阜康市天山地區土的土工試驗及成果的綜合分析

成建軍 申開禮

摘要：以阜康市天山地區第四系全新統沖、洪積層（Q4al+pl）及第四系上更新統沖、洪積層（Q3al+pl）粉土層為研究對象，收集大量土試樣樣本，分析其物理指標、力學指標，通過數理統計、回歸分析等統計學相關知識，繪制了物理指標和力學指標的關系圖，總結了一些規律性的結論，為土工試驗數據中出現的一些異常現象做出分析判斷，確保工程建設的質量和安全。

關鍵詞：土工試驗；力學指標；物理指標；成果分析

Soil test and comprehensive analysis of results in Tianshan area of Fukang City

Cheng Jian-jun， Shen Kai-li

Geologic Party No.216，CNNC Wulumuqi 830011

Abstract：Taking Quaternary Holocene alluvial， diluvial （Q4al+pl） and Quaternary Upper Pleistocene alluvial and diluvial （Q3al+pl） silt layers in Tianshan area of fukang city as research objects， a large number of soil sample samples were collected and their physical and mechanical indexes were analyzed. Through mathematical statistics， regression analysis and other statistical related knowledge， the relationship diagram between physical indexes and mechanical indexes was drawn， some regular conclusions were summarized， and some abnormal phenomena in geotechnical test data were analyzed and judged to ensure the quality and safety of engineering construction.

Keywords： Mechanical index of geotechnical test； Physical indicators； Results analysis

近年來，市場工程任務繁重，時間較緊張，土工試驗室大多忙于試驗進度，且試驗室缺少必要的專業技術人員，很少對工程進行分析總結，不利于實驗室技術水平的提高。土工試驗數據作為工程勘察報告的重要依據，也是工程建設設計的重要參數，土工試驗結果的準確與否，直接影響著工程質量和使用安全，當然，由于土體自身存在的復雜性，在試驗中，經常出現一些異常數據，這就需要本著實事求是的態度，將土的物理、力學性質緊密結合，進行統計分析，查明異常原因，為工程建設提供準確的試驗成果。文章通過分析阜康市天山地區工程地質條件，收集相關的土工試驗成果，綜合分析，輔以數理統計，從中找出規律性，確保試驗數據準確性。

1.地區工程地質條件

地區出露地層主要有第四系全新統沖、洪積層（Q4al+pl）、第四系上更新統沖、洪積層（Q3al+pl）。

1.1第四系全新統沖、洪積層（Q4al+pl）

①11粉土：褐黃色，稍密，稍濕，土質不均，局部黏粒含量較高，搖震反應中等，該層區內分布較為廣泛，層厚0.8m～ 7.8m，天然孔隙比e=0.906～1.306，平均值為1.045。

②12粉土：褐黃色，中密，稍濕，土質不均，局部黏粒含量較高，搖震反應中等，該層區內分布較為廣泛，層厚約1.1～11.6m，天然孔隙比e=0.756～0.899，平均值為0.813。

③13粉土：褐黃色，密實，稍濕，土質不均，局部黏粒含量較高，局部含薄層粉砂，搖震反應緩慢，該層區內分布較為廣泛，層厚約1.5m～8.4m，天然孔隙比e=0.544～0.737，平均值為0.649。

1.2第四系上更新統沖、洪積層（Q3al+pl）

①21粉土：褐黃色，密實，稍濕。土質不均，局部砂質成分含量較高，切面粗糙，搖震反應中等，該層僅個別鉆孔有揭示，呈透鏡體狀分布于卵石層間，揭示層厚1.0m～1.80m。

②22卵石：山前沖、洪積及河床相沖、洪積形成，雜色，稍密，稍濕，卵粒含量約占50%～68%，余為砂類土及黏性土充填。礫石母巖成分以花崗巖、安山巖、砂巖等硬質巖為主，磨圓度較好、分選性較差，偶夾漂石，粒徑一般20～90mm，約占50%～60%，最大粒徑210mm。

③23卵石：山前沖、洪積及河床相沖、洪積形成，雜色，中密，稍濕～潮濕，礫石含量約占52%～71%，余為砂類土及黏性土充填。礫石母巖成分以花崗巖、安山巖、砂巖等硬質巖為主，磨圓度較好、分選性較差，偶夾漂石，粒徑一般20mm～90mm，約占50%～60%，最大粒徑220mm，該層分布較為廣泛，層厚約1.8m～7.0m，局部夾薄層砂類土、粘性土。

2.土試樣力學指標樣本數據采集

土的物理、力學性質相對于建筑工程來說，是比較復雜的，土的組成物質性質、相對含量以及土的結構構造等各種因素，必然在土的輕重、松密、干濕、軟硬等一系列物理性質和狀態上有不同反映，反過來，土的物理性質又在一定程度上決定它的力學性質，所以，物理性質是土的最基本的工程特性。

文章以阜康市天山地區第四系全新統沖、洪積層（Q4al+pl）及第四系上更新統沖、洪積層（Q3al+pl）粉土層為研究對象，經多年試驗累計，收集土試樣樣本106個，分析其物理、力學指標，通過統計學相關知識，從各個指標中間找出相關性特征，為后續判斷土工試驗數據準確性提供依據。

