<progress id="s1cjy"></progress>
<optgroup id="s1cjy"></optgroup>

<progress id="s1cjy"></progress>
<var id="s1cjy"><b id="s1cjy"><sub id="s1cjy"></sub></b></var>
  • <strong id="s1cjy"><tbody id="s1cjy"></tbody></strong>
  • <menu id="s1cjy"><div id="s1cjy"><ruby id="s1cjy"></ruby></div></menu>
  • 細粒土、粗粒土與黏性土、無黏性土(二)

    2022-06-20 08:49  來源:巖土網  閱讀:3611
    細粒土、粗粒土與黏性土、無黏性土的定義及它們之間的關系與區別是應清晰確定與界定的,它們性質的表述、在工程中會有何種形式的表現也應有正確的認識,這對土力學學科以及相關工程都有主要意義。

    細粒土、粗粒土與黏性土、無黏性土的定義及它們之間的關系與區別是應清晰確定與界定的,它們性質的表述、在工程中會有何種形式的表現也應有正確的認識,這對土力學學科以及相關工程都有主要意義。

    . 土的狀態

    普遍意義上的之物理力學狀態可用一些一般性的指標表示,如密度(重度)、孔隙率(孔隙比)、含水量(飽和度);它們可反映土的松密、軟硬、干濕、強弱等物理力學狀態。但有些特定的土需要用最能反映其狀態及力學性質的特定指標或參數,其中相對密度、稠度等就是如此。

    1.1無黏性土的相對密度

    相對密度是表示土的松密狀態的指標,常見的說法有“粗粒土的相對密度”、“砂土的相對密度”,國外的教材較普遍是稱為“砂礫土(sands and gravels)的相對密度”。

    定義為砂礫土的相對密度有一定道理。一是我國標準確定相對密度的最大、最小干密度試驗所用的容器一般1000mL~2000mL,粒徑較大的顆粒的土料就難以進行試驗。所以要求最大粒徑不大于5mm,且粒徑為2mm~5mm的顆粒質量含量不超過15%。二是相對密度指標Dr一個最重要的用途在于判定飽和砂土的液化,上述粒徑正是砂土的范疇。

    但相對密度是以特定土的目前的孔隙比e(干密度rd)與其所能達到的最大、最小孔隙比(干密度)之間的比例關系來表示的,用它在物理性質上表現這種土的松密程度,在力學性質上表示其強度變形特性,這最適合于無黏性土。對于細粒土和有一定膠結的粗粒土,單憑孔隙比間的相對關系是不能唯一反映這些性質的。

    在上個世紀的80~90年代的七-五國家科技攻關項目“土質防滲體高土石壩研究”中,當時有幾個科研單位與高校用不同尺寸的大型三軸試驗儀對小浪底高堆石壩的堆石料進行三軸試驗。由于試樣的尺寸不同,相似法采用不同縮尺模擬原型堆石料,試樣不可能達到原型堆石料的干密度rd2.2g/cm3~2.3g/cm3),我們商定用相同的相對密度制樣。這樣就按照模擬料的最大粒徑加大試驗容器,測定最大、最小干密度,而原型料就在現場進行試驗。最后各家的試驗成果具有規律性和可比性,也分析了堆石料不同縮尺和不同模擬方法對力學性質的影響及其規律。所以,不限于各種《規范》、《標準》的約束,擴展為無黏性土的相對密度是完全可以接受的。

    那為什么不說是“粗粒土的相對密度”呢?因為其中有膠結的以及含泥量很高的粗粒土,不能用相對密度唯一地反映其強度、模量以及液化可能性。在《巖土工程勘察規范》GB 50021-2001中,對于砂土的密度有兩種指標,一種是相對密度Dr

