土工試驗中II 、C、ES三項指標的相關性研究

鄒　琦, 付俊波

(湖北省鄂東北地質大隊,湖北 孝感　432100)

1　II、C、ES三項指標及檢測方法

液性指數(Il)是土的塑性指標,用來判斷土的天然稠度狀態。液性指數大小由土壤的天然含水率(W)和土壤的液限(WL)、塑限(WP)共同決定。在土工實驗中,通過測出土的含水率和液、塑限后計算出液性指數,計算公式為:Il=(W-WP)/(WL-WP)。

粘聚力(C)是土的抗剪強度指標,物理意義為土粒間連結力大小。粘聚力來源于土粒間的膠結連結和毛細水連結力。在土工實驗中,通過直剪試驗或三軸剪切試驗測出不同應力條件下的抗剪強度,然后推算出外部應力為零時的抗剪強度值,這個值就是粘聚力的大小。

壓縮模量(ES)是土的壓縮性指標[1],為土在側限條件下受壓時,某壓力段應力增量與壓應變增量之比,其物理意義可用如下公式表示:ES=Δσ/Δε,通過固結試驗檢測。

2　三項指標之間的聯系

液性指數、粘聚力和壓縮模量之間存在一定相關性,因為三個指標都與含水率有關:一方面同一類土的含水率越高,則液性指數越大。含水率也直接影響土的粘聚力和壓縮模量。因為土壤中水的多少直接影響到土粒間的連結力,也就是直接影響到粘聚力。另一方面土的含水率越高則土越軟,越容易被壓縮,直接影響壓縮模量的大小。正是土的含水率決定了三個指標數量上的一致性。

在土工實驗過程中,三項指標的測試是各自獨立進行的,一方面各種儀器自身存在誤差;另一方面同一個樣所使用的測試樣品取自土樣的不同部分,加之土樣時常還有部分擾動,使土的一致性難以保證。正是由于實驗環節中種種因素往往導致實驗數據之間出現與指標一致性相互矛盾的情況。

如果從一種實驗中就能得到我們所需要的數據,比如:如果測出了液性指數,就能確定粘聚力和壓縮模量,顯然可以減少實驗誤差,基于這樣的考慮,為了找出液性指數與粘聚力以及壓縮模量的量化關系,筆者從多年所做的土工實驗報告中隨機選取若干批次實驗報告,從中隨機抽出99個樣的測試數據進行了圖表化分析,抽象出了液性指數與粘聚力及壓縮模量的近似量化關系式。

3　土樣實驗數據表

99個土樣的實驗數據見表1。

4　三項指標關系圖及關系式

用EXCEL軟件對表中數據進行圖表化處理,從所作出的關系圖中可以看出液性指數與另外二個指數之間比較明顯負相關性的規律。通過關系圖進一步分別歸納出液性指數、粘聚力與壓縮模量之間的近似量化關系式。

4.1　壓縮模量與液性指數近似關系式

ES=13-10IL

式中:ES為100～200 kPa壓縮模量(MPa)；IL為液性指數。

4.2　粘聚力與液性指數近似關系式

C=30-20.8IL

式中：C為粘聚力(kPa)；IL為液性指數。

表1　99個土樣的實驗數據表

圖1　液性指數與壓縮模量關系圖

在土工試驗中用上述公式對所做實驗數據進行校核,有比較好的參照價值,可供同行參考(表1)。需要說明的是:此成果只是從有限的實驗數據中簡單歸納得出,結論粗略,相信它未必能反映各指標之間真正精確的內在關系。本文所用數據取自孝感地區土樣常規分析,在數量、種類、地域范圍等方面都有局限性,僅供參考。

圖2　液性指數與粘聚力關系圖

參考文獻：

[1]唐大雄，等.工程巖土學[M].第二版.北京：地質出版社,1999.