張鈞 張大志 程皓

（銅陵學(xué)院，安徽銅陵 244000）

關(guān)于粘性土飽和度偏大現(xiàn)象的分析和修正

張鈞 張大志 程皓

（銅陵學(xué)院，安徽銅陵 244000）

1.引言

飽和度作為土的常規(guī)物理指標(biāo)在巖土工程中廣泛應(yīng)用，理論上完全飽和土的飽和度值應(yīng)小于或等于100%，然而在土工試驗(yàn)中，粘性土經(jīng)常出現(xiàn)其值大于100%的情形。顯然，這樣的結(jié)果與飽和度的概念矛盾，對(duì)此可以進(jìn)行原因和誤差分析，并加以計(jì)算修正，提高試驗(yàn)成果的可靠性。

2.飽和度的定義及其影響因素

2.1 飽和度的定義

飽和度是土體中孔隙水的體積與孔隙總體積比，是用來表征土體含水性能的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一[1]。只能通過它與其它物理性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系換算導(dǎo)出，如（1），（2）式。

式中Sr—土體的飽和度；ω—實(shí)測的土體含水量；ρ—土體密度；Gs—土粒相對(duì)密度；e—土體的孔隙比。

2.2 飽和度的影響因素

土是一種三相體系，一般采用密度ρ、含水量ω、土粒比重Gs三種基本指標(biāo)來表征土的三相量的比例關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)基本指標(biāo)即可求出其余的各種換算指標(biāo)。從式（1）知，飽和度的大小取決這幾種指標(biāo)，因此基本指標(biāo)是影響飽和度的三種主要因素，另外還有人為因素的影響也很重要。

3.飽和度超過理論值的原因分析

3.1 含水量ω的分析

在現(xiàn)場取粉質(zhì)粘土土樣時(shí)，圓筒與土體發(fā)生剪切，土體發(fā)生剪脹，體積增大，因而會(huì)從周圍土體中吸收部分水分，故土樣含水量會(huì)略微增加。強(qiáng)結(jié)合水具有粘滯性，性質(zhì)接近于固體，密度大于1g/cm3[2][3]，當(dāng)土中含相同體積的水時(shí)，含強(qiáng)結(jié)合水越多，水的質(zhì)量越大，天然含水量的值就越高。在測定含水量的烘干過程中，粘性土中的有機(jī)質(zhì)不斷損失，使含水量試驗(yàn)結(jié)果增大。

3.2 土粒比重Gs的分析

土粒比重主要取決于土的礦物成分，不同土類的比重變化幅度不大。因此在一般的土工試驗(yàn)中，常認(rèn)為土粒比重是個(gè)已知數(shù)，即土粒比重=2.68-2.72。大多數(shù)土粒的顆粒密度大于強(qiáng)結(jié)合水的密度，當(dāng)比重試驗(yàn)用土的烘土溫度過高時(shí)，會(huì)使強(qiáng)結(jié)合水析出和有機(jī)質(zhì)損失，導(dǎo)致土粒比重測試不準(zhǔn)確。

3.3 密度ρ的分析

對(duì)于密度試驗(yàn)，剪脹吸水現(xiàn)象不但在現(xiàn)場取土樣時(shí)發(fā)生,而且還在室內(nèi)做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生，這些水分或被土樣吸入或以微小的水分顆粒吸附在土樣的表面因此土樣密度也會(huì)略微增加。另外，做密度試驗(yàn)時(shí)，土樣超出環(huán)刀，會(huì)使土實(shí)際體積大于環(huán)刀容積也使密度增大[4]。

3.4 人為因素誤差分析

（1）土樣的包裝、保存及運(yùn)輸，對(duì)土有輕微擾動(dòng)[5]。（2）試驗(yàn)人員對(duì)試驗(yàn)任務(wù)、試驗(yàn)操作步驟及方法的了解程度是誤差分析的主觀影響因素。（3）儀器設(shè)備的精度、量測儀器的誤差會(huì)產(chǎn)生誤差。

4.實(shí)例分析

4.1 安徽廬江某工程試驗(yàn)結(jié)果

安徽廬江某工程單位按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123—1999）進(jìn)行了相關(guān)土工試驗(yàn)，結(jié)果見表1。通過結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)飽和度的數(shù)值與理論值不相符合。

表1 土工試驗(yàn)結(jié)果

4.2 飽和度修正

從上面分析可知，五組試樣的計(jì)算飽和度均大于1，在進(jìn)行試驗(yàn)的檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行密度試驗(yàn)時(shí)，環(huán)刀中的土體體積過大，導(dǎo)致密度偏大，重做該試驗(yàn)得到較小的密度。另外含水量在計(jì)算時(shí)由于各種原因偏大，此時(shí)可以逆向考慮：假設(shè)飽和度為97%-99%之間，用（3）式反算出含水量，按《土工試驗(yàn)技術(shù)手冊(cè)》的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)實(shí)測含水量小于40%時(shí)，計(jì)算所得的含水量與實(shí)測含水量之差值為1%。如不滿足，調(diào)低飽和度再算，直到滿足要求為止。

以土樣2為例，把Sr=99.5%，ρ=2.01，Gs=2.72代入，可算出ω=25.6%<26.59%，且實(shí)測值與計(jì)算值之差0.99%<1%，滿足要求。經(jīng)修正計(jì)算，5組試驗(yàn)結(jié)果均合理，見表2

表2 土工試驗(yàn)修正結(jié)果

5.結(jié)論

土工試驗(yàn)中飽和度經(jīng)常出現(xiàn)值大于100%的情形，試驗(yàn)及修正中注意以下幾點(diǎn)：（1）土樣超出環(huán)刀，土實(shí)際體積大于環(huán)刀容積使密度增大，試驗(yàn)中盡量使土體的體積與環(huán)刀體積一致。（2）嚴(yán)格控制有機(jī)質(zhì)土的烘土溫度，用假設(shè)飽和度為97%-99%之間，反算出含水量的方法來修正。（3）土樣在包裝、保存及運(yùn)輸中嚴(yán)格遵守規(guī)范盡量不擾動(dòng)。（4）試驗(yàn)前對(duì)儀器認(rèn)真校正，試驗(yàn)過程嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行。

［1］汪君.對(duì)粉質(zhì)粘土飽和度大于1現(xiàn)象的研究[J].工業(yè)建筑，2005（增刊）：537-539.

［2］劉永明.關(guān)于粘性土飽和度偏大現(xiàn)象的分析研究[J].路基工程，2006，(6)：58-59.

［3］楊春紅.如何克服飽和度大于100%的不合理現(xiàn)象[J].廣東建材，2009，(1)：71-72.

［4］蔡江東.考慮弱結(jié)合水時(shí)黏性土飽和度修正計(jì)算[J].路基工程，2009，(1)：71-72.

2010-03-10

張鈞（1989-），男，安徽宣城人，銅陵學(xué)院土木建筑系2008級(jí)土木工程本科（2）班學(xué)生。