    疏松:Dr1/3;中密:1/3<Dr2/3;密實:Dr>2/3。

    另一種使用標準灌入擊數N來判定,見表1

    1 砂土密實度分類

    標貫擊數

    密實度

    標貫擊數   

    密實度

    N10

    松散

    15<N30

    中密

    10<N15

    稍密

    N>30

    密實

    由于確定相對密度的試驗是室內試驗,是完全碎散的重塑土樣,而原位的砂石土層則可能經歷悠久地質歷史,具有一定膠結與黏聚力,即使測出其原位的孔隙比,經室內試驗計算出其相對密度,與用標貫擊數判斷的也沒有可比性。只有那些填方的砂土,或者在原位顆粒間基本沒有聯結的無黏性土,兩種土密實度的分類判斷才會較為一致。

    1.2 細粒土的稠度界限

    在土力學中,有個反映土軟硬狀態的指標——稠度,對應的就有液限、塑限和縮限wL、wp、ws等界限水量。這些界限含水量用于哪種土,目前的認識也不是很清晰,有“黏性土的界限含水量”、“黏土的界限含水量”等。如果注意到細粒土的分類,則可明確地確定是“細粒土的稠度界限”。

    在建筑行業中,所說的細粒土為粒徑大于0.075mm的顆粒質量不超過土顆??傎|量的50%以上的土。而細粒土進一步分類則是:塑性指數Ip>10的為黏性土,其中Ip>17的為黏土;Ip10的為粉土,7<Ip10的為黏質粉土,3<Ip7的為砂質粉土。其中

    圖片未命名             (1)

    在《土的分類標準》GB/T 50145-2007中,細粒類土進一步是按塑性圖分類,見圖1.

    圖1 塑性圖

    1 塑性圖

    其中

    C——黏土

    M——粉土

    H——高液限

    L——低液限

    從兩種規范(標準)看,沒有細粒土的界限含水量就無法進行細粒土的進一步分類。因而說“細粒土的稠度界限”是準確和必要的。

    1.3 黏性土按液性指數的狀態分類

    盡管稠度界限可用于全部細粒土,但并不是所有細粒土都是按照稠度進行狀態分類,只有其中的黏性土才按照稠度進行狀態分類。表示稠度的指標是其液性指數,見式2。

    圖片未命名             (2)

    黏性土的狀態分類見表2

    2 砂黏性土的狀態分類

    液性指數

    狀態

    液性指數

    狀態

    IL0

    堅硬

    0.75<IL1.0

    軟塑

    0<IL0.25

    硬塑

    IL>1.0

    流態

    0.25<IL0.75

    可塑

    可見,塑性指數Ip是某種細粒土的與其黏土礦物組成有關的固有屬性;而液性指數則是與黏性土的目前的濕度(含水量)有關的指標。正如姓氏是一個人此生不變的屬性,而年齡則是其不斷老化的狀態指標。

    對于黏性土,決定其滲透性、強度指標和變形特性的是其含有的黏土礦物的種類與數量,以及相應的土中水存在的形態,這時其粒徑的大小與級配已經不是其決定的因素。假設可以將石英制成0.005mm的圓珠,亦即成為黏粒,那么由它們組成的土是否就是黏土呢?答案是否定的。正如身高為80cm的侏儒不能買兒童票一樣。黏土是含有一定數量的黏土礦物的土,盡管黏土顆粒的粒徑不大于0.005mm,但更重要的是黏土礦物的顆粒形狀為片狀,帶有分布不平衡的電荷,與土中水及其離子間存在復雜的電化學相互作用。由直徑0.005mm石英珠組成的土”,其比表面積只有0.44m2/g,而黏土中的蒙特土比表面積可高達800m2/g。因而黏土的塑性指數可以反映其黏土礦物的種類與含量,其液性指數可以反映其軟硬狀態。

    1.4粉土的狀態分類

    粉土既不同于粗粒土,也不同于黏性土。一般來講,粉土是一種工程性質較差的的土,它易于液化和滲透變形、易凍脹、易沖蝕和強度不高。它含有的黏土礦物很少,黏性和黏聚力低,液性指數不足以反映土的物理力學和水力學特性。按狀態分類一般采用孔隙比和含水量判斷其松密和軟硬,其濕度和密實度對于粉土的力學、水力特性影響更大、更直接。見表3。

