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        地基土三相組成分析在建筑工程中的作用

        2016-12-03 03:39:36黃艷
        關(guān)鍵詞:滲透性黏性三相

        黃艷

        (中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院,銀川 750011)

        地基土三相組成分析在建筑工程中的作用

        黃艷

        (中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院,銀川 750011)

        地基土三相組成的性質(zhì)及比例關(guān)系決定它的工程特性,即影響土體的承載力、壓縮性和滲透性,所以,全面分析地基土三相組成是十分必要的。論文主要在總結(jié)前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,從粒度、密度、含水率三方面闡述三相組成分析在建筑工程中的作用。

        地基土;三相組成;建筑工程

        【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.013

        1 地基土三相組成概述

        地基土是由巖石經(jīng)過物理化學(xué)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、堆積而成的由固體礦物、流體水和氣體組成的1種集合體。其中,固體骨架顆粒、土體孔隙中的水和氣被稱為地基土的三相。

        1.1地基土固相

        地基土的主體部分,礦物成分包括原生礦物、次生礦物和腐殖質(zhì)三類。礦物中的化學(xué)成分影響土體的性質(zhì),例如:次生礦物為蒙脫石,具有吸水膨脹、失水收縮的特性,以該土體作為地基,必須考慮土體脹縮性對(duì)建筑安全的影響;土中有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí),其壓縮性增大,不宜作為填筑材料[1]。

        土體固相顆粒大小差異明顯,其物理力學(xué)特性受到顆粒的尺寸、形狀和級(jí)配等顆粒特征強(qiáng)烈的影響[2],不同顆粒組合形成單粒、蜂窩和絮狀結(jié)構(gòu),其中單粒結(jié)構(gòu)密實(shí),工程性質(zhì)最好。

        1.2地基土液相

        包括土體孔隙中的結(jié)合水、自由水、氣態(tài)水和固態(tài)水,液相的性質(zhì)主要通過測定含水量來表示。含水量的大小反映土體的飽和狀態(tài),影響地基土的強(qiáng)度和壓縮性。

        1.3地基土氣相

        包括自由氣體和封閉氣體兩種。自由氣體在土體受壓后排出,對(duì)建筑工程無響;封閉氣體使土體具有彈性,隨封閉氣體含量增大,地基土滲透性降低。

        土體三相組成中,液相比例為零,稱為二相土,呈堅(jiān)硬狀態(tài);氣相比例為零,土體呈飽和狀態(tài);三相同時(shí)存在,為三相土[3],呈可塑狀態(tài)。三相比例不同,土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也不同,實(shí)際工程中需關(guān)鍵分析。

        2 地基土體三相組成分析

        實(shí)際工程中土體三相組成分析主要是三相比例關(guān)系的確定,即土體的物理性質(zhì)指標(biāo)分析,包括土粒比重、天然密度、含水量和由它們?nèi)齻€(gè)換算出的干密度、飽和密度、孔隙比和飽和度等,這些指標(biāo)可以描述土的物理性質(zhì)和狀態(tài),也在一定程度上反映土的力學(xué)性質(zhì)[4],具有重要的實(shí)用價(jià)值。本文主要對(duì)土的固相粒度、密度、含水率和土粒密度分析進(jìn)行闡述。

        2.1粒度分析

        包括劃分粒組,繪制級(jí)配曲線,描述土體均勻程度。粒度分析方法,目前可歸納為兩大類:一類是篩分法,用一套孔徑遞減的篩子將風(fēng)干的土過篩分離,記錄每個(gè)篩子上留下來的土體質(zhì)量可得到土的顆粒級(jí)配,用于測定粒徑大于0.1mm的粗顆粒;另一類是移液管法和比重計(jì)法,可以測定粒徑小于0.1mm的細(xì)顆粒。若土中粗細(xì)顆粒兼有時(shí),則可聯(lián)合使用上述兩種方法[5]。

        2.2密度分析

        密度為單位體積土的質(zhì)量,是表征土體密實(shí)程度的一項(xiàng)參數(shù),在建筑地基中是衡量工程質(zhì)量優(yōu)劣的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),因此,準(zhǔn)確測試土體密度尤為重要[6]?,F(xiàn)行的密度測試方法有環(huán)刀法和灌水法等,環(huán)刀法適用于黏性土和粉土,灌水法適用于卵石和礫石。

        2.3含水率分析

        含水率是試樣在105~110℃溫度下烘至恒量時(shí)所失去的水質(zhì)量和恒量后干土質(zhì)量的比值,測定含水率的常用方法是烘干法[7]。含水率是土的基本物理性指標(biāo)之一,它反映黏性土的物理狀態(tài)。

        2.4土粒密度分析

        礦物的質(zhì)量與同體積4℃時(shí)純水的質(zhì)量的比值。黏土、砂的密度用密度瓶法測定,即將烘干試樣15g裝入容積為100mL的玻璃質(zhì)比重瓶,用精度為0.001的天平秤瓶加干土質(zhì)量,注入半瓶純水后煮沸1h,排除氣體,冷卻后,將純水注滿比重瓶,再稱重[8]。

        3 土體三相組成分析在建筑工程中的作用

        3.1粒度分析在建筑工程中的作用

        1)根據(jù)粒度大小劃分粒組,按各粒組的含量繪制粒徑級(jí)配曲線,確定不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc,以此判斷地基土體均勻程度。礫石和砂土級(jí)配Cu5,且Cc=1~3為級(jí)配良好,反之為級(jí)配不良。

