3 。1 07 3 4 。5 17 ，东经1 1 j 。4 5 一1 15 。5 27 之间。本项目起点位于黄淮 海平原南缘，地形平坦，为典j 掣的堆积型地貌。公路选线范围内区域地貌属黄 淮冲积平原，位于黄河冲积扇平原的前缘与黄淮冲积平原的交界处，为一地势 平坦开阔、微有波状起伏的平原形态。地势由西北向东南微倾，坡降 1 4 0 0 0l 1 0 0 0 0 。地面标高为2 8 一l7 米，物质组成为第四系全新统灰黄色粉土 和棕红色粘土，上更新统青灰及青黄色粉土。区内地貌分为冲积平原与剥蚀冲 积平原。 本项目选线区域位于中纬度内陆，属暖温带半湿润季风气候，季风明显， 四季分明、雨量适中、光照充足，无霜期长。出于该区兼有南北方气候之长， 又有南北方气候之短，受季风影响大，冷暖气团交替频繁，天气多变，常有早、 涝、低温、霜冻、干热风、冰雹等自然灾害发生。 区内多年平均气温在1 4 4 1 5 1 左右，极端最高气温( 七月) 达4 2 1 ， 极端最低气温( 一月) 为一2 0 6 。 区内年同照时数2 1 7 4 2 4 2 5 小时，年无霜期2 1 0 - 2 3 0 天。 区内雨量充沛，降水量年际变化较大，多年平均降水量在7 4 6 4 - 8 9 5 9 m m ， 丰水年降雨量在( 最多7 月) 1 6 1 8 7 m m ，早年降水量( 最少1 月) 4 4 0 8 m m ，且 降水量年内分布不均。6 月至9 月降水量较大，1 1 月至翌年2 月最小。区内降 水具有降水量大、降水延续时间长、短时间降水强度大等特征。本区暴雨和夏 季高温炎热气候对公路建设不利。主汛期般在6 - 9 月份，洪峰多出现在7 - 8 月份，年平均蒸发量1 6 9 5 3 - 2 1 0 9 1 m m ，相对湿度为7 0 一7 4 。 1 3 研究区内粉土的分布 在研究该课题时，将毫阜高速公路分为三段，本文中的路北段所指区间为 k o + 0 0 0 k 2 9 + 8 9 2 2 ，路中段为k 2 9 + 8 9 2 2 k 7 2 + 4 0 0 ，路南段为k 7 2 + 4 0 0 k 9 9 + 9 3 6 ，8 2 1 。由于毫阜高速公路沿线附近地区适合用作路基填土的粘性土分布 较少，大部分都是粉土，从经济角度出发，很多路基用的是粉土。该高速公路 的南段仝是用粘土作的路基，但是在路的中段和北段，基本上是用粉土作路基 的：路北段公路路基的9 0 区、9 3 区、9 5 区均是用的粉土；中段公路路基的9 0 区、9 3 区均用的是粉土。其它路段以及上述路段的其它路基层则全是用粘土填 实的。 图l 1 高速公路路基宽度剀 i 因省界 3 困铁路 2 困公路 4 圈城市 图l 一2 毫阜高速公路的地理 ：i ) ：置图 匝拍憾伊旧耀蠹测密对喇惺斟御ch匝 o o 第二章粉土及粘土的工程性质 2 1 一。般性质 2 1 1 粉士1 1 凡粒径大于0 0 7 5 m m 的颗粒含量小于或等于全重的5 0 ，且塑性指数i p 小于或等于1 0 的土，称为粉土。 路基勘察中对土的定名原则上以公路土工试验规程( j t j 0 5 1 9 3 ) 中的 分类方法为准。本文把淮北地区特有的粉性土( 包括亚粘土和亚砂土) 直接用 粉土这个名称来表示。 粉土属第四系全新统地层( q 。) ，冲洪积成因，在我国广泛分布，长江以 北黄淮冲积平原分布较为普遍。粉土多呈棕黄色，散粒结构，是一种具有特殊 工程性质的土类，粉土一般呈稍密中密状态，压缩性高，力学强度低，密实 的粉土为良好地基，饱和稍密的粉土，地震时易产生液化，为不良地基。该类 填料用于路堤下部时，要加强边坡防护力度。 粉土的工程性质处于粘性土及砂土之间。粉土的工程特性如下： 1 粉土中8 0 以上的粒组是粉粒及粉砂粒，比表面积不大，毛细现象发 达。在塑限试验搓条时，毛细压力使土粒聚台，呈现出假塑性，故塑限试验对 这类土不适用；液限试验时，圆锥尖沉入土中在限定时间内不能稳定，故液限 试验对这类土也不适用。在试验曲线l - w w 。和i - w w 。