    3 粉土的狀態分類

    按孔隙比分類

    按濕度(含水量)分類

    孔隙比e

    密實度

    含水量w(%)

    濕度

    e<0.75

    密實

    w<20

    稍濕

    0.75e30.9

    中密

    20w330

    e>0.9

    稍密

    W>30

    很濕

    二.土的黏聚力與摩擦力

    根據摩爾-庫倫強度準則,土的抗剪強度通常表示為

    (3)                       (3)

    亦即土的抗剪強度可分為摩擦強度stanj和黏聚強度(力)c,一般認為,土的摩擦強度源于土骨架中顆粒間的由于法向壓力而產生的摩擦力;將總抗剪強度扣除了摩擦強度圖片未命名,剩下的就是所謂的黏聚強度,這似乎是顯而易見,很容易區分的。但如果認真分析土的抗剪強度的機理,事情就不那么簡單了。作為一種散體材料,似乎土的摩擦更能反映土的力學性質的本質。

    土的真正的黏聚力是在直剪試驗中正應力sn等于0,或者三軸試驗中的圍壓s3等于0時,土所具有的抗剪強度。如上文上述,這種試驗難以實現,另外由于強度非線性、粗顆粒的咬合、破碎等原因,認為內摩擦角j為常數,則會從強度包線與豎坐標軸的截距得到不甚真實的黏聚力。

    有人簡單地認為。所謂黏性土就是有黏聚力的土,無黏性土就是黏聚力為零的土。如上所述,這并不是其區分的準則。在土力學中,正常固結黏土的有效應力強度包線過原點,即黏聚力c=0,但在一定圍壓下固結,具有一定密度的黏土肯定具有黏聚力,它源于顆粒間接觸點的化合價鍵。在圖2中,上圖為固結(側限壓縮)試驗的ps-e曲線,下圖為壓力對應的直剪試驗的強度包線。在圖片未命名時,正常固結黏土的前期固結應力為零(如黃河泥沙在河口剛剛沉積),呈泥漿狀態,顆粒沒有形成骨架,全部抗剪強度為零,黏聚力也就為零;當固結應力分別為圖片未命名時,對應的孔隙比e1、e2e3,表明土顆粒間逐漸靠近,顆粒間接觸點產生化合價鍵,對應的黏聚力分別為ce1、ce2ce3。但這部分黏聚力圖片未命名是固結應力的函數而被宏觀上歸入摩擦強度部分中。

    圖2 正常固結黏土的強度包線

    2 正常固結黏土的強度包線

    這種情況下的強度包線不能真實地反映土的強度機理,使我們無法用試驗的黏聚力定義黏性土,而用Ip>10就更能反映黏性土中黏性的實質。

    在上述所列的土的各項黏聚力中,可以發現它們都是源于顆粒群、顆粒、分子、離子與原子鍵各種層次的相互作用。由此而產生的黏聚力多來源于顆粒中粒子間各種內部吸引,例如庫倫靜電吸力、范德華力、基質吸力等,而表觀的黏聚力則是由于這些吸力而產生的粒間的壓力而形成的摩擦力(見圖3、圖4)。

    在圖3中的非飽和土中,兩個顆粒間由粒間毛細水的毛細張力將二者拉在一起,在兩個顆粒間產生壓力,這個壓力產生的摩擦力,在宏觀上的抗剪強度表現為黏聚力。同樣,在圖4中黏土顆粒帶有不均勻分布的正負電荷,顆粒的角-面接觸或公用陽離子都會由靜電引力將黏土顆粒拉在一起,顆粒間的壓力產生的摩擦力表觀上為土的黏聚力。有人認為這種黏聚力主要來源于所謂的“內部壓力(intrinsic pressure)”。這種內部壓力產生的黏聚抗剪強度本質上還是摩擦強度。

