粘粒含量对土的物理性质的影响研究

粘粒的含量对土的物理性质的影响小组成员：龙刚（组长）方维苏龙郭闽杰

在岩土工程勘察中,粘粒含量测定的准确与否对土的工程地质性质的影响是非常显著的。随着粘粒含量的改变,岩土的物理力学性质也会随着改变。因此在工程勘察中,常需进行地基土液化判别和液化指数计算,而在进行液化判别时,常用到粘粒含量这一重要指标,其准确与否直接影响到判别结果的真实性和客观性。另外,在进行地基承载力特征值计算时,需依据粉土不同的粘粒含量采取不同的修正系数。可见,粘粒含量的准确测定在工程实践中具有重要的意义。粘粒含量的测定一般采用的是传统的密度计法，其试验结果的计算和绘制曲线是比较繁琐的，不仅花费了大量的人力和时间，而且在查表和凭经验绘制曲线的过程中还会产生认为的误差。而且，粘粒其矿物成分是影响土体性质的最主要因素。取某种细粒土样品进行的试验（该样品在塑性图上的分布如右图所示）粘粒含量与土的初始剪切力的曲线如图所示初始剪切力1、随着软土中粘粒含量的增加，土的初始剪切力总体趋势升高，但幅度不大；这是因为粘粒含量增高增大了软土的塑性粘度，降低了流动性，次要影响使得土的初始剪切力增大。2、粘粒含量为25%时，初始剪切力稍有降低，但在30%时又开始增大；表明粘粒含量超过一定限度时，粘粒表面的物理化学性质增强，絮凝明显，并开始影响软土的流变性质与流变参数。粘粒含量与软土的塑性粘度关系曲线如图1、塑性粘度随着粘粒含量呈现出先下降后升高的趋势。2、粘粒含量在15%时的塑性粘度比20%-30%的时候要高，这是因为在15%时候样品出现了离析，分层沉淀现象而导致塑性粘度增大的缘故，后三种情况由于料浆均质性，稳定性好，从而塑性粘度降低。3、粘粒含量超过25的时候由于絮凝作用明显，并开始影响软土的流变特性和流变参数，因此测试中的塑性粘度增加较快。由于粘粒置换了土体空隙中的水，虽然土体的塑性虽没有提高，但相同的液限或塑限状态的土粒集合体，其含水量因粘粒的增加而降低；当粘粒含量继续增加的时候，呈现出塑性指数明显提高。土粒之间的接触逐步由粉粒之间的接触过渡到粉粒-粘粒、粘粒－粘粒之间的接触，粘粒的矿物活性开始影响集合体的性质；随着粘粒在集合体中含量的增加，土粒之间的接触和摩擦主要发生在粘粒之间，土体的性质主要受你粘粒影响，粘粒的增加使塑性指数迅速增长。《粘粒的含量对土的物理性质的影响》粘粒含量与土的物理性质相关性分析及其力学指标——方维粘粒含量与土的基本物理力学指标之间相关关系的线性方程,并进行了回归分析,见表1两种方法的对比通过表2的分析,可以看出,利用回归方程估

算粘粒含量与常规密度计法测定所得结果差别甚

小,其最大相对误差为116%,平均相对误差为0196%,在允许误差范围内,符合试验要求。

用传统的密度计法测定粘粒含量操作往往很

繁琐,且容易出现制图和查图的双重误差。如果

用土的常规物理力学指标根据回归方程来估算粘

粒含量,可以取消查图表环节,简化了计算,提高

了工作效率,更适合于电算,其精度也满足要求。——苏龙《粘粒的含量对土的物理性质的影响》粘粒含量对土的流变性影响1、土的流变性物质在外力作用下的变形和流动性质，主要指加载过程中应力形变速率和粘度之间的联系。2、塑性粘度