3.土的力學性質試驗和成果分析

3.1固結試驗

土的壓縮性是土的變形隨時間不斷增長的特性，土的壓縮性包含沉降量及固結過程兩方面的內容。

在實際工程中，往往采取土樣，室內進行飽和土試樣在側限的條件下加壓的壓縮固結試驗，將試樣在側限和容許軸向排水的容器中逐漸增加壓力，測定試樣變形或孔隙比與壓力的關系以及變形與時間的關系，以此計算土的單位沉降量、壓縮系數、壓縮指數、回彈指數、壓縮模量、固結系數及原狀土的前期固結壓力等，用于評價建筑物的沉降量，作為設計的控制依據。影響固結試驗成果準確性的因素很多，如，開土描述中，圖樣描述為軟塑，而固結試驗測出的壓縮模量較大，這就需要檢查各個環節，找出錯誤原因，及時采取補救措施。

3.2剪切試驗

剪切試驗的原理是根據庫侖定律，土的內摩擦力與剪切面上的法向壓力成正比，將同一種土制備成幾個土樣，分別在不同的法向壓力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪壞時剪應力，即為抗剪強度，然后根據剪切定律確定土的抗剪強度指標內摩擦角φ和內粘聚力c。

土的抗剪強度是土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土體重要的力學性質之一。在工程實踐中，用到抗剪強度有三類：第一類是土坡的穩定性；第二類是支擋結構，如擋土墻、地下結構等的周圍土體，由于他的強度不足導致土體破壞，造成對墻體過大的側向土壓力，以致可能發生工程構筑物滑動、傾覆等事故；第三類是土作為建筑物地基的承載力問題，因土的抗剪強度不足，從而導致局剪切破壞，地基變形過大等。因此，土的抗剪強度在工程上具有重要意義。抗剪強度試驗方法有多種，在實驗室常用的是直接剪切試驗，現場的試驗方法有十字板剪切試驗、大型直接剪切試驗等，相對來說，室內的試驗的規律性要比現場的好得多，雖然如此，試驗結果有時也與理論數據存在較大的差距，這時候，就需要通過各個指標間的規律性來初步判斷數據的準確性，避免因人為等因素產生的異常數據。

3.3土的力學指標之間的成果分析

土的壓縮模量與抗剪強度有著一定的關系。土的壓縮性越高，壓縮模量越小，則它的抗剪強度越小，反之，土的壓縮性越低，壓縮模量越大，抗剪強度越大。利用這種關系，可以直觀判斷壓縮模量結果與抗剪強度結果是否準確。

4.土的物理指標與力學指標的綜合分析

土的物理指標與力學指標緊密相連，一般土的物理性質決定土的力學性質，經多年的土工試驗研究發現，阜康市天山地區粉土層的物理性質指標與力學性質指標之間具有如下規律性。

4.1阜康市天山地區粉土層壓縮模量與天然含水率的關系

圖1-圖3顯示壓縮模量與天然含水率之間存在比較好的規律性：無論軸向壓力在那個區間段，隨著天然含水率的增大，壓縮模量都呈現相應增加的變化規律。

4.2阜康市天山地區粉土層壓縮模量與液限的關系

土的液限可以間接反映土壓縮性的高低，從圖4可以發現，壓縮模量隨著液限的增大而降低的一種變化規律。

4.3阜康市天山地區粉土層壓縮模量與液限的關系

圖5中可以發現，粉土的壓縮模量隨著天然密度的增大而增大的一種變化規律。

4.4阜康市天山地區粉土層抗剪強度與天然含水率的關系

（1）土的黏聚力與含水率的關系。在剪切實驗中，實測值與理論值有時會存在很多差距，例如，砂土的抗剪強度c值理論為0，而實際的剪切試驗中的值往往不為0，這屬于正常現象，因為在實驗中，測得的抗剪強度c不完全是代表黏聚力，同理內摩擦角φ也不完全代表土的內摩擦力。兩指標相互包含，都代表抗剪強度的一部分。而影響試驗結果的因素很多，其中含水率為重要影響因素。一般對于粉土層來說，天然含水率越大，其抗剪強度越低；反之，天然含水率越小，其抗剪強度越高。

從圖6、圖7中可以發現，阜康市天山地區粉土層黏聚力與天然含水率之間存在一定規律性：土的黏聚力隨含水率增大而降低；土的內摩擦角隨含水率增大而降低。

（2）土的孔隙比與黏聚力的關系。從圖8中可以看出，土的黏聚力與孔隙比具有一定的規律性：黏聚力隨著孔隙比的增大而增大。

5.結論

文章通過對阜康市天山地區主要地層─粉土的多年物理力學試驗成果指標的綜合分析，繪制了物理指標與力學指標的關系圖，總結了一些規律性的認知和結論，利用各指標之間的規律性，可以很好地解決試驗中因人為操作失誤等出現的試驗成果異常現象，還原土試樣準確的數據，對于土工試驗成果分析具有重要指導意義。

土的物理指標以天然含水率w、天然密度ρ、液限wL、孔隙比e為典型對象，力學指標以壓縮模量Es、黏聚力c、內摩擦角φ為典型對象，繪制關系圖：壓縮模量─天然含水率（Es─w）、壓縮模量─液限（Es─wL）、壓縮模量─天然密度（Es─ρ）、黏聚力─天然含水率（c─w）、黏聚力─孔隙比（c─e）、內摩擦角─天然含水率（φ─w），通過綜合分析，物理、力學兩者指標相關性較為顯著。

參考文獻：

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[4]GB/T 50123-1999，土工試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業出版社， 1999.