    圖片未命名

    3 基質吸力                        4 靜電引力

    在擁擠的人群中,大人手拉著孩子可以經受很大的由人群涌動產生的拉力與剪力,而不致使孩子失散,似乎是大人與孩子之間存在著黏聚力??墒沁M一步觀察分析就可以發現,其實是大人的手緊握孩子的手,緊握的壓力產生了較大的摩擦力,這才是抗拉與抗剪強度的實質。

    測定土的強度的室內試驗有直剪試驗和三軸試驗,對于飽和土根據排水條件可以有固結排水CD(慢剪)、固結不排水CU(固結快剪)和不固結不排水UU(快剪)三種類型的試驗。對于某原狀的飽和黏土試樣的三種試驗結果見圖5.

    圖5 三種不同排水條件的三種試驗強度包線

    5 三種不同排水條件的三種試驗強度包線

    可見不同的排水條件試驗得到的強度包線的黏聚力是不同的,其實CU UU試驗中較大的黏聚力是由試驗中的超靜孔壓力引起的,使一部分摩擦強度表現為黏聚力。

    從此可見直接用有無黏聚力,及黏聚力的大小來定義與區分黏性土與無黏性土是行不通得的。宏觀上抗剪強度中的黏聚強度與摩擦強度在其機理上是相當復雜的,往往不能再于本質上反映土的強度機理。因而前面所說的:黏性土是塑性指數大于10 的細粒土;無黏性土是“顆粒間不具有黏聚力,在抗剪強度中黏聚力可以忽略的粗粒土”,是更合理與實用的。

    三.無黏性土的土坡穩定分析

    在“注冊巖土工程師執業資格考試”的考題中,對于細粒土、粗粒土和黏性土、無黏性土的概念常常有不準確的地方,下面以 2020下午知識題57題為例說明之。

    例題1  2020下午知識題57

    關于土坡穩定性及其驗算,下列說法哪些是正確的?

    (A) 一般黏性土土坡的失穩滑移,破壞滑移面必有一定深度

    (B) 無黏性土坡的穩定驗算也常采用條分法

    (C) 黏性土坡高度小于一定值時,坡面可以是豎直的

    (D) 含水但非飽和砂土也可有一定的無支撐自立高度

    答案  ACD

    評析

    由于ACD已經為正確的選項,只有委屈B擔任錯誤的選項了。無黏性土是在抗剪強度中黏聚力可以忽略的粗粒土,而在本科《土力學》教學中,常常講砂土的滑動面是直線(平面)的,安全系數的公式為:

    (4)                         4

    圖5 無黏性土的土坡穩定

    5 無黏性土的土坡穩定

    在《土力學》教材中,對于純凈砂土講授的滑動都是平面的滑動,因為本科《土力學 》實際上是重塑土力學,還沒有涉及到非飽和、結構性、強度的非線性等知識。在實際工程中情況是很復雜的,對于無黏性土坡常常采用圓弧條分法是確實存在的,不應誤解誤導。

    ①無黏性土的強度非線性

      大粒徑的碎石、塊石料在高圍壓下由于顆粒的破碎,內摩擦角會顯著減小,

    可表示為 圖片未命名,其中Dj可超過10°,因而高堆石壩的最危險滑動面都延深到深層,采用圓弧滑動面的條分法進行抗滑穩定分析。在高堆石壩的穩定分析中,都是采用了圓弧條分法。

    不同

    ② 高堆石壩穩定分析考慮浸潤線

    在高堆石壩的上下游壩坡進行運行期的穩定分析時,要結合的壩身不同的浸潤線進行。如圖6所示。在圖6(a)中,由于蓄水在壩高1/3左右,浸潤線以下的壩料采用浮重度,而這部分土體是抗滑力矩大于滑動力矩,此時在上游坡,圓弧滑動面是壩體最危險的滑動面;圖6(b)是溝后水庫堆石壩由于防滲結構破壞時,下游浸潤線位置極高,分析結果表明,由于巨大的滲透力,滑動面2對應的安全系數為0.919,滑動面3 的滑動穩定安全系數為0.817??梢娺@種有純凈的無黏性土卵、礫石壩,其最小安全系數的滑動面是深入壩身的圓弧滑動面。