是塑性流体的重要流变参数之一。反映层流时流体中凝胶结构破坏与恢复呈动态平衡的状态下,泥浆中固相间、固相与液相间、液相与液相间的内摩擦大小。概念解释4、絮凝状结构细粒土微观结构类型之一。主要以粘粒为主的絮凝体为结构的基本单元体，少量粗粒分布于其中，絮凝体集粒内粘土矿物多呈边—面、边—边和少量面—面的排列方式，孔隙连通性好，粘土矿物的定向性差，性质较均匀。3、絮凝作用如果两个土颗粒在运动过程中相互碰撞，他们就会吸引在一起，逐渐形成一个大的颗粒集合体，由于其重量大很快就沉于底部，这个过程称为絮凝作用。（1）粘粒对软土塑性粘度的影响可归结为对自由水的影响。粘粒在水化以后,结合水牢固地吸附在细颗粒的表面,失去了自由流动的能力,转化为固体的一部分,实际上增加了软土中固体的体积,减少了自由水体积。因此,由于粘粒的过量加入使得自由水减少,颗粒之间的润滑作用减弱,从而使浆体的粘度增大。

（2）粘粒对软土初始剪切力的影响可归结为对絮凝作用的影响。粘粒含量越多,固体组分的颗粒越密集，相互作用越强,同时絮凝作用明显,絮凝网状结构加强,并形成絮凝网状结构,增加了内聚力,可以抵抗一定大小的外力作用,使料浆变得更加浓稠胶粘,更难于流动。所以初始剪切力越大。

（3）粘粒含量过低,则测试过程中软土稳定性差,易发生离析、分层和沉淀现象,此时试样上部的粘度和初始剪切力较低,而下面沉淀部分的粘度和初始剪切力增大。

含水率相同粘粒含量不同的软土微观显微结构图的对比

粘粒含量对软土流变参数的影响可归结为对自由水和絮凝作用的影响。粘粒水化以后,实际上增加了淤泥质软土中固体的体积,减少了自由水体积,粘度增大,流变性变差。粘粒达到一定含量时,颗粒靠得越近,颗粒之间结合紧密,其相互作用的机会越多,增加摩擦力,絮凝作用加强,形成具有一定刚度的絮网结构,增大了初始剪切力。另外,粘粒增加到一定比例时,絮凝作用把一部分自由水包围在絮团中间变成封闭水,又减少了自由水体积。因此通过研究粘粒含量对软土流变参数的影响及其机理可以改善土的稳定性，提高淤泥质软土的承载力。提高工程的安全性。

粘粒含量对土抗液化性能的影响粘粒含量是影响砂土液化重要因素,为此进行了不同粘粒含量的土液化试验。按Kc=1,轴向动应变εd=5%的破坏震次时绘出关系曲线如图所示。从图中可以看出:在均压不同的固结压力下,试验点可以用一条曲线拟合,具有良好的归一性;——郭闽杰《粘粒的含量对土的物理性质的影响》在固结压力80kPa,200kPa,粘粒含量𝝆c=9%的液化强度曲线总位于𝝆

c=10%的液化强度曲线的上方;即在相同的破坏标准时,粘粒含量𝝆

c=9%土的抗液化强度比𝝆

c=10%的土抗液化强度稍高;当固结压力为140k𝝆a时,𝝆

c=9%,𝝆

c=10%两条曲线很接近,说明液化强度相当接近。由此不难看出粘粒含量对土的液化势影响很大。粘粒含量对液化孔压比的影响为了定量地了解粘粒含量对土液化的影响,做了15组不同粘粒含量下的室内动三轴试验成果。按动孔隙水压力最大时绘出的关系曲线如图所示。粘粒含量对土液化性能的影响,并不是随粘粒含量的增大,抗液化性能单调的增加的关系,而是在粘粒含量𝝆c=15%附近抗液化性能最低,粘粒含量的存在可使粗颗粒之间的相对稳定发生微妙的变化;粘粒含量小时,起润滑作用;粘粒含量稍多时,则起到稳定作用。试验成果表明,粗颗粒较大或粘粒含量较少的试样亦容易完全液化,从图可以看出,在𝝆

c=15%左右时,