关于粘性土饱和度偏大现象的分析和修正

张钧 张大志 程皓

（铜陵学院，安徽铜陵 244000）

关于粘性土饱和度偏大现象的分析和修正

张钧 张大志 程皓

（铜陵学院，安徽铜陵 244000）

1.引言

饱和度作为土的常规物理指标在岩土工程中广泛应用，理论上完全饱和土的饱和度值应小于或等于100%，然而在土工试验中，粘性土经常出现其值大于100%的情形。显然，这样的结果与饱和度的概念矛盾，对此可以进行原因和误差分析，并加以计算修正，提高试验成果的可靠性。

2.饱和度的定义及其影响因素

2.1 饱和度的定义

饱和度是土体中孔隙水的体积与孔隙总体积比，是用来表征土体含水性能的基本物理性质指标之一[1]。只能通过它与其它物理性质指标之间的关系换算导出，如（1），（2）式。

式中Sr—土体的饱和度；ω—实测的土体含水量；ρ—土体密度；Gs—土粒相对密度；e—土体的孔隙比。

2.2 饱和度的影响因素

土是一种三相体系，一般采用密度ρ、含水量ω、土粒比重Gs三种基本指标来表征土的三相量的比例关系，通过实验基本指标即可求出其余的各种换算指标。从式（1）知，饱和度的大小取决这几种指标，因此基本指标是影响饱和度的三种主要因素，另外还有人为因素的影响也很重要。

3.饱和度超过理论值的原因分析

3.1 含水量ω的分析

在现场取粉质粘土土样时，圆筒与土体发生剪切，土体发生剪胀，体积增大，因而会从周围土体中吸收部分水分，故土样含水量会略微增加。强结合水具有粘滞性，性质接近于固体，密度大于1g/cm3[2][3]，当土中含相同体积的水时，含强结合水越多，水的质量越大，天然含水量的值就越高。在测定含水量的烘干过程中，粘性土中的有机质不断损失，使含水量试验结果增大。

3.2 土粒比重Gs的分析

土粒比重主要取决于土的矿物成分，不同土类的比重变化幅度不大。因此在一般的土工试验中，常认为土粒比重是个已知数，即土粒比重=2.68-2.72。大多数土粒的颗粒密度大于强结合水的密度，当比重试验用土的烘土温度过高时，会使强结合水析出和有机质损失，导致土粒比重测试不准确。

3.3 密度ρ的分析

对于密度试验，剪胀吸水现象不但在现场取土样时发生,而且还在室内做实验时发生，这些水分或被土样吸入或以微小的水分颗粒吸附在土样的表面因此土样密度也会略微增加。另外，做密度试验时，土样超出环刀，会使土实际体积大于环刀容积也使密度增大[4]。

3.4 人为因素误差分析

（1）土样的包装、保存及运输，对土有轻微扰动[5]。（2）试验人员对试验任务、试验操作步骤及方法的了解程度是误差分析的主观影响因素。（3）仪器设备的精度、量测仪器的误差会产生误差。

4.实例分析

4.1 安徽庐江某工程试验结果

安徽庐江某工程单位按照《土工试验方法标准》（GB/ T50123—1999）进行了相关土工试验，结果见表1。通过结果可以发现饱和度的数值与理论值不相符合。

表1 土工试验结果

4.2 饱和度修正

从上面分析可知，五组试样的计算饱和度均大于1，在进行试验的检查时发现进行密度试验时，环刀中的土体体积过大，导致密度偏大，重做该试验得到较小的密度。另外含水量在计算时由于各种原因偏大，此时可以逆向考虑：假设饱和度为97%-99%之间，用（3）式反算出含水量，按《土工试验技术手册》的标准，当实测含水量小于40%时，计算所得的含水量与实测含水量之差值为1%。如不满足，调低饱和度再算，直到满足要求为止。

以土样2为例，把Sr=99.5%，ρ=2.01，Gs=2.72代入，可算出ω=25.6%<26.59%，且实测值与计算值之差0.99%<1%，满足要求。经修正计算，5组试验结果均合理，见表2

表2 土工试验修正结果

5.结论

土工试验中饱和度经常出现值大于100%的情形，试验及修正中注意以下几点：（1）土样超出环刀，土实际体积大于环刀容积使密度增大，试验中尽量使土体的体积与环刀体积一致。（2）严格控制有机质土的烘土温度，用假设饱和度为97%-99%之间，反算出含水量的方法来修正。（3）土样在包装、保存及运输中严格遵守规范尽量不扰动。（4）试验前对仪器认真校正，试验过程严格按规范进行。

［1］汪君.对粉质粘土饱和度大于1现象的研究[J].工业建筑，2005（增刊）：537-539.

［2］刘永明.关于粘性土饱和度偏大现象的分析研究[J].路基工程，2006，(6)：58-59.

［3］杨春红.如何克服饱和度大于100%的不合理现象[J].广东建材，2009，(1)：71-72.

［4］蔡江东.考虑弱结合水时黏性土饱和度修正计算[J].路基工程，2009，(1)：71-72.

2010-03-10

张钧（1989-），男，安徽宣城人，铜陵学院土木建筑系2008级土木工程本科（2）班学生。