湛江市灰色粘性土主要物理指标与承载力的相关性探讨

陈光裕，陈水安

（1.湛江市规划勘测设计院，湛江市 524002；2.广东省地质调查院，广州市 510080）

湛江市灰色粘性土主要物理指标与承载力的相关性探讨

陈光裕1，陈水安2

（1.湛江市规划勘测设计院，湛江市 524002；2.广东省地质调查院，广州市 510080）

湛江市地处海滨地带，滨海沉积的粘性土较发育。粘性土是该地区工程建设地基的主要基础持力层。对粘性土物理指标变化与压缩模量的相关性探讨，找出土的物理性质与土的力学强度的关系，从各种关系中总结出各因数的相关性，对工程建设持力层的选择有着重要的实际应用意义。

湛江市；粘性土；物理指标；压缩模量；承载力

粘性土指的是含粘粒较多，塑性指数大于10的土。工程上根据塑性指数细分为粉质粘土和粘土。粉质粘土为塑性指数大于10至等于17的土；粘土为塑性指数大于17的土。此文的探讨对象是湛江市第四系全新世海相沉积的灰色粘性土，即灰色粘土和灰色粉质粘土。统计样品源自湛江市规划勘察设计院，在工程勘察100多处场地中选取了300多个灰色粘性土样品的土工试验指标作为探讨对象。本次探讨的目的是找出土的主要物理指标与压缩模量的关系，进而掌握土的物理指标与土层承载力的规律性。

压缩模量的物理意义是指在无侧向膨胀条件下，压缩时垂直压力增量与垂直应变增量的比值。压缩模量越大，表明土在这一压力变化中的压缩变形越小，土的承载能力越大。压缩模量与承载力成正比关系。因此，清楚有关指标与压缩模量的关系，土层的承载力与各项指标的关系也明晰了。本文着重探讨土的主要物理指标与土的压缩模量的关系，找出规律，明确各物理指标与力学强度的相关关系，从而作出对土层承载力的合理确定。压缩模量的测定有多种应力途径和应力条件，这里是采用常规的试验方法，选用100～200kpa压力下的压缩模量ES1-2值，作为与各种物理指标的相关性比较。

1 粘性土的主要物理指标与压缩模量的相关性特征

粘性土包括粉质粘土和粘土。从颗粒上比较，粉质粘土颗粒比粘土稍大。粘性土的物理指标主要是液限，塑限，重度，含水量，密度等。这些物理指标的大小，与土的力学强度有着密切的关系。对土影响最突出的指标为天然含水量与稠度指标中的液性指数，这些指标的改变，导致粘性土力学强度明显改变。因此，探讨各指标的相关性，可扬长避短，保证土质的最好物理性能，利用土的最佳状态。

（1）液限、塑限与压缩模量相关性

粘性土在稠度的各界限中，塑性上限称为液限，也就是土的可塑状态过渡到流塑状态的界线含水量，用WL符号表示；塑性下限称为塑限，也就是土的可塑状态过渡到半固体状态的界线含水量，用Wp符号表示。液塑限的实际意义，是反映粘性土稠度状态的具体界限。液限试验方法有多种，本文的指标为液、塑限联合测定法，圆锥入土深度为10mm和2mm对应的含水量百分比为测定的液限塑限指标。液限越大，说明粘性土的颗粒越细，亲水矿物的含量越高。在工程实践中，液限与力学存在一定的相关性，通过对300多个样品的统计分析，用纵坐标表示液限，横坐标表示压缩模量，粘性土的液限与土的压缩模量的相关性如图1。相关方程为：y=-1.2508x+50.04。用纵坐标表示塑限，横坐标表示压缩模量，粘性土塑限与压缩模量的相关性如图2，相关方程为：y=-0.5696x+27.58。通过以上液限、塑限与压缩模量的相关性作图分析可知，压缩模量与液限、塑限均呈反比关系，其改变较平缓，高液限和高塑限土压缩模量相对较小，土的力学强度稍差，土的承载力较低；相反液限低、塑限低的土，压缩模量稍大，承载力相对高。整体上，液限、塑限与压缩模量的关系呈较缓的反相关性。

