土工試驗(yàn)中II 、C、ES三項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)性研究

鄒　琦, 付俊波

(湖北省鄂東北地質(zhì)大隊(duì),湖北 孝感　432100)

1　II、C、ES三項(xiàng)指標(biāo)及檢測方法

液性指數(shù)(Il)是土的塑性指標(biāo),用來判斷土的天然稠度狀態(tài)。液性指數(shù)大小由土壤的天然含水率(W)和土壤的液限(WL)、塑限(WP)共同決定。在土工實(shí)驗(yàn)中,通過測出土的含水率和液、塑限后計(jì)算出液性指數(shù),計(jì)算公式為:Il=(W-WP)/(WL-WP)。

粘聚力(C)是土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),物理意義為土粒間連結(jié)力大小。粘聚力來源于土粒間的膠結(jié)連結(jié)和毛細(xì)水連結(jié)力。在土工實(shí)驗(yàn)中,通過直剪試驗(yàn)或三軸剪切試驗(yàn)測出不同應(yīng)力條件下的抗剪強(qiáng)度,然后推算出外部應(yīng)力為零時(shí)的抗剪強(qiáng)度值,這個(gè)值就是粘聚力的大小。

壓縮模量(ES)是土的壓縮性指標(biāo)[1],為土在側(cè)限條件下受壓時(shí),某壓力段應(yīng)力增量與壓應(yīng)變增量之比,其物理意義可用如下公式表示:ES=Δσ/Δε,通過固結(jié)試驗(yàn)檢測。

2　三項(xiàng)指標(biāo)之間的聯(lián)系

液性指數(shù)、粘聚力和壓縮模量之間存在一定相關(guān)性,因?yàn)槿齻€(gè)指標(biāo)都與含水率有關(guān):一方面同一類土的含水率越高,則液性指數(shù)越大。含水率也直接影響土的粘聚力和壓縮模量。因?yàn)橥寥乐兴亩嗌僦苯佑绊懙酵亮ｉg的連結(jié)力,也就是直接影響到粘聚力。另一方面土的含水率越高則土越軟,越容易被壓縮,直接影響壓縮模量的大小。正是土的含水率決定了三個(gè)指標(biāo)數(shù)量上的一致性。

在土工實(shí)驗(yàn)過程中,三項(xiàng)指標(biāo)的測試是各自獨(dú)立進(jìn)行的,一方面各種儀器自身存在誤差;另一方面同一個(gè)樣所使用的測試樣品取自土樣的不同部分,加之土樣時(shí)常還有部分?jǐn)_動(dòng),使土的一致性難以保證。正是由于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中種種因素往往導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)與指標(biāo)一致性相互矛盾的情況。

如果從一種實(shí)驗(yàn)中就能得到我們所需要的數(shù)據(jù),比如:如果測出了液性指數(shù),就能確定粘聚力和壓縮模量,顯然可以減少實(shí)驗(yàn)誤差,基于這樣的考慮,為了找出液性指數(shù)與粘聚力以及壓縮模量的量化關(guān)系,筆者從多年所做的土工實(shí)驗(yàn)報(bào)告中隨機(jī)選取若干批次實(shí)驗(yàn)報(bào)告,從中隨機(jī)抽出99個(gè)樣的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了圖表化分析,抽象出了液性指數(shù)與粘聚力及壓縮模量的近似量化關(guān)系式。

3　土樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

99個(gè)土樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

4　三項(xiàng)指標(biāo)關(guān)系圖及關(guān)系式

用EXCEL軟件對表中數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表化處理,從所作出的關(guān)系圖中可以看出液性指數(shù)與另外二個(gè)指數(shù)之間比較明顯負(fù)相關(guān)性的規(guī)律。通過關(guān)系圖進(jìn)一步分別歸納出液性指數(shù)、粘聚力與壓縮模量之間的近似量化關(guān)系式。

4.1　壓縮模量與液性指數(shù)近似關(guān)系式

ES=13-10IL

式中:ES為100～200 kPa壓縮模量(MPa)；IL為液性指數(shù)。

4.2　粘聚力與液性指數(shù)近似關(guān)系式

C=30-20.8IL

式中：C為粘聚力(kPa)；IL為液性指數(shù)。

表1　99個(gè)土樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖1　液性指數(shù)與壓縮模量關(guān)系圖

在土工試驗(yàn)中用上述公式對所做實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核,有比較好的參照價(jià)值,可供同行參考(表1)。需要說明的是:此成果只是從有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中簡單歸納得出,結(jié)論粗略,相信它未必能反映各指標(biāo)之間真正精確的內(nèi)在關(guān)系。本文所用數(shù)據(jù)取自孝感地區(qū)土樣常規(guī)分析,在數(shù)量、種類、地域范圍等方面都有局限性,僅供參考。

圖2　液性指數(shù)與粘聚力關(guān)系圖

參考文獻(xiàn)：

[1]唐大雄，等.工程巖土學(xué)[M].第二版.北京：地質(zhì)出版社,1999.