地基土三相組成分析在建筑工程中的作用

黃艷

（中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院，銀川 750011）

地基土三相組成分析在建筑工程中的作用

黃艷

（中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院，銀川 750011）

地基土三相組成的性質(zhì)及比例關(guān)系決定它的工程特性，即影響土體的承載力、壓縮性和滲透性，所以，全面分析地基土三相組成是十分必要的。論文主要在總結(jié)前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，從粒度、密度、含水率三方面闡述三相組成分析在建筑工程中的作用。

地基土；三相組成；建筑工程

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.013

1　地基土三相組成概述

地基土是由巖石經(jīng)過物理化學(xué)風(fēng)化、剝蝕、搬運、堆積而成的由固體礦物、流體水和氣體組成的1種集合體。其中，固體骨架顆粒、土體孔隙中的水和氣被稱為地基土的三相。

1.1地基土固相

地基土的主體部分，礦物成分包括原生礦物、次生礦物和腐殖質(zhì)三類。礦物中的化學(xué)成分影響土體的性質(zhì)，例如：次生礦物為蒙脫石，具有吸水膨脹、失水收縮的特性，以該土體作為地基，必須考慮土體脹縮性對建筑安全的影響；土中有機(jī)質(zhì)含量較高時，其壓縮性增大，不宜作為填筑材料[1]。

土體固相顆粒大小差異明顯，其物理力學(xué)特性受到顆粒的尺寸、形狀和級配等顆粒特征強(qiáng)烈的影響[2]，不同顆粒組合形成單粒、蜂窩和絮狀結(jié)構(gòu)，其中單粒結(jié)構(gòu)密實，工程性質(zhì)最好。

1.2地基土液相

包括土體孔隙中的結(jié)合水、自由水、氣態(tài)水和固態(tài)水，液相的性質(zhì)主要通過測定含水量來表示。含水量的大小反映土體的飽和狀態(tài)，影響地基土的強(qiáng)度和壓縮性。

1.3地基土氣相

包括自由氣體和封閉氣體兩種。自由氣體在土體受壓后排出，對建筑工程無響；封閉氣體使土體具有彈性，隨封閉氣體含量增大，地基土滲透性降低。

土體三相組成中，液相比例為零，稱為二相土，呈堅硬狀態(tài)；氣相比例為零，土體呈飽和狀態(tài)；三相同時存在，為三相土[3]，呈可塑狀態(tài)。三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也不同，實際工程中需關(guān)鍵分析。

2　地基土體三相組成分析

實際工程中土體三相組成分析主要是三相比例關(guān)系的確定，即土體的物理性質(zhì)指標(biāo)分析，包括土粒比重、天然密度、含水量和由它們?nèi)齻€換算出的干密度、飽和密度、孔隙比和飽和度等，這些指標(biāo)可以描述土的物理性質(zhì)和狀態(tài)，也在一定程度上反映土的力學(xué)性質(zhì)[4]，具有重要的實用價值。本文主要對土的固相粒度、密度、含水率和土粒密度分析進(jìn)行闡述。

2.1粒度分析

包括劃分粒組，繪制級配曲線，描述土體均勻程度。粒度分析方法，目前可歸納為兩大類：一類是篩分法，用一套孔徑遞減的篩子將風(fēng)干的土過篩分離，記錄每個篩子上留下來的土體質(zhì)量可得到土的顆粒級配，用于測定粒徑大于0.1mm的粗顆粒；另一類是移液管法和比重計法，可以測定粒徑小于0.1mm的細(xì)顆粒。若土中粗細(xì)顆粒兼有時，則可聯(lián)合使用上述兩種方法[5]。

2.2密度分析

密度為單位體積土的質(zhì)量，是表征土體密實程度的一項參數(shù)，在建筑地基中是衡量工程質(zhì)量優(yōu)劣的一項技術(shù)指標(biāo)，因此，準(zhǔn)確測試土體密度尤為重要[6]?，F(xiàn)行的密度測試方法有環(huán)刀法和灌水法等，環(huán)刀法適用于黏性土和粉土，灌水法適用于卵石和礫石。

2.3含水率分析

含水率是試樣在105～110℃溫度下烘至恒量時所失去的水質(zhì)量和恒量后干土質(zhì)量的比值，測定含水率的常用方法是烘干法[7]。含水率是土的基本物理性指標(biāo)之一，它反映黏性土的物理狀態(tài)。

2.4土粒密度分析

礦物的質(zhì)量與同體積4℃時純水的質(zhì)量的比值。黏土、砂的密度用密度瓶法測定，即將烘干試樣15g裝入容積為100mL的玻璃質(zhì)比重瓶，用精度為0.001的天平秤瓶加干土質(zhì)量，注入半瓶純水后煮沸1h，排除氣體，冷卻后，將純水注滿比重瓶，再稱重[8]。

3　土體三相組成分析在建筑工程中的作用

3.1粒度分析在建筑工程中的作用

1)根據(jù)粒度大小劃分粒組，按各粒組的含量繪制粒徑級配曲線，確定不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc，以此判斷地基土體均勻程度。礫石和砂土級配Cu5，且Cc=1～3為級配良好，反之為級配不良。