    圖6 堆石壩上下游壩坡的穩定分析

    (a)                                   (b)

    6 堆石壩上下游壩坡的穩定分析

    ③ 分區填筑的堆石壩

    7為溝后水庫大壩的分區土。

    圖7 溝后水庫堆石壩的分區圖

    7 溝后水庫堆石壩的分區圖

    在高土石壩設計中,盡量將滲透系數小的土石料布置在上游或者中間,而把顆粒粗、透水性好的土石料布置在下游,以降低壩身的浸潤線,減少滲漏量,加大壩坡的安全系數。

    7表示的是個溝后水庫堆石壩的壩身分區。其中1區為特殊區,砂礫石墊層料,最大粒徑20mm;2區為墊層區,砂礫石墊層料,最大粒徑100mm;區為過渡區料,采用號料場砂礫石,最大粒徑為400mm;區為壩中心部位填料,新選料場亂漂石料,最大粒徑600mm;區為壩下游部位填料,為隧洞爆破開挖石渣料,最大粒徑800mm。

    可見壩料全是純凈的礫、卵、漂。堆石等無黏性土,但粒徑、顆粒形狀、滲透系數、強度指標不同,下游的壩料最粗、內摩擦角最高,因而危險的滑動面是深入壩身內部的圓弧滑動面。

    除了高土石壩,一般深厚的無黏性土坡用圓弧法分析穩定也確實是“常采用條分法”的。比如在《建筑邊坡工程技術規范》5.2.3中講到:計算土質邊坡、極軟巖、破碎或極破碎巖質邊坡的穩定性時,可采用圓弧滑動面。這里的土質邊坡就包括黏性土坡,也包括無黏性土坡,破碎的巖質邊坡也是多無黏性的。在《碾壓土石壩設計規范》DL/T5395-2007中,10.3.10對于均質壩、厚心墻壩、或厚斜墻壩,可采用計及條塊間力的簡化畢肖甫法。這里的均質壩就包括面板堆石壩。因而選項(B) “無黏性土坡的穩定驗算也常采用條分法”是很正常的,也是必要的。

    像這樣的考題,即使在本科土力學考試中,我也要力求避免,以免給學生造成終身的誤導。而作為“注冊巖土工程師考試”的考生,都具有一定的工程實踐經驗,“命題專家”更應知識面寬一些,犯這種低級的錯誤是很令人遺憾的。值得注意的是,在這些考題中有一部分是根據直接土力學教材命題的,例如十字板剪切試驗測得的不排水強度cu等于無側限抗壓強度qu1/2;土的壓縮模量Es大于土的變形模量E0等。這些題目在大學本科的土力學期末考試中出現并不奇怪,但在“注冊巖土工程師”考試中出現就令人費解了。因為在任何工程地質勘察報告中,很難找到這樣的結果。無側限抗壓強度試驗是使用現場取得之土樣的室內試驗,十字板試驗是原位測試,cu=qu/2,除非是有意為之;負責一般都達不到;壓縮模量Es測定使用環刀取樣的室內試驗,而變形模量E0常常是用原位載荷試験的p-s曲線推算得到,反而E0>Es是很常見的。


    四.結論


    4.1 根據不同土的特性,不同土的定名、按性質與按狀態的分類應以其最能反映其機理和決定其物理力學性質的指標;

    4.2 土抗剪強度中的表觀的黏聚力往往不是其真實的“黏聚”的表現,所以黏性土與無黏性土不能只按其試驗的黏聚力大小與有無決定名;

    4.3 本科土力學講授了關于土的最基本的、簡單化的特性,所謂的土也基本是室內重塑的,通過室內試驗測定參數的常見土,本科教學不宜簡單化、絕對化,要留有余地,以便于學生以后在科研和工程中進一步認識土的這類和特性。

