膨胀土自由膨胀率与常规物理性质指标的关系

李洪涛 田微微

平顶山是我国典型的膨胀土分布地区之一，在该地区进行岩土工程勘察，对膨胀土进行必要评价是一项不可避免的内容。我国现行GB J12-87膨胀土地区建筑技术规范中把自由膨胀率 δef作为判断是否为膨胀土及其膨胀潜势的唯一定量指标，为方便在有些缺乏膨胀试验资料的场地初步估算场地土的自由膨胀率，笔者在平顶山市区东部及其西南方向的丘陵地区选取较有代表性的膨胀土试验资料，总结出该地区自由膨胀率与部分常规物理性质指标间的关系。

1 自由膨胀率与常规物理性质指标的相关性

本文选取含水率、天然重度、干重度、孔隙比、饱和度、液限、塑限、液性指数、塑性指数等室内土工试验必做的常规物理性质指标，与自由膨胀率进行相关性分析，分析结果见表 1。

表1 自由膨胀率与常规物理性质指标的相关性分析成果表

从表 1中可以看出，除液限、塑限和塑性指数外，自由膨胀率与其他物理性质指标的线性相关系数的绝对值均小于 0.3，相关程度均为微弱，说明其相关性比较差。由于自由膨胀率与液限和塑性指数的线性相关系数均在0.8左右，而与塑限的相关系数不足 0.6，因此，优先选用液限和塑性指数作为研究对象。

2 对研究指标间关系的拟合分析

初步确定研究对象之后，对各指标进行回归分析，得出能够最好的反映出其与自由膨胀率间关系的拟合关系式，回归拟合结果见图 1，图 2。

根据以上分析，图 1，图 2中的拟合关系式能够较好的反映出液限、塑性指数与自由膨胀率的函数关系，以液限和自由膨胀率作为已知量推算自由膨胀率是可行的。

3 对拟合关系式的修正

对拟合关系式进行修正后的曲线与原曲线关系见图 3，图 4。

从图 3中可以看出，在所有参与统计的 39组数据中，有 2组自由膨胀率实测值大于用修正后液限与自由膨胀率关系式得出的计算值，约占统计总量的 5%，修正后关系式计算值的保证率约为95%;图4中，有 4组自由膨胀率实测值大于用修正后塑性指数与自由膨胀率关系式得出的计算值，约占 39组统计数据的 10%，修正后关系式计算值的保证率约为 90%。

进一步对图 3，图4按修正后关系式计算得出的曲线进行分析，可以得出几个结论:1)液限处于 45%～50%和 55%～60%两个区间时，按修正后关系式得出的自由膨胀率计算值多数比实测值偏大较多;2)塑性指数处于21～24和 29～32两个区间时，按修正后关系式得出的自由膨胀率计算值多数比实测值偏大较多;3)对于液限为 42%～46%且塑性指数为 18～20或者液限为 49%～55%且塑性指数为 22～25的土样，由修正后关系式得出的计算值有些会小于实测值;4)对于自由膨胀率大于 90%的土样，无论利用液限还是利用塑性指数，计算得出的值都相对比较准确，均略大于实测值。

利用本文归纳出的关系式计算自由膨胀率时，要遵循如下原则:

1)当同一试样两组自由膨胀率计算值至少有一个小于 80%时，如两组值之差小于8%，则取其中较小值，如差值不小于 8%，则取其中较大值;2)当同一试样两组计算值均大于 80%且至少有一组小于 90%时，如两组值之差小于 6%，则取其中较小值，如差值不小于 6%，则取其中较大值;3)当两组自由膨胀率计算值均大于 90%时，取其中较小值。

4 实际验证

笔者在平顶山市及其周边已进行的工程中，随机抽取一些液限大于 40%的典型膨胀土试样，通过对比其自由膨胀率实测值和利用前述拟合关系式得出的计算值，进行检验，对比情况见表 2。

表2 自由膨胀率实测值与计算值对照表(一)

利用 3中所说的原则对表 2中的计算结果进行分析，自由膨胀率计算值与实测值综合列于表 3。

表3 自由膨胀率实测值与计算值对照表(二)

对比表 2，表 3可以看出，大多数计算值与实测值比较接近，说明本文总结出的拟合关系式是科学的;在每个试样的两组计算值中确定最终值时，多数取值都是相对更为接近实测值的理想结果，仅平东电厂的 3号试样和平顶山 500 kV变电站的 4号试样选取的是偏差相对较大的值，说明 3中确定的取值原则是合理的。

5 结语

本文提供的用于初步估算场地土自由膨胀率的两个关系式，简便实用，具有较强的可操作性，但实际应用时还需注意几个问题:首先，这两个关系式是在总结分析平顶山市周边膨胀土资料的基础上得出的，不一定适用于其他地区;其次，本文选用的都是液限大于 40%的典型膨胀土试样，对于液限较低的土样的适用情况尚需进一步验证;最后，判定自由膨胀率时一定要采用两个指标分别计算，并按照 3中给出的原则综合确定。另外，基于膨胀土自身的特殊性，利用本文关系式计算前，一定要通过对地形地貌及地质环境等因素的综合考察确定膨胀土形成的可能性，以免误判。

[1] GB J112-87，膨胀土地区建筑技术规范[S].

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