2)非黏性土工程分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)土的粒徑級配中各粒組的含量和顆粒形狀進(jìn)行分類定名。例如，定義粒徑d>2mm的顆粒含量不超過全重50%，且d>0.075mm的顆粒超過全重50%的土為砂土，按粒徑由大到小分別定名如表1所示。

表1　砂土的分類

3)影響砂土的滲透性。砂土滲透性的主要影響因素是顆粒大小和級配，顆粒越小，土體孔隙越小，滲透性越?。患壟淞己茫?xì)顆粒填充粗顆粒孔隙，土體孔隙減小，滲透性變小。

3.2密度分析在工程實際中的作用

1)換算土體的干密度、飽和密度和有效密度。土的干密度通常用作土壩、路基和人工壓實地基土體壓實質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)數(shù)值越大，表明土體壓實越密，工程質(zhì)量越好。

2)結(jié)合土粒密度，換算孔隙比，計算相對密度，判別無黏性土體的密實度。土體相對密度越大，強(qiáng)度越高，可壓縮性越小；相對密度小，強(qiáng)度低，可壓縮性大。密實和中密中粗砂為優(yōu)良地基；粉砂和細(xì)砂，密實狀態(tài)為良好地基，飽和疏松狀態(tài)為不良地基，震動時易產(chǎn)生液化。

3.3含水率分析在工程實際中的作用

含水率的變化對地基土的影響主要反映在土的稠度、飽和程度、力學(xué)性質(zhì)、壓縮性和穩(wěn)定性的變化上。土的含水率是研究土的物理力學(xué)性質(zhì)的一項指標(biāo)，也是控制建筑物施工質(zhì)量的依據(jù)[9]。

1)砂土與粉土的濕度劃分標(biāo)準(zhǔn)。地基土含水率結(jié)合密度和土粒密度確定土體飽和度Sr，工程實際中，以飽和度為標(biāo)準(zhǔn)，將砂土和粉土濕度分為稍濕、很濕或飽和3種狀態(tài)，Sr<0.5為稍濕，0.50.8為飽和。

2)確定黏性土的稠度。通過試驗確定黏性土的界限含水率，包括縮限、塑限、液限，計算液性指數(shù)和塑性指數(shù)，根據(jù)液性指數(shù)，黏性土可分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑5種軟硬不同的狀態(tài)，硬塑狀態(tài)為優(yōu)良地基，流塑狀態(tài)為軟弱地基；根據(jù)塑性指數(shù)Ip進(jìn)行工程分類，Ip>17為黏土，17>Ip>10為粉質(zhì)黏土。

3)影響地基土抗剪強(qiáng)度。前人試驗證明地基土體受地下水位影響，若水位上升，土體含水率增加，則土體剪應(yīng)力增大，抗剪強(qiáng)度降低，容易出現(xiàn)地基沉降，威脅建筑物安全[10]。

4　結(jié)語

土體受外力作用后，上部荷載由地基土的氣、液、固三相共同來承擔(dān)。固相強(qiáng)度大小、氣相和液相的含量共同影響地基土體的強(qiáng)度、壓縮性和滲透性。

地基土三相組成相互關(guān)聯(lián)，共同影響建筑工程，為給后續(xù)建筑設(shè)計、施工提供可靠依據(jù)，保障工程質(zhì)量，綜合分析地基土三相組成，確定地基土工程特性是必須的。

【1】陳希哲,葉菁.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2013.

【2】王一兆.土體顆粒尺度效應(yīng)的理論與試驗研究[D].上海：華東理工大學(xué),2014.

【3】莊素妹,賈衛(wèi)東,韓寶坤.土的物理性質(zhì)和物理性指標(biāo)[J].技術(shù)論壇, 2008(1):93.

【4】周君平.三相圖法求算-土的物理性質(zhì)指標(biāo)的技巧[J].長江水利教育,1995(2):40.

【5】龔曉南.高等土力學(xué)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社,1998.

【6】張書林.土的幾種密度測試方法及測試產(chǎn)生的誤差分析[J].科技論壇,2015(6):24.

【7】王波.試樣土含水率試驗影響因素分析[J].山西水力,2014(3):41.

【8】GB/T 50123—1999土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

【9】羅江梅,此里拉姆,周禮勇，等.淺議土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對地基承載性能的影響[J].工業(yè)工程與技術(shù),2014(12):37.

【10】宋磊,潘婷.地基土試驗指標(biāo)對實際工程的影響[J].內(nèi)江科技, 2015(4):140.

The Role of Analysis on Three-phase Composition of Foundation Soils in Construction Engineering

HUANG Yan
(China Univercity of Mining and Technology Yinchuan College,Yinchuan 750011,China)

The nature of the three-phase composition of foundation soil and their proportional relationship decides its engineering properties,namely the bearing capacity,compressibility and permeability,so it is very necessary to the have a comprehensive analysis on the three phase composition.This article mainly summarizes predecessors' research results to to describe the role of analysis on three-phase composition in construction engineering from three aspects including particle size,moisture content and density.

foundation soils;three-phase composition;construction engineering

TU411.2

A

1007-9467（2016）05-0057-02

黃艷（1986～），女，陜西延安人，助教，從事巖土工程勘察研究，（電子信箱）hyhellow@163.com。

2016-01-11