關于粘性土飽和度偏大現象的分析和修正

張鈞 張大志 程皓

（銅陵學院，安徽銅陵 244000）

關于粘性土飽和度偏大現象的分析和修正

張鈞 張大志 程皓

（銅陵學院，安徽銅陵 244000）

1.引言

飽和度作為土的常規物理指標在巖土工程中廣泛應用，理論上完全飽和土的飽和度值應小于或等于100%，然而在土工試驗中，粘性土經常出現其值大于100%的情形。顯然，這樣的結果與飽和度的概念矛盾，對此可以進行原因和誤差分析，并加以計算修正，提高試驗成果的可靠性。

2.飽和度的定義及其影響因素

2.1 飽和度的定義

飽和度是土體中孔隙水的體積與孔隙總體積比，是用來表征土體含水性能的基本物理性質指標之一[1]。只能通過它與其它物理性質指標之間的關系換算導出，如（1），（2）式。

式中Sr—土體的飽和度；ω—實測的土體含水量；ρ—土體密度；Gs—土粒相對密度；e—土體的孔隙比。

2.2 飽和度的影響因素

土是一種三相體系，一般采用密度ρ、含水量ω、土粒比重Gs三種基本指標來表征土的三相量的比例關系，通過實驗基本指標即可求出其余的各種換算指標。從式（1）知，飽和度的大小取決這幾種指標，因此基本指標是影響飽和度的三種主要因素，另外還有人為因素的影響也很重要。

3.飽和度超過理論值的原因分析

3.1 含水量ω的分析

在現場取粉質粘土土樣時，圓筒與土體發生剪切，土體發生剪脹，體積增大，因而會從周圍土體中吸收部分水分，故土樣含水量會略微增加。強結合水具有粘滯性，性質接近于固體，密度大于1g/cm3[2][3]，當土中含相同體積的水時，含強結合水越多，水的質量越大，天然含水量的值就越高。在測定含水量的烘干過程中，粘性土中的有機質不斷損失，使含水量試驗結果增大。

3.2 土粒比重Gs的分析

土粒比重主要取決于土的礦物成分，不同土類的比重變化幅度不大。因此在一般的土工試驗中，常認為土粒比重是個已知數，即土粒比重=2.68-2.72。大多數土粒的顆粒密度大于強結合水的密度，當比重試驗用土的烘土溫度過高時，會使強結合水析出和有機質損失，導致土粒比重測試不準確。

3.3 密度ρ的分析

對于密度試驗，剪脹吸水現象不但在現場取土樣時發生,而且還在室內做實驗時發生，這些水分或被土樣吸入或以微小的水分顆粒吸附在土樣的表面因此土樣密度也會略微增加。另外，做密度試驗時，土樣超出環刀，會使土實際體積大于環刀容積也使密度增大[4]。

3.4 人為因素誤差分析

（1）土樣的包裝、保存及運輸，對土有輕微擾動[5]。（2）試驗人員對試驗任務、試驗操作步驟及方法的了解程度是誤差分析的主觀影響因素。（3）儀器設備的精度、量測儀器的誤差會產生誤差。

4.實例分析

4.1 安徽廬江某工程試驗結果

安徽廬江某工程單位按照《土工試驗方法標準》（GB/ T50123—1999）進行了相關土工試驗，結果見表1。通過結果可以發現飽和度的數值與理論值不相符合。

表1 土工試驗結果

4.2 飽和度修正

從上面分析可知，五組試樣的計算飽和度均大于1，在進行試驗的檢查時發現進行密度試驗時，環刀中的土體體積過大，導致密度偏大，重做該試驗得到較小的密度。另外含水量在計算時由于各種原因偏大，此時可以逆向考慮：假設飽和度為97%-99%之間，用（3）式反算出含水量，按《土工試驗技術手冊》的標準，當實測含水量小于40%時，計算所得的含水量與實測含水量之差值為1%。如不滿足，調低飽和度再算，直到滿足要求為止。

以土樣2為例，把Sr=99.5%，ρ=2.01，Gs=2.72代入，可算出ω=25.6%<26.59%，且實測值與計算值之差0.99%<1%，滿足要求。經修正計算，5組試驗結果均合理，見表2

表2 土工試驗修正結果

5.結論

土工試驗中飽和度經常出現值大于100%的情形，試驗及修正中注意以下幾點：（1）土樣超出環刀，土實際體積大于環刀容積使密度增大，試驗中盡量使土體的體積與環刀體積一致。（2）嚴格控制有機質土的烘土溫度，用假設飽和度為97%-99%之間，反算出含水量的方法來修正。（3）土樣在包裝、保存及運輸中嚴格遵守規范盡量不擾動。（4）試驗前對儀器認真校正，試驗過程嚴格按規范進行。

［1］汪君.對粉質粘土飽和度大于1現象的研究[J].工業建筑，2005（增刊）：537-539.

［2］劉永明.關于粘性土飽和度偏大現象的分析研究[J].路基工程，2006，(6)：58-59.

［3］楊春紅.如何克服飽和度大于100%的不合理現象[J].廣東建材，2009，(1)：71-72.

［4］蔡江東.考慮弱結合水時黏性土飽和度修正計算[J].路基工程，2009，(1)：71-72.

2010-03-10

張鈞（1989-），男，安徽宣城人，銅陵學院土木建筑系2008級土木工程本科（2）班學生。