土饱和度超过100%的原因及避免\修正

摘 要:饱和度是反映土孔隙中充水程度的一项指标,理论值最大为100%,但在土工试验中,会出现超过100%的不合理现象。本文从含水量、密度等几方面阐述了其形成原因、避免及修正办法,使饱和度趋于合理化和保证土工试验成果的精度。

关键词:饱和度100%原因避免修正

中图分类号:X14 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(a)-0155-01

在解决与各类工程建筑有关的地质问题时,必须了解岩土的工程地质性质,土的工程地质性质包括土的物理、水理及力学性质,其中物理性质是表明土物理状态的的某些性质,用土的基本物理指标来表示,这些指标,有的直接测定,有的通过计算求得,其中可直接测定的有含水量、密度、比重,通过计算求得的为干密度、孔隙比、孔隙率、饱和度。土为三相体:固相土粒、水、空气,为了便于研究,常理想地将实际交错混杂在一起的三相集中为三部分来讨论土的物理性质,物理指标的定义及计算公式是在假定均质土模型基础上建立的,但实际天然土层多非均质土,使得原状土物理性质指标不配套,试验成果间不合理,饱和度大于100％就是其中一种不合理的现象,饱和度该现象尤其多为淤泥、地下水位以下的土,这与饱和度的概念矛盾,必须分析其原因,并加以避免,提高试验成果的可靠性。

1研究饱和度这一基本物理性质指标的意义

饱和度是指土的孔隙中所含水的体积与孔隙体积之比值,以百分数表示,即Sr=(Vw/Vv)×100%,其可以按式子Sr=(W×G)/e计算求得(式中W为含水量;G为比重;e为孔隙比)。

含水量仅表明土的孔隙中含水的绝对数值,不能表示土中水的相对含量即土中孔隙被水充满的程度,而饱和度能反映土体充水的状态,说明土的孔隙中水的充填程度,当土的孔隙全部为水充填时,饱和度等于100%,理论上不得超过100%。

粘性土主要含结合水,由于水膜厚度变化使土体会发生膨胀、收缩、改变土中孔隙的体积,所以粘性土通常不用饱和度来评价其含水程度及强度关系,用土稠度指标评述其状态,但饱和度为确定砂土承载力不可缺少的参数,其主要用于评述砂类土含水状态。

饱和度是否超过100%可以反映出土工试验中多项指标的合理性问题,是成果的一项衡量指标,是报告整理中考虑的一项很重要因素。

2饱和度大于100%的原因

饱和度失真的原因有的属于土样客观存在,有的是人为造成,如土层不均匀;取土器和筒壁的挤压、扰动(取样要从经济、技术两方面考虑,在合适的地层、取土器允许条件下使用薄壁取土器,一般采取高质量土样的薄壁取土器其技术参数面积比Ca≤10%;而厚壁取土器Ca可达30%);取样不标准;土样在运输、存放和试验上不当等等。

据Sr计算公式可知其失真原因与指标测定有关系,有以下几方面。

(1)含水量原因。

由于土样不均匀,含水量试样代表性差,不能代表土体的平均含水量,尤其是不能代表密度试验土样平均含水量;烘土温度过高对粘性土和含有机质土影响较为显著,土颗粒的强结合水析出,有机质损失,使含水量试验成果增大。含水量是影响指标中最不稳定的,不同的土含水量就可能不一样,影响成果的准确度,需要试验人员结合实际情况,克服不利因素,测出土的比较准确、合理的含水量。对原因细加分析如下。

①如为较均匀的粉土、砂性土,由于土样运输之中的振动,使得土样重力水在重力的作用下集中,在取含水量时,如取到多水的部分则易形成Sr超过100%。

②含水量试验,是用两盒取土,结果有时超差较大,如是大平均或为工程保守取用的较大含水量,则易形成Sr超出100%。

③如为不均匀的粉土、粉粘混杂土,做密度取的是混杂土,在取含水量时,如两盒土均取到纯粉粘块上,虽不超差,由于同样情况下粘性土的含水量较大,使得Sr在计算中数值明显增大会超过100%。

(2)密度原因。

密度是影响饱和度数值最大的一项指标,其形成原因包括以下几点。

①土样密度不均,在用环刀取土时取到密实部分,计算出的孔隙会小,饱和度易超过100%。

②密度试验时,土样超出环刀,环刀内土体积大于环刀容积,使土密度值增大。取土超出环刀原因有:刮平刀长时使用磨损未更换而不能刮平;试验人员操作手法。

(3)比重原因。

比重也是影响饱和度的一个原因,其包括两方面。

①如比重是根据液塑限、粘粒按地区经验确定,在审看报告时要注意液塑限、粘粒的真实、合理性。

②如比重是实际试验测定的,如Sr>100%,要检查比重试验是否有问题。是否烘土温度过高导致强结合水析出和有机质损失。

3饱和度>100%的避免

(1)土样的包装、保存及运输,应严格按照规程,及时妥善封、运。对持水能力差,水份易离析土,宜就近做试验。

(2)提高试验人员素质,加强试验人员工作及处理问题能力,操作符合试验标准、规范的要求。

(3)避免土样超出环刀容积的情况发生。确保密度试验用土能代表土体的总体密度,含水量试样能代表密度试验土样的平均含水量。严格控制烘土温度。

(4)称湿土注意保持原水份,烘干后的试样,盖上盒盖,置于装有干燥剂的缸内,冷却至室温称重,以免冷却过程中吸附空气水份。

(5)定期校验、检定含水量盒、比重瓶、天平等设备及仪器,及时检查、更换影响试验精度的工具、设备。

对于饱和度>100%的问题,我们要从以上各原因、各环节上注意,要保证取土的一致性,有代表性,就在很大程度上避免了该情况。

4饱和度>100%的合理修正

在整理成果时,如找不到很明确的原因而造成饱和度失真,在数据处理时候理应做修正。

有些超固结、密实土,含水量不大饱和度却很高,密度对饱和度影响很大;调整含水量也容易将饱和度从>100%调下来,含水量影响也较大;比重值对孔隙比影响不太大,对Sr影响较小。

在审看报告中,饱和度是衡量土工指标间是否矛盾的一项,见到其>100%就要查原因,进行合理修正。如是含水量超差厉害,就要看是否两盒含水量取土不一致;如是含水量不超差但数值与开土记录差别很大,则考虑含水量取偏的问题,将其调小,如含水量已调低很多,还不易调过,再看密度是否取偏原因,将密度调小(在不明确情况下含水量不可一味调小、降低,因查表确定承载力时,随含水量降低,使得查出的承载力增高,使得工程不安全了。如饱和度特大,甚至能达到110%,无试验错误,就要考虑密度了,就要调小些,对工程也较安全)。总之,据情况综合考虑,因地制宜。

结语:土的物性指标间是相互关联的,当这些指标出来以后,要对照原始记录进行综合的分析,从而对这些指标的准确性进行判别。在成果整理中,如果饱和度特大,有时可达到116%,甚至更大些,首先应检查含水量、天然密度两指标测定是否存在误差或者错误,根据实际情况进行调整,必要的情况下要重做试验。通过一系列对物性指标间关系统一分析,使得各指标达到配套、完整、合理,精度进一步提高,为工程建设提供准确的数据。

参考文献

[1]褚桂棠.工程地质学[M].地质出版社,1988,4.

[2]李智毅,唐辉明.岩土工程勘察[M].中国地质大学出版社,2000,9.

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