膨脹土自由膨脹率與常規物理性質指標的關系

李洪濤 田微微

平頂山是我國典型的膨脹土分布地區之一，在該地區進行巖土工程勘察，對膨脹土進行必要評價是一項不可避免的內容。我國現行GB J12-87膨脹土地區建筑技術規范中把自由膨脹率 δef作為判斷是否為膨脹土及其膨脹潛勢的唯一定量指標，為方便在有些缺乏膨脹試驗資料的場地初步估算場地土的自由膨脹率，筆者在平頂山市區東部及其西南方向的丘陵地區選取較有代表性的膨脹土試驗資料，總結出該地區自由膨脹率與部分常規物理性質指標間的關系。

1 自由膨脹率與常規物理性質指標的相關性

本文選取含水率、天然重度、干重度、孔隙比、飽和度、液限、塑限、液性指數、塑性指數等室內土工試驗必做的常規物理性質指標，與自由膨脹率進行相關性分析，分析結果見表 1。

表1 自由膨脹率與常規物理性質指標的相關性分析成果表

從表 1中可以看出，除液限、塑限和塑性指數外，自由膨脹率與其他物理性質指標的線性相關系數的絕對值均小于 0.3，相關程度均為微弱，說明其相關性比較差。由于自由膨脹率與液限和塑性指數的線性相關系數均在0.8左右，而與塑限的相關系數不足 0.6，因此，優先選用液限和塑性指數作為研究對象。

2 對研究指標間關系的擬合分析

初步確定研究對象之后，對各指標進行回歸分析，得出能夠最好的反映出其與自由膨脹率間關系的擬合關系式，回歸擬合結果見圖 1，圖 2。

根據以上分析，圖 1，圖 2中的擬合關系式能夠較好的反映出液限、塑性指數與自由膨脹率的函數關系，以液限和自由膨脹率作為已知量推算自由膨脹率是可行的。

3 對擬合關系式的修正

對擬合關系式進行修正后的曲線與原曲線關系見圖 3，圖 4。

從圖 3中可以看出，在所有參與統計的 39組數據中，有 2組自由膨脹率實測值大于用修正后液限與自由膨脹率關系式得出的計算值，約占統計總量的 5%，修正后關系式計算值的保證率約為95%;圖4中，有 4組自由膨脹率實測值大于用修正后塑性指數與自由膨脹率關系式得出的計算值，約占 39組統計數據的 10%，修正后關系式計算值的保證率約為 90%。

進一步對圖 3，圖4按修正后關系式計算得出的曲線進行分析，可以得出幾個結論:1)液限處于 45%～50%和 55%～60%兩個區間時，按修正后關系式得出的自由膨脹率計算值多數比實測值偏大較多;2)塑性指數處于21～24和 29～32兩個區間時，按修正后關系式得出的自由膨脹率計算值多數比實測值偏大較多;3)對于液限為 42%～46%且塑性指數為 18～20或者液限為 49%～55%且塑性指數為 22～25的土樣，由修正后關系式得出的計算值有些會小于實測值;4)對于自由膨脹率大于 90%的土樣，無論利用液限還是利用塑性指數，計算得出的值都相對比較準確，均略大于實測值。

利用本文歸納出的關系式計算自由膨脹率時，要遵循如下原則:

1)當同一試樣兩組自由膨脹率計算值至少有一個小于 80%時，如兩組值之差小于8%，則取其中較小值，如差值不小于 8%，則取其中較大值;2)當同一試樣兩組計算值均大于 80%且至少有一組小于 90%時，如兩組值之差小于 6%，則取其中較小值，如差值不小于 6%，則取其中較大值;3)當兩組自由膨脹率計算值均大于 90%時，取其中較小值。

4 實際驗證

筆者在平頂山市及其周邊已進行的工程中，隨機抽取一些液限大于 40%的典型膨脹土試樣，通過對比其自由膨脹率實測值和利用前述擬合關系式得出的計算值，進行檢驗，對比情況見表 2。

表2 自由膨脹率實測值與計算值對照表(一)

利用 3中所說的原則對表 2中的計算結果進行分析，自由膨脹率計算值與實測值綜合列于表 3。

表3 自由膨脹率實測值與計算值對照表(二)

對比表 2，表 3可以看出，大多數計算值與實測值比較接近，說明本文總結出的擬合關系式是科學的;在每個試樣的兩組計算值中確定最終值時，多數取值都是相對更為接近實測值的理想結果，僅平東電廠的 3號試樣和平頂山 500 kV變電站的 4號試樣選取的是偏差相對較大的值，說明 3中確定的取值原則是合理的。

5 結語

本文提供的用于初步估算場地土自由膨脹率的兩個關系式，簡便實用，具有較強的可操作性，但實際應用時還需注意幾個問題:首先，這兩個關系式是在總結分析平頂山市周邊膨脹土資料的基礎上得出的，不一定適用于其他地區;其次，本文選用的都是液限大于 40%的典型膨脹土試樣，對于液限較低的土樣的適用情況尚需進一步驗證;最后，判定自由膨脹率時一定要采用兩個指標分別計算，并按照 3中給出的原則綜合確定。另外，基于膨脹土自身的特殊性，利用本文關系式計算前，一定要通過對地形地貌及地質環境等因素的綜合考察確定膨脹土形成的可能性，以免誤判。

[1] GB J112-87，膨脹土地區建筑技術規范[S].

[2] 譚羅榮，孔令偉.特殊巖土工程土質學[M].北京:科學出版社，2006:90-93.

[3] 錢耀光，劉 煒.膨脹土地基技術綜述[J].山西建筑，2008，34(13):118-119.