上，在ir = 1 0 附近曲线 出现转折，w ，曲线向下凸，表现出假塑性。 2 土的力学指标如内摩擦角、内聚力、压缩系数、压缩模量、比贯入阻 力等在与塑性指数i ，的关系曲线上，于i ，= l o 附近也出现明显转折。 3 从地震液化特征看，( 1 0 时，容易液化。 4 从工程实践中反映出，i 。 t 0 的难以压实，也不宜用石灰加固，当采 用桩基时，不宜用压入法沉桩，且沉桩比较困难。 5 粉土的工程性质与中等塑性的粘性土比较，其渗透性和抗剪强度明显 增大，压缩性则显著降低，标准贯入击数和静探比贯入阻力一般增高2 倍以上。 在粉土中钻探，取原状土样或打桩较困难，施工开挖时容易产生流砂涌土现象。 其中，砂质粉土( 旧称亚砂土) 的一系列工程性质更接近粉砂。 6 砂质粉土的主要矿物成分是大量石英，其次为长石，云母及少量其他 矿物，并含有极少量的粘土矿物。 7 由于其粘粒含量极少，故与水的结合能力小。但其主要成分为粉粒， 毛细作用显著，但含水量不大时，出于毛细水的存在，使砂质粉土表现出一定 的毛细粘聚力，在饱水时，毛细粘聚力就消失，则呈现很小或无粘聚力的散粒 体，不具有塑性或微有塑性，故可称之为无粘聚性土。 8 砂质粉土的透水性一般良好。颗粒愈粗，愈均匀，愈浑圆时，透水性 愈高。 9 般砂质粉土在静载衙作用下，压缩性较小，其压密过程也较快。工 程实践表明砂土地基的变形在施工期间即可完成7 0 8 0 以上，甚至可以认为 己全部完成。颗粒愈粗，压缩性愈低，压密愈快。 1 0 砂质粉的抗剪强度由内摩擦角来决定。由石英组成的内摩擦角最 大，云母则最小。矿物成分对于较搴r 粒组的内摩擦角影响较显著，这种影响随 着粒度的变小而递减。砂质粉土的紧密程度增大时，内摩擦角也增加，这与在 剪切带，不仅发生颗粒问的位移，而且还由于颗粒问的皎合作用，发生部分颗 粒被破碎有关。在剪切过程之中，土的体积会发生变化，一般松砂变密，密砂 则变松。颗粒的形状及级配对其内摩擦角也有影响，一般浑圆的，均匀的，其 内摩擦角较小。 1 1 除了疏松的粉土之外，一般均可作为各种房屋建筑物和构筑物的良好 地基，这类土地基的承载力与土的紧密状态，基础大小，埋深和地下水位有关。 但对于饱和的粉土地基，由于地下水的渗流，易于发生流砂现象。 2 1 - 2 粘土 粘性土是指塑性指数i ，大于l o 的土，由于土中的颗粒组成以粉粒和粘粒为 主，因此具有显著不同于无粘性土的特征。粘性土的特征为： 1 粘性和可塑性。粘粒与水相互作用产生粘结力，表现为土具有粘性和 可塑性。粘性的大小取决于两个因素：是土粒的矿物成分和土粒周围水的成分 及其所含离子的种类和特征：二是土颗粒的总比表面积的大小。比表面积定义为 单位体积或质量的土中，所有土颗粒的表面积和。显然，土的粒度组成中粘粒 含量越多，粘性越大。 2 具有胀缩性。土的体积由于含水量变化而引起变化的性质称为胀缩性。 粘性土的胀缩性容易使地基土产生不均匀变形，并使结构物产生附加应力，造 成不利影响。 3 压缩性和抗剪强度与士的含水量有着密切的关系。 4 具有结构性。 2 2 渗透性质 本节是研究水中孔隙水( 主要是指重力水) 的运动规律。土孑l 隙中的自由水 在重力作用下发生运动的现织，称为水的渗透。土的渗透性表征土体被水透过 的性能，是土体基本力学性质之一。在道路工程中常需要了解土的渗透性。由 于土的孔隙细小，在大多数情况下水在孔隙中的流速较小，可以认为是属于层 流( 即水流流线互相平行的流动) 。那么土中水的渗流规律可以认为是符合层流 渗透定律，这个定律是法国学者达西( h d a r c y ) 根据砂土的实验结果而得到的， 也称达西定律。它是指水在土中的渗透速度与水头梯度成正比，即 v = k i v 一一渗透速度，m s ， i 一一水头梯度，即沿着水流方向单位长度上的水头差。 影响粉土渗透性的主要因素【2 l 是颗粒大小、级配、密度、以及土中封闭气 泡。土的颗粒愈小，土体孔隙愈小，渗透性愈小。级配良好，细颗粒填充粗颗 粒孔隙，土体孔隙减小，渗透性较小。密度的影响也是明显的，渗透性随相对 密度增加而减小。