黏性土状态判定装置进行土工试验成果校核的探讨_周惟.pdf

河南水利与南水北调 2023年第2期试验与研究1引言工程地质勘察土样室内试验的成果，既是判断地质情况的重要依据，又为设计提供计算参数。由于涉及工程布置、工程安全和工程量，以及建设造价、工期和最优方案的选择，土工试验成果的准确性对于整个工程都有着重要意义。在地质勘察工作中，对于原状土的第一手资料，是通过编录工作获得的。其中，土的软硬状态，与土的多项物理力学参数都有着一定的关联性，因此较为准确地判定原状土的状态，在编录工作中显得尤为重要。并且更进一步，在进行土工试验获得试验成果之后，还可以采用这一判定结果对相关数据进行研判。2土的状态判定2.1一般判定方法现行的对原状土状态进行初步判定的方法，主要是由相关技术人员通过采用目视和捻、按、搓、闻等方法，根据自身的经验进行判断的。但由于土样本身具有一定的自然变异性，采用这种方法需要相关的专业人员具有一定实践经验和专业能力。并且，由于个人感官和认知上的差异性和不稳定性，这一判定方法容易因人员不同及时空不同产生主观判定的不同。土的状态，也可以通过测定含水率、界限含水率的土工试验，得到相对准确的物理力学参数后计算获得。通过相关试验得到土的含水率、液限、塑限等参数后，按式（1）计算出液性指数Il，再对照表1中的范围，便能够准确地判定土样的状态。采用这种方式获取土的状态，需要考虑到试验的周期和投入，即使具备试验条件，也要经过试验周期才能得出结果。Il=l-p-p（1）式中：土的实际含水率，%；p塑限，%；c液限，%。2.2标准化的简易判定方法针对土地状态的常规判定方法的不足，现已设计出了既能满足标准化要求，又相对简易的黏性土状态判别装置。其主要原理类似于用于测定土的界限含水率的液塑限联合测定仪，根据试锥进入土样的深度，转化成光幕上的可视信号，根据其指向区间判定土样的状态。装置内部结构示意图如图1所示。根据采用液塑限联合测定法测定土的界限含水率过程中，锥深17 mm为液限，锥深2 mm为塑限的这一规定。使用简易黏性土状态判定装置进行土工试验成果校核的探讨周惟，马永贵，杨晓，连晓伟（湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430070）摘要：对土的状态进行简易而标准化的判定，相对现有的一般判定方法具有其独特优势，并能够为工程地质勘察的编录工作提供较为可靠的描述信息，进而对工程起到十分积极的作用。通过实际应用，这种判定成果对于土工试验成果中的界限含水率、含水率、凝聚力、内摩擦角等参数的校核工作，均有一定的参考价值。关键词：土状态；标准化；校核方法；土工试验成果；判定装置中图分类号：TU411文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）02-0096-03Discussion on the Method of Checking the Soil Test Results by Using the SimpleDetermination Device of Cohesive Soil StateZHOU Wei,MA Yonggui,YANG Xiao,LIAN Xiaowei（Hubei Institute of Water Resources Survey and Design,Wuhan 430070,China）Abstract：The simple and standardized determination of soil state,has its unique advantages compared with the existing generaldetermination methods.It can provide more reliable description information for the work of engineering geological investigation,andplay a very active role in engineering.The practical application shows that the result has certain reference value for the checking workof parameters such as limit water content,water content,cohesion and internal friction angle.Key words：soil state;standardization;checking method;soil test results;determination device作者简介：周惟（1987.11），男，工程师，研究方向:水利水电工程相关试验与检测。表1液性指数与土的状态关系表土的状态液性指数Il范围坚硬Il0硬塑0Il0.25可塑0.25Il0.75软塑0.75Il1流塑Il196河南水利与南水北调 2023年第2期试验与研究黏性土状态判别装置时，由公式（1）和表1中的内容进行计算后，可以得到表2所示的结果。再通过标定的方法，在光幕上划分区域，便能够简便而直观地得到土的状态。采用这种标准化的方法，可以避免编录操作中的大部分系统误差和偶然误差。同时，比起通过土工试验的方式获取其状态，这种方法也具备操作简便和相对高效的优点。3土工试验成果校核3.1土的状态与物理力学性质的相关性由于土的状态与液性指数存在着对应关系，根据土的液性指数与其他物理力学参数的相关关系，就可以将土的状态判定的结果与多项土工试验得出的参数联系起来。根据陈亚飞等人的研究，蚌埠淮上区粉质粘土的液性指数与天然孔隙比、密度及压缩模量等物理力学性质之间，是存在明显的相关关系的，相关系数为0.835 60.867 9。根据涂春霖等人的研究，云南遮放盆地粉质粘土液性指数与压缩系数、压缩模量、内摩擦角等参数均高度相关，并且由于各力学指标之间均具有一定的线性相关关系，可根据需要利用液性指数对其进行估算。