湛江市灰色粘性土主要物理指標與承載力的相關性探討

陳光裕，陳水安

（1.湛江市規劃勘測設計院，湛江市 524002；2.廣東省地質調查院，廣州市 510080）

湛江市灰色粘性土主要物理指標與承載力的相關性探討

陳光裕1，陳水安2

（1.湛江市規劃勘測設計院，湛江市 524002；2.廣東省地質調查院，廣州市 510080）

湛江市地處海濱地帶，濱海沉積的粘性土較發育。粘性土是該地區工程建設地基的主要基礎持力層。對粘性土物理指標變化與壓縮模量的相關性探討，找出土的物理性質與土的力學強度的關系，從各種關系中總結出各因數的相關性，對工程建設持力層的選擇有著重要的實際應用意義。

湛江市；粘性土；物理指標；壓縮模量；承載力

粘性土指的是含粘粒較多，塑性指數大于10的土。工程上根據塑性指數細分為粉質粘土和粘土。粉質粘土為塑性指數大于10至等于17的土；粘土為塑性指數大于17的土。此文的探討對象是湛江市第四系全新世海相沉積的灰色粘性土，即灰色粘土和灰色粉質粘土。統計樣品源自湛江市規劃勘察設計院，在工程勘察100多處場地中選取了300多個灰色粘性土樣品的土工試驗指標作為探討對象。本次探討的目的是找出土的主要物理指標與壓縮模量的關系，進而掌握土的物理指標與土層承載力的規律性。

壓縮模量的物理意義是指在無側向膨脹條件下，壓縮時垂直壓力增量與垂直應變增量的比值。壓縮模量越大，表明土在這一壓力變化中的壓縮變形越小，土的承載能力越大。壓縮模量與承載力成正比關系。因此，清楚有關指標與壓縮模量的關系，土層的承載力與各項指標的關系也明晰了。本文著重探討土的主要物理指標與土的壓縮模量的關系，找出規律，明確各物理指標與力學強度的相關關系，從而作出對土層承載力的合理確定。壓縮模量的測定有多種應力途徑和應力條件，這里是采用常規的試驗方法，選用100～200kpa壓力下的壓縮模量ES1-2值，作為與各種物理指標的相關性比較。

1 粘性土的主要物理指標與壓縮模量的相關性特征

粘性土包括粉質粘土和粘土。從顆粒上比較，粉質粘土顆粒比粘土稍大。粘性土的物理指標主要是液限，塑限，重度，含水量，密度等。這些物理指標的大小，與土的力學強度有著密切的關系。對土影響最突出的指標為天然含水量與稠度指標中的液性指數，這些指標的改變，導致粘性土力學強度明顯改變。因此，探討各指標的相關性，可揚長避短，保證土質的最好物理性能，利用土的最佳狀態。

（1）液限、塑限與壓縮模量相關性

粘性土在稠度的各界限中，塑性上限稱為液限，也就是土的可塑狀態過渡到流塑狀態的界線含水量，用WL符號表示；塑性下限稱為塑限，也就是土的可塑狀態過渡到半固體狀態的界線含水量，用Wp符號表示。液塑限的實際意義，是反映粘性土稠度狀態的具體界限。液限試驗方法有多種，本文的指標為液、塑限聯合測定法，圓錐入土深度為10mm和2mm對應的含水量百分比為測定的液限塑限指標。液限越大，說明粘性土的顆粒越細，親水礦物的含量越高。在工程實踐中，液限與力學存在一定的相關性，通過對300多個樣品的統計分析，用縱坐標表示液限，橫坐標表示壓縮模量，粘性土的液限與土的壓縮模量的相關性如圖1。相關方程為：y=-1.2508x+50.04。用縱坐標表示塑限，橫坐標表示壓縮模量，粘性土塑限與壓縮模量的相關性如圖2，相關方程為：y=-0.5696x+27.58。通過以上液限、塑限與壓縮模量的相關性作圖分析可知，壓縮模量與液限、塑限均呈反比關系，其改變較平緩，高液限和高塑限土壓縮模量相對較小，土的力學強度稍差，土的承載力較低；相反液限低、塑限低的土，壓縮模量稍大，承載力相對高。整體上，液限、塑限與壓縮模量的關系呈較緩的反相關性。