图1 液限与压缩模量相关性图

图2 塑限与压缩模量相关性

（2）液性指数与压缩模量的相关性

液性指数用IL符号表示。粘性土的液性指数是指在各种不同的含水量条件下，土的一种自然状态。液性指数值的大小，是表明土体抵抗能力的大小。粘性土的液限与塑限不随含水量变化而改变，但液性指数的指标与液限、塑限、含水量指标关系密切。液性指数值是决定粘性土的力学性质及土的状态的一个重要指标。IL反映自然土抵抗外力的能力，IL越小,抵抗外力的能力越大，反之越小。按液性指数指标划分粘性土的状态，其对应关系为：IL≥1流塑；0.75＜IL＜1软塑；0.25＜IL≤0.75可塑；0＜IL.≤25硬塑；IL≤0坚硬。IL计算公式为：

由公式可知，土质的WP与WL基本为定值，液性指数由于含水量的增加而显著增大，土的承载能力也随着改变。液性指数与含水量成正比例关系，含水量的减小，液性指数也变小，土的压缩模量增大，土层的承载力也增大。根据300多个土工试验结果，液性指数与对应的压缩模量值作图如图3，液性指数与压缩模量的相关方程为Y=-0.0455x+0.7549,它们的相关性为反比例关系。作为建筑物地基，粘性土的承载力大小决定于它其中的一个重要指标就是土的天然稠度状态。因此，掌握粘性土的特征，保持土质的最佳稠度状态作为地基土，可以提高土层的承载力，减少不必要的材料，节省建设费用，起到经济安全的重要作用。

图3 液性指数与压缩模量相关性图

（3）含水量与压缩模量相关性

含水量是土中水的质量与干土质量的比值，用%计数，符号为W0。土中含水量的变化，影响粘性土的物理性质和力学强度的改变，所以含水量是粘性土的一个重要指标。含水量的改变，能引起一系列指标的变化。含水量的增大，粘性土压缩模量随之降低。对300多个灰色粘性土样品测试结果作图，含水量与压缩模量关系式如图4。从图中可以看出，灰色粘性土一般的含水量在20%～50%，压缩模量在3～12较常见。测试指标具一定的离散性，是因为试验指标中有粘土与粉质粘土的原因。在相同的地质环境下，一般土质颗粒越细含水量越大；但是在属于粘性土颗粒大小的范围内，总体遵循含水量增大，压缩模量减小的规律性。用纵坐标表示含水量，横坐标表示压缩模量，两者的相关性如图4，相关方程为y=-1.6462x+43.895，呈反相关性。

图4 含水量与压缩模量相关性图

（4）天然孔隙比与压缩模量相关性

土之天然孔隙比的大小，最直接的影响因素为含水量与土的密度，相同的土，其含水量的改变，孔隙比的改变很大。一般灰色粘性土的孔隙比在0.700～1.200比较常见。以横坐标为压缩模量，纵坐标为孔隙比作图，通过对孔隙比与压缩模量指标作图分析，天然孔隙比与压缩模量的相关性呈反比关系（图5），相关方程为：y=0.0427x+1.192。

图5 天然孔隙比与压缩模量相关性图

2 结论

通过以上各指标与压缩模量关系性的分析，总结出影响粘性土强度变化的重要指标为粘性土的含水量，含水量可以改变土的液性指数，可以改变土的孔隙比，而孔隙比和液性指数是决定粘性土强度的指标。液限和塑限是天然粘性土所具有的特定状态，不随其它指标的改变而改变，对粘性土高低液、塑限作承载力比较，一般而言，相同含水量的高液限、高塑限粘性土比低液限和低塑限粘性土的承载力低，但是含水量的不同，天然条件的不一，高低液塑限在强度的比较不具有可比意义。

掌握粘性土各项指标的相关性，扬长避短，力求在滨海地区灰色粘性土层中建设工程时，利用粘性土的最佳状态，能有效地提高土层的承载力，达到建筑经济安全的目的。

[1]《岩土工程勘察规范》 GB 50021-2001

[2]《建筑地基基础设计规范》 GB 50007-2002

[3]《土工试验方法标准》 GB/T 50123-1999

Discussion on the Relativity between Main Physical Index and Bearing Capacity of Gray Clay in Zhanjiang City

CHEN Guangyu1, CHEN Shuian2

(1.Zhanjiang Municipal Planning Survey and Design Institute, Zhanjiang 524002; 2.Guangdong Geological Survey, Guangzhou 510080)

Zhanjiang city is located in the seaside zone, where the littoral clay is widely distributed. The clay layer is the major bearing stratum of regional construction foundation. Based on the discussion about the relativity between the main physical index and compression modulus of the gray clay, the relationship between physical properties of clay and mechanical strength have been obtained. The relevance of various factors has an important practical significance on the construction of choice.

Zhanjiang City；Clay；Physical index；Compression modulus；Bearing capacity

TU442

A

1007-1903(2011)01-0049-03