    4.4 在本科土力學教學中,努力結合實踐,結合實際,樹立對于土的多樣性、復雜性和多變性的認識。


    (0)
    (12)

    我有話說

    全部評論(8)

    • feiyu發表于 11月09日 15:03這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 學習一下
    點評:
    • 深藏功yu名發表于 10月14日 10:21這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • C不是粘聚力,fai不是摩擦角。
    點評:
    • chj3279發表于 10月09日 10:48這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 老師講的透徹
    點評:
    • 13369022460發表于 09月13日 10:44這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • “十字板剪切試驗測得的不排水強度cu等于無側限抗壓強度qu的1/2”這個點更是如此,這個是理論基礎(也應是在相同應力條件下的比較),有了這個基礎,實踐才能找到根,不然就出現了馬說河水淺,松鼠說河水深,到底該聽誰的尷尬。
    點評:
    • 13369022460發表于 09月13日 10:43這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 是人都不會出點錯,比如各類規范和數據中 把相對密度定義為Gs,而有的則定義為Dr,物理意義南轅北轍,有的則把Dr定義為相對密實度,一字只差,相差萬里。 再比如“土的壓縮模量Es大于土的變形模量E0”這是理論,是基礎。相比較因該是同等條件下進行比較(同等的原位或同等的試驗條件下),實際中出現了反常情況,只有熟悉了理論才能對室內試驗數據和原位數據有比較清醒的認識,不至于出現非黑即白的情況。
    點評:
    • 544120215發表于 08月29日 11:12這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 比較明白!
    點評:
    • cy3143發表于 06月21日 15:29陳振全
    • 還是大師講的透徹!
    點評:
    • qyxmcad發表于 06月21日 13:52生命不息,奮斗不止!
    • 要真正“樹立對于土的多樣性、復雜性和多變性的認識?!眱H靠土力學是做不到的,必須立足于地質學,結合土力學的一些正確觀點,否則巖土工程是沒有出路的。
    點評:

    李廣信

    李廣信+加關注被關注:4055訪問量:809663
    教授
    TA的評論分類經驗心得(47)行業觀察(0)熱點解讀(9)巖土雜談(10)
    TA發表的最新評論
    細粒土、粗粒土與黏性土、無黏性土(二)
    細粒土、粗粒土與黏性土、無黏性土的定義及它們之間的關系與區別是應清晰確定
    閱讀(3610)2022-06-20
    粗粒土、細粒土與黏性土、無黏性土(一)
    在近年來我國的注冊巖土工程師考試的考題中,常常出現關于粗粒土、細粒土與黏
    閱讀(3850)2022-06-06
    對2018年下午知識題54的更正
    在《考題十講》一書和在視頻講解時,對于2018年下午知識題54的評析有一
    閱讀(6502)2021-09-28
    最新關注TA的人4055人關注
    429445549429445549xiaoi_0513xiaoi_051311150826551115082655q309892155q309892155昕昕昕昕財智雙贏007財智雙贏007adminQQadminQQleterlisleterlislixikemusiclixikemusicqwes188qwes188sdgyjsjtsdgyjsjtzhao5192012zhao5192012多來幾口兔兔多來幾口兔兔chj3279chj3279山口會之山口會之vcdarenvcdarendqt1111dqt1111161760669116176066911838606668218386066682江水之湄江水之湄1521727663515217276635設計部設計部RedvactorRedvactor1390582701913905827019
    掃一掃,關注微信
    日日摸夜夜添夜夜添视频
    <progress id="s1cjy"></progress>
    <optgroup id="s1cjy"></optgroup>

    <progress id="s1cjy"></progress>
    <var id="s1cjy"><b id="s1cjy"><sub id="s1cjy"></sub></b></var>
  • <strong id="s1cjy"><tbody id="s1cjy"></tbody></strong>
  • <menu id="s1cjy"><div id="s1cjy"><ruby id="s1cjy"></ruby></div></menu>