土中封闭气体对土体渗透性也有较大影响，封闭气泡不仅减 小土体断面上的过水通道面积，而且会堵塞某些通道，使土体渗透性减小。 影响粘土渗透性的因素”1 要比粉土复杂。粘土中土颗粒尺寸小，呈扁平状， 比表面积大，颗粒表面处形成扩大的双电层，双电层内的水分子受到吸附作用， 其性质与自由水不同。粘土的矿物成分和土的结构与组构对土体渗透性都有影 响。粘土矿物成份影响粘土颗粒的大小，而且影响与颗粒周围液相的相互作用。 这些都对渗透性产生影响。对同一含水量的粘土矿物作比较，渗透性大小的顺 序为：蒙脱石 伊利石 高岭石。 粘土颗粒的形状是扁平的，有定向排列作用在沉积过程中，是在竖向应 力和水平向应力不相等的条件下固结的，土体固有各向异性和应力各向异性造 成了土体渗透性的各向异性。特别对层状粘上，由于水平粉细砂层的存在，使 水平渗透系数远远大于竖直向渗透系数。 2 3 结构特征和变形特征口l 土的结构指土的粒径组成、空间排列形式和土粒问的联结特点。天然土的 结构在土的形成过程中和后来所经历的条件下形成的，它不仅与土粒大小、形 状相矿成份等因素有关，而且还与周围介质有关。土的结构是其物理力学性质 的主要决因素之一，可据以预测在建筑物作用下土的变形；评价土作为建筑材 料的质量。 由粉粒( o 0 5 一o 0 0 5 m m ) 组成的土在水中沉积时，基本上是以单个土粒下沉： 当碰上已沉积的土粒时，由于它们之间的相互引力大于其重力，因此土粒就停 留在最初的接触点上不再下沉，常形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。 粘土颗粒( 北段，南段粉土的抗液化能力最强。 3 2 2 天然含水量 含水量的大小对粉土有重大的影响，饱和粉土容易发生液化，使土的强度 散失，上部建筑失去稳定，对社会和人类将造成重大的危害。因此，土的含水 量也是土工建筑施工质量控制的依据。粉士在取样、运送及拆封过程中均易扰 动失水，随之而结构破坏f 孔隙比减少1 。目前室内试验无法解决，仅根据经验 修正。因此，在取样、运送及拆封过程- 中，均要注意保护样品质量。同时，含 水量反映了土的状态，含水量的变化将使土的一系列物理力学性质随之而异。 测定含水量的方法有多种，如烘干法、酒精燃烧法、炒干法、比重法、实容积 法、微波法和核予射线法等等。本文主要是采取烘干法。从图3 1 可以看出： 北段的含水量最大，南段和中段的含水量相当。 r r 掌 3 - 1 毫阜高速公路各地区粉土含水量分布桂状圈3 - 2 毫卑高速公路各地区粉土湿密度分布柱状围 3 2 3 湿密度 土的密度是指单位体积的土的质量。它是土的最基本的物理指标之一。利 用它再加上含水量和土粒的比重可以得到土的其他的物理指标，所以无论室内 试验或野外勘查以及施工质量控制中均要测定湿密度。测定密度的方法常用的 有环刀法、蜡封法、灌砂法和灌水法等。我们从图3 2 中可以看到从北到南粉 土的湿密度逐渐增大。 3 2 4 土粒比重 土粒比重是计算孔隙比和评价土类的主要指标。土粒比重定义为土粒在 1 0 5 一1 1 0 温度下烘至恒量时的质量与同体积4 时纯水质量的比值。比重 测定是按照土粒粒径的不同而采用不同的方法。( 1 ) 对于粒径 2 0 m m 颗粒少于l o 时， 用浮称法进行；含粒径大于2 0 m m 颗粒1 0 时，用虹吸筒法进行；对粗、细颗 粒混合的土，应区别情况进行测定，以不影响准确度为原则。 一般土粒的比重用纯水测定，对含有可溶盐、亲水性胶体或有机质的土， 须用中性液体( 如煤油) 测定。 由图3 3 可以看出，粉土的土粒比重从北到南呈逐渐增大趋势。 3 - 3 毫阜高速公路各段粉土士粒比重分布柱状图3 - 4 毫阜高速公路各地区粉士孔隙比分布柱状图 3 2 5 天然孔隙比 粉土的紧密状态是判定其工程性质的重要指标。在静荷作用f ，密实的粉 土具有较高的强度且不易发生液化，结构稳定，压缩性小：而疏松的粉土则强 矿一 i i i 一 赢 黑 磊 乳段 赢 阻一 一 磊f f 一 百懑 一 一 。玉咖。 一 【liji 重 蕊 盟嚣 矗 一 一 一各日目女 一 一路 霾蚝公