        2)非黏性土工程分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)土的粒徑級(jí)配中各粒組的含量和顆粒形狀進(jìn)行分類定名。例如,定義粒徑d>2mm的顆粒含量不超過全重50%,且d>0.075mm的顆粒超過全重50%的土為砂土,按粒徑由大到小分別定名如表1所示。

        表1 砂土的分類

        3)影響砂土的滲透性。砂土滲透性的主要影響因素是顆粒大小和級(jí)配,顆粒越小,土體孔隙越小,滲透性越小;級(jí)配良好,細(xì)顆粒填充粗顆??紫?,土體孔隙減小,滲透性變小。

        3.2密度分析在工程實(shí)際中的作用

        1)換算土體的干密度、飽和密度和有效密度。土的干密度通常用作土壩、路基和人工壓實(shí)地基土體壓實(shí)質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn),指標(biāo)數(shù)值越大,表明土體壓實(shí)越密,工程質(zhì)量越好。

        2)結(jié)合土粒密度,換算孔隙比,計(jì)算相對(duì)密度,判別無黏性土體的密實(shí)度。土體相對(duì)密度越大,強(qiáng)度越高,可壓縮性越??;相對(duì)密度小,強(qiáng)度低,可壓縮性大。密實(shí)和中密中粗砂為優(yōu)良地基;粉砂和細(xì)砂,密實(shí)狀態(tài)為良好地基,飽和疏松狀態(tài)為不良地基,震動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生液化。

        3.3含水率分析在工程實(shí)際中的作用

        含水率的變化對(duì)地基土的影響主要反映在土的稠度、飽和程度、力學(xué)性質(zhì)、壓縮性和穩(wěn)定性的變化上。土的含水率是研究土的物理力學(xué)性質(zhì)的一項(xiàng)指標(biāo),也是控制建筑物施工質(zhì)量的依據(jù)[9]。

        1)砂土與粉土的濕度劃分標(biāo)準(zhǔn)。地基土含水率結(jié)合密度和土粒密度確定土體飽和度Sr,工程實(shí)際中,以飽和度為標(biāo)準(zhǔn),將砂土和粉土濕度分為稍濕、很濕或飽和3種狀態(tài),Sr<0.5為稍濕,0.50.8為飽和。

        2)確定黏性土的稠度。通過試驗(yàn)確定黏性土的界限含水率,包括縮限、塑限、液限,計(jì)算液性指數(shù)和塑性指數(shù),根據(jù)液性指數(shù),黏性土可分為堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑5種軟硬不同的狀態(tài),硬塑狀態(tài)為優(yōu)良地基,流塑狀態(tài)為軟弱地基;根據(jù)塑性指數(shù)Ip進(jìn)行工程分類,Ip>17為黏土,17>Ip>10為粉質(zhì)黏土。

        3)影響地基土抗剪強(qiáng)度。前人試驗(yàn)證明地基土體受地下水位影響,若水位上升,土體含水率增加,則土體剪應(yīng)力增大,抗剪強(qiáng)度降低,容易出現(xiàn)地基沉降,威脅建筑物安全[10]。

        4 結(jié)語

        土體受外力作用后,上部荷載由地基土的氣、液、固三相共同來承擔(dān)。固相強(qiáng)度大小、氣相和液相的含量共同影響地基土體的強(qiáng)度、壓縮性和滲透性。

        地基土三相組成相互關(guān)聯(lián),共同影響建筑工程,為給后續(xù)建筑設(shè)計(jì)、施工提供可靠依據(jù),保障工程質(zhì)量,綜合分析地基土三相組成,確定地基土工程特性是必須的。

        【1】陳希哲,葉菁.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2013.

        【2】王一兆.土體顆粒尺度效應(yīng)的理論與試驗(yàn)研究[D].上海:華東理工大學(xué),2014.

        【3】莊素妹,賈衛(wèi)東,韓寶坤.土的物理性質(zhì)和物理性指標(biāo)[J].技術(shù)論壇, 2008(1):93.

        【4】周君平.三相圖法求算-土的物理性質(zhì)指標(biāo)的技巧[J].長江水利教育,1995(2):40.

        【5】龔曉南.高等土力學(xué)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1998.

        【6】張書林.土的幾種密度測試方法及測試產(chǎn)生的誤差分析[J].科技論壇,2015(6):24.

        【7】王波.試樣土含水率試驗(yàn)影響因素分析[J].山西水力,2014(3):41.

        【8】GB/T 50123—1999土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

        【9】羅江梅,此里拉姆,周禮勇,等.淺議土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對(duì)地基承載性能的影響[J].工業(yè)工程與技術(shù),2014(12):37.

        【10】宋磊,潘婷.地基土試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)實(shí)際工程的影響[J].內(nèi)江科技, 2015(4):140.

        The Role of Analysis on Three-phase Composition of Foundation Soils in Construction Engineering

        HUANG Yan
        (China Univercity of Mining and Technology Yinchuan College,Yinchuan 750011,China)

        The nature of the three-phase composition of foundation soil and their proportional relationship decides its engineering properties,namely the bearing capacity,compressibility and permeability,so it is very necessary to the have a comprehensive analysis on the three phase composition.This article mainly summarizes predecessors' research results to to describe the role of analysis on three-phase composition in construction engineering from three aspects including particle size,moisture content and density.

        foundation soils;three-phase composition;construction engineering

        TU411.2

        A

        1007-9467(2016)05-0057-02

        黃艷(1986~),女,陜西延安人,助教,從事巖土工程勘察研究,(電子信箱)hyhellow@163.com。

        2016-01-11

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