3.2利用土的状态判定结果校核的方法正是由于土的状态与其多项物理力学性质均有着一定的相关性，在其状态确定之后，土样的这些参数就会体现出相应的统计规律。根据这一规律，就可以对相应的土工试验成果进行校核，找出与规律相悖的数据，查明其中原因，以达到提高试验成果准确性的目的。对于土的状态，其主要对应的就是土工试验成果中的液性指数，也可以说是土样实际含水率与其界限含水率之间的相对关系。通过与该地区试样土工试验成果的统计规律进行对比，对试验得到的界限含水率或者实际含水率数据进行校核。在实际应用中，还可将可塑状态分为硬可塑和软可塑，以液性指数Il=0.50或锥深h=9.50 mm为界，以达到进一步细分的目的。进一步地，由于黏性土的液性指数与其内摩擦角、凝聚力均有着一定联系，也可以根据土的状态判定的结果和相关参数的统计规律对这些参数进行校核。根据林鸿州等人的研究，各类土的凝聚力皆随饱和度增加至一定值后，便逐渐减少（饱和度约在40%60%为最大）。而内摩擦角则随饱和度增加而减少，内摩擦角在低饱和度时衰减较快，高饱和度时（90%）则变化很小。但由于液性指数与饱和度之间的相关性还受制于土粒比重、孔隙比、颗粒级配等因素，即使是同一区域的同一类型土样，其规律性也不十分明显，需要综合考虑多种因素。而对于饱和土，根据钱财富等人的研究，一般黏性土在饱和状态下，其干密度值越大，凝聚力越大。此时干密度也是与土粒比重、孔隙比等参数高度相关的。在使用土的状态判定结果对土工试验成果数据进行校核时，主要的步骤包括：收集整理相关资料，分析该地区成果的统计规律，探明不符合规律数据的异常原因并处理数据。这里的相关资料，既包括编录和土样描述的资料，也包括各种试验结果和试验过程的相关记录，既包括钻探现场得到的资料，也包括室内试验室所得到的成果。分析成果的统计规律，一般是通过采用电子表格拟合出各数据间的相关曲线来获得的。而探明异常的原因则较为复杂，除了要考虑土样本身的不均匀性，还需要考虑从取样、制样，到试验、计算的整个过程中可能产生误差的因素。相关信息越详尽，对于探明工作越有利。最终，根据具体情况对异常数据采用纠正、剔除等方式进行处理。3.3校核方法的应用与实例表3、表4分别中是湖北省仙桃市某泵站项目的部分地质土样编录描述内容和试验成果（待校核）。对照表3中的状态描述与表4中的液性指数，T04、T06的液性指数并不在状态描述对应的范围内。T04试验成果中，根据含水率和界限含水率计算得到的液性指数很大，但根据描述是软塑，而未达到流塑状态。根据以上资料分析，可能是其界限含水率试验操作或成果计算过程中的错误导致，也可能是土样含有较多机质导致含水率试验结果不准。T06则可能是由于土样中含有的砂层，对状态判定的过程产生了干扰，导致结果出现偏差。所以，土地状态的标准化判定结果与试验得到的液性指数基本上是能够保持一致的，比较有参考意义。而根据表3与表4的描述与数据也能看出，校核抗剪强度时需要考虑的因素较多，除了土的状态、饱和度，还与土的分类和含有物有密切的关系。对比还可发现，对于同为粉粘土T01-T05，液性指数较小，状态为硬可塑的T01、T02、T05，其凝聚力是大于液性指数较大，状态较软的T03、T04的（其中T04液性指数数据可能存在异常，但根据土的状态判定结果，其液性指数也是较大的）。而摩擦角与土的分类定名之间关系更为紧密。另外对比同种类的T01-T05和T06-T07可知，含有砂薄层的土样，其凝聚力会偏大，而摩擦角偏小。图1简易黏性土可塑性判别装置内部结构示意图表2锥深与土的状态关系表土的状态锥深h/mm坚硬h2硬塑2h5.75可塑5.75h13.25软塑13.25h17流塑h17表3某泵站部分土样编录描述内容表土样编号T01T02T03T04T05T06T07定名粉粘土粉粘土粉粘土粉粘土粉粘土粉土粉土颜色深褐色深褐色深褐色褐色深褐色深褐色深褐色状态硬可塑硬可塑软可塑软塑硬可塑软可塑软可塑结构性密实密实密实密实密实密实密实含有物种类含有砂薄层含有砂薄层含量少量少量97河南水利与南水北调 2023年第2期试验与研究4结论与展望利用简易黏性土状态判别装置对土样的状态进行判定，具有规范化、标准化、效率高、可重现等优点，且通过实践测试，证明其与通过土工试验得到的液性指数之间具有较好的对应性，可以作为试验成果校核的参考依据之一。土的状态判定结果在土工试验成果校核过程中，对于液性指数有着较好的参照性，并能够与界限含水率、含水率等参数综合考虑以指导校核工作。但是在对抗剪参数的校核中，由于还涉及其他一些因素，需要综合土的分类、含有物等描述信息，以及孔隙比、饱和度等试验成果，进行考虑。虽然此方法对于土工试验成果的校核工作有着一定的指导意义，但仍要认识到其中的一些不足与局限。首先，对于具有较大天然结构强度的土，在难以充分扰动的条件下，会产生简易状态判别结果偏硬的情况，比如初判为硬可塑的土，在充分扰动后就可能变为了软可塑状态。这种情况会对土的性质参数评估会产生不利影响，尤其是土的物理性质。其次，如果土的状态判定的对象为含有较多0.50 mm以上粒径土和均匀性差的试验对象，使用该方法会产生较大的偏差，进而可能导致判定产生错误。后续可在本文探究的基础上，进行更多编录描述项目的标准化，以更好地寻找其中的统计规律。参考文献：1 湖北省水利水电规划勘测设计院.简易黏性土可塑性判别装置：ZL201921160919.1 P.2020-05-192 陈亚飞.蚌埠淮上区全新世粉质粘土物理力学指标相关性研究 J.建材与装饰，2020（12）：2233 涂春霖，尹林虎，顾亚.云南遮放盆地粉质黏土物理力学指标相关性分析 J.矿产勘查，2021（9）：1979-19844 钱财富.饱和黏性土干密度与凝聚力关系试验研究 J 治淮，2014（5）：20-215 彭建林.慈溪地区灰色粘土物理力学性质分析 J.四川地质学报，2022（2）：198-201，221收稿日期：2022-12-30编辑：刘长垠韦诗佳土样编号T01T02T03T04T05T06T07