圖1 液限與壓縮模量相關性圖

圖2 塑限與壓縮模量相關性

（2）液性指數與壓縮模量的相關性

液性指數用IL符號表示。粘性土的液性指數是指在各種不同的含水量條件下，土的一種自然狀態。液性指數值的大小，是表明土體抵抗能力的大小。粘性土的液限與塑限不隨含水量變化而改變，但液性指數的指標與液限、塑限、含水量指標關系密切。液性指數值是決定粘性土的力學性質及土的狀態的一個重要指標。IL反映自然土抵抗外力的能力，IL越小,抵抗外力的能力越大，反之越小。按液性指數指標劃分粘性土的狀態，其對應關系為：IL≥1流塑；0.75＜IL＜1軟塑；0.25＜IL≤0.75可塑；0＜IL.≤25硬塑；IL≤0堅硬。IL計算公式為：

由公式可知，土質的WP與WL基本為定值，液性指數由于含水量的增加而顯著增大，土的承載能力也隨著改變。液性指數與含水量成正比例關系，含水量的減小，液性指數也變小，土的壓縮模量增大，土層的承載力也增大。根據300多個土工試驗結果，液性指數與對應的壓縮模量值作圖如圖3，液性指數與壓縮模量的相關方程為Y=-0.0455x+0.7549,它們的相關性為反比例關系。作為建筑物地基，粘性土的承載力大小決定于它其中的一個重要指標就是土的天然稠度狀態。因此，掌握粘性土的特征，保持土質的最佳稠度狀態作為地基土，可以提高土層的承載力，減少不必要的材料，節省建設費用，起到經濟安全的重要作用。

圖3 液性指數與壓縮模量相關性圖

（3）含水量與壓縮模量相關性

含水量是土中水的質量與干土質量的比值，用%計數，符號為W0。土中含水量的變化，影響粘性土的物理性質和力學強度的改變，所以含水量是粘性土的一個重要指標。含水量的改變，能引起一系列指標的變化。含水量的增大，粘性土壓縮模量隨之降低。對300多個灰色粘性土樣品測試結果作圖，含水量與壓縮模量關系式如圖4。從圖中可以看出，灰色粘性土一般的含水量在20%～50%，壓縮模量在3～12較常見。測試指標具一定的離散性，是因為試驗指標中有粘土與粉質粘土的原因。在相同的地質環境下，一般土質顆粒越細含水量越大；但是在屬于粘性土顆粒大小的范圍內，總體遵循含水量增大，壓縮模量減小的規律性。用縱坐標表示含水量，橫坐標表示壓縮模量，兩者的相關性如圖4，相關方程為y=-1.6462x+43.895，呈反相關性。

圖4 含水量與壓縮模量相關性圖

（4）天然孔隙比與壓縮模量相關性

土之天然孔隙比的大小，最直接的影響因素為含水量與土的密度，相同的土，其含水量的改變，孔隙比的改變很大。一般灰色粘性土的孔隙比在0.700～1.200比較常見。以橫坐標為壓縮模量，縱坐標為孔隙比作圖，通過對孔隙比與壓縮模量指標作圖分析，天然孔隙比與壓縮模量的相關性呈反比關系（圖5），相關方程為：y=0.0427x+1.192。

圖5 天然孔隙比與壓縮模量相關性圖

2 結論

通過以上各指標與壓縮模量關系性的分析，總結出影響粘性土強度變化的重要指標為粘性土的含水量，含水量可以改變土的液性指數，可以改變土的孔隙比，而孔隙比和液性指數是決定粘性土強度的指標。液限和塑限是天然粘性土所具有的特定狀態，不隨其它指標的改變而改變，對粘性土高低液、塑限作承載力比較，一般而言，相同含水量的高液限、高塑限粘性土比低液限和低塑限粘性土的承載力低，但是含水量的不同，天然條件的不一，高低液塑限在強度的比較不具有可比意義。

掌握粘性土各項指標的相關性，揚長避短，力求在濱海地區灰色粘性土層中建設工程時，利用粘性土的最佳狀態，能有效地提高土層的承載力，達到建筑經濟安全的目的。

[1]《巖土工程勘察規范》 GB 50021-2001

[2]《建筑地基基礎設計規范》 GB 50007-2002

[3]《土工試驗方法標準》 GB/T 50123-1999

Discussion on the Relativity between Main Physical Index and Bearing Capacity of Gray Clay in Zhanjiang City

CHEN Guangyu1, CHEN Shuian2

(1.Zhanjiang Municipal Planning Survey and Design Institute, Zhanjiang 524002; 2.Guangdong Geological Survey, Guangzhou 510080)

Zhanjiang city is located in the seaside zone, where the littoral clay is widely distributed. The clay layer is the major bearing stratum of regional construction foundation. Based on the discussion about the relativity between the main physical index and compression modulus of the gray clay, the relationship between physical properties of clay and mechanical strength have been obtained. The relevance of various factors has an important practical significance on the construction of choice.

Zhanjiang City；Clay；Physical index；Compression modulus；Bearing capacity

TU442

A

1007-1903(2011)01-0049-03