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粉土物理性质及抗剪强度试验分析

摘要:本文结合工作经验,对部分粉土土样的物理性质、抗剪强度进行试验分析,试验说明粉土具有渐变性质,且与土的颗粒组成关系密切。
  关键词:土工试验;粉土;物理性质;抗剪强度
  一、粉土的定名及其物理性质
  国内土的分类体系大体分两种:以塑性指数为主要指标的分类方法和按塑性图分类方法,其中国标土的分类规范、水利工程规范、大部分公路工程规范、部分铁路规范采用塑性图分类,除此之外的国家勘察规范、地基基础设计规范、冶金工程规范、大部分地方勘察和基础设计规范使用塑性指数分类,部分规范还将粘粒含量(小于0.005mm)作为粉土分类的一个指标。粉土是介于粗粒土和黏性土之间的一种土,由粉粒和少部分黏粒组成。
  (1)现行《土工试验规范》规定,土中粒径含量>0.075mm的颗粒≤50%,且塑性指数Ip<10的土定名为粉土。塑性指数Ip值需进行界限含水率试验(液塑限试验)来确定。通过液塑限试验确定土的液限(WL)、塑限(Wp)值,然后求得塑性指数Ip值,Ip=WL-Wp。
  液限试验可以采用圆锥仪法,土的塑限试验可以采用搓条法,该法应用多年,简便快捷,试验人员积累了比较丰富的经验。但对于粉土来说,有时却不易掌握,这是因为粉土对含水率很敏感,有时多加一滴水就不产生裂纹,土条不断裂,要不就产生空心现象,或者根本搓不成条,这是粉土的重要物理特性之一,出现这些情况主要与粘粒含量的多少密切相关。应用液、塑联合测定仪可同时图解测出土的液、塑限,此种方法适用于各种土质,根据粉土的上述特点,此种方法比较适用。
  (2)粉土中粉粒的含量占绝对优势,粘粒含量一般<20%,粘粒含量越高,塑性指数Ip值越接近于10。天然粉土极易振动液化失水,土样在现场勘探、包装、运输、室内试验过程中,因多次振动液化失水,故室内试验所测定的含水率一般偏低、孔隙比偏小、干密度偏大。由土的物理力学指标确定的地基承载力偏大,不能完全代表原状土的指标,偏于不安全,这是我们在工作中应特别注意的问题,应用试验时要进行综合分析。粉土的干密度较黏土为大。天然粉土的物理力学指标见表1。


  二、粉土的力学性质
  粉土中的粉粒对工程性质起着控制作用。其粒径一般在0.075~0.005mm(旧规范为0.05~0.005mm)之间,多由含量≥60%的石英、长石、云母组成,表面活动性弱,但有一定的结构性。大量实验证明:在非饱和状态的粉土毛细现象活跃,如毛细压力会使粉土产生假塑性,引起土的塑性指数增大。粉土中粘粒含量较少,一般<15%~20%,在粒间只起联系作用。它既不同于沙类土,又异于黏性土。当粉土受到剪切时,其颗粒运动是一个滚过一个并互相滑动的。不是像通常黏土那样形成一个破坏面,而是形成一个破坏带。当颗粒互相滑动时,需克服滑动摩擦力。有学者曾举例说明这一问题,两块钢板相互接触的实际面积只占其全部表面的

1/10000,彼此在突出部份相互接触。当钢板相互滑动时,凸出部份被切掉,而接触面逐渐平滑。在剪切过程中,颗粒部份抬高,然后一个从另一个颗粒上转动,落入颗粒间的孔隙中,再抬高,再转动,引起体积增大。颗粒的这种现象称做微观膨胀,在地震荷载作用下,不易液化,然而一旦液化后持续时间又比砂土要长,这是由于这种土层的生成年代较近,一般地下水位又高之故。在粉土层中用静力触探测得的比贯入阻力往往很高,如利用黏性土层中求得的经验公式来预估粉土的工程性质,容易误判。

 
  三、粉土的抗剪及其它室内力学指标
  3.1 抗剪强度
  粉土的构成特点是粒间连接很弱,主要表现为物理连接,它对含水率非常敏感,由于毛细作用,当粉土粒吸收水份,含水率稍有变化时,就会很快使土的强度大大丧失(见表2)。对比制备干容重相同的粉土重塑试件,其饱和快剪值稍低。
  当进行饱和固结不排水剪切试验时,试件的含水率和单位容重有差别,但饱和后,其含水率和单位容重基本一致,故出现了抗剪强度指标接近的现象。由于土固结后已处于饱和状态,剪损时孔隙比接近,所以固结不排水剪切试验结果与饱和固结不排水剪切试验结果也出现相近的现象。粉土不排水抗剪强度随粘粒含量增加而降低,而粉土排水抗剪强度随粉土中粘粒含量的降低而增加。故试验方法的选择很重要。工程中普遍采用简便易行的直剪试验,水利工程一般作固结快剪、饱和固结快剪试验。

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