高等土力学结课关于粉土

摘要:粉土是一种具有特殊工程性质的土，一般把粒度大于0.075mm粒质量小于等于总质量的50%，且塑性指数不大于10的土应定名为粉土。对粉土的物理、力学等性能研究在岩土工程和土木施工中具有重大的研究意义。本文就粉土在不同的状态下的特性就现有的研究做了一个归纳。1前言在建筑施工中和岩土工程中，经常会遇见一种塑性较低的土层，其性质与粉砂相近，但同时又兼有粘性土的性质，虽然具有一定的可塑性但同时韧性又很低，强度也很低，相关工作者一般视其为过渡性土来研究。以上便是粉土最基本的一些特征。对粉土研究在很长一段时间里并不受重视，而其大规模的研究分析是从人类遭遇几次岩土、地质、土建等灾难过后开始的。2粉土的一般特性2.1粉土的定义单独对粉土的性质研究起步还是较晚的。目前，国际上对粉土的定义还没有完全统一的一个标准，目前我国对粉土的定义为，一般把粒度大于0.075mm（200目），粒质量小于等于总质量的50%，且塑性指数不大于10的土应定名为粉土。同时，部分单位还将粘粒含量小于0.05mm作为粉土划分的一个指标。从土的划分上来分析，粉土仍属于细粒土。从土的土粒粒组的划分规律来看，土的粒度越细小，与水的作用就越强，因此细粒土的分类指标便可以依据界限含水量。粉土与砂土的区分主要是以粉砂粒组含量下限作为区分，而粉土与粘性土的区分主要是依据塑性指数。目前无论是粉土与砂土之间，还是粉土与粘性土之间在粒度和塑性指标上现在都已制定了明确的判定依据，为粉土的工程特性研究提供了必要的参考。2.2粉土的成分组成粉土归根到底是为土的一种，土的物质成分主要包括作为土骨架的固体矿物颗粒、空隙中的水分以及其溶解物质及气体，是由固体颗粒、水溶液和气体三相所组成。而粉土是介于黏性土与粗粒土之间的一种特殊土，是由粉粒和一小部分粘粒共同构成。在粉土中，粉粒一般是岩石碎屑，如方解石、石英石、长石、云母等矿物的岩石碎屑组成，塑性和粘性较低，或者根本就不具有塑性和粘性。另一方面，粘粒具有一定的塑性和粘性，在粉土中其塑性和粘性的强弱也主要取决于其中粘粒的含量多少。粉土的物理和化学性质也主要是两者共同作用的结果。同时，由于粉土是介于砂土与粘性土的中间带，因此粉土往往表现出砂土和粘性土的双重性。2.3粉土的塑性粉土的塑性主要由其中的粘性土的可塑性来决定，当粉土中的粉粒较多的被粘粒充填时，粘土表面的弱结合水会引起一定的塑性，这时的粉土颗粒表面与水相互接触并产生作用，使粉土具有一定的塑性和粘滞性，这时粉土的塑性指数可近似接近于１０。同时，我们也要注意到，根据已有的研究成果和工程试验研究，粉土的塑性与粘性土的塑性是有明显差别的。3粉土的动力特性研究3.1粉土的液化特性由于粉土是有粉粒和粘粒共同组成，所以在通常时候粉土和砂粒的动力特性和液化机理比较相似，但同时由于粉土的组成成分、空隙中水的性质等原因，粉土的动力特性和液化特性又有自己的特点。根据目前已有的相关研究资料能得出粉土的动力特性还是比较系统的。有研究表明，当粉土中砂粒较多时较容易液化，少部分粘粒对粉土液化起阻碍作用，然而当粉土中的粘粒达到一定值以后，粘粒含量增加反而会增强粉土的变形，也就是说，当粉土中的粘粒含量达到一定值之后粉土会随着粘粒的增多而容易被液化。同时，粉土的液化特性还与密度有关，密度较小的粉土更容易被液化。3.2粉土的动强度特性根据已有的研究成果分析得出，粉土的动力特性主要取决于粉土中粘粒含量的多少。粉土颗粒中，既有砂粒与粘粒间的相互接触又有粒间结合水膜接触，当粉土中的粘粒含量增加时会促进这几种接触，粘粒实际上起到了润滑剂的作用，增加了粒间的相互接触，也减少了粒间的相互移动时产生的摩擦力，也就导致了粉土强度的降低。另一方面，由于砂粒自身的强度较高，当有少量粘粒存在时，粘粒能充实在砂粒之间的空隙中，对整个粉土的骨架起到了加固作用。所以粉粒较多且有少量粘粒的粉土强度较高。4粉土的鉴定分析研究4.1粉土的鉴定分析粉土作为土的一种，是介于砂土与粘性土的中间带，是一种过渡性质的土。如何对他进行鉴定分析在岩土工程中和土木施工中有着重要的意义。在关于粉土的鉴定上，一般是不能通过简单的肉眼分辨出来的，在目前的《岩土工程勘察规范》和其他相关应用材料上也没有对粉土的鉴定方法提出明确、统一的指示。目前在实验室内比较可行的是布置筛分试验和塑限试验。在野外作业时，工作者一般可以依据以下来判别粉土：1粉土在较干燥的时候粘结力较弱，容易破碎，经过简单的揉搓就能成为粉末形式。2粉土的液限和饱和含水量都比较低。3粉土具有内摩擦角小、强度较低、毛细水上升高度大等物理、力学性质。4粉土表面比较粗糙，用手触摸粉土颗粒时便会感觉粗糙。4.2粉土评价中现存的问题由于粉土是一种较为特殊的土，是介于砂土与粘性土的中间带一种过渡性质的土，因此粉土在实际岩土工程和实验上仍存在一些问题。1粉土的塑性具有不确定性，具有液塑性和假塑性，因此若以塑性指标作为粉土的评价标准，有时显得很不准确。2由于粉土的特性，特别是当粉土中粉砂含量较多时，容易受到外界因素的干扰，给取样带来困难。如，使孔隙比率降低，导致分析出的粉土承载力较高等不良后果。5现有研究中一些关于粉土特性的一些研究成果5.1细粒含量的粉土液化特性1)根据动三轴试验结果，试验粉土抗液化强度并不单纯的随着细粒含量的降低而降低，而是在45％一55％的细粒含量之间存在一个抗液化强度的最低点。2)细粒含量不同将导致孔压增长的差异，采用“Seed”模型分析了均等固结条件下粉土孔隙水压力的增长规律，并确定出4组不同细粒含量土样的模型系数a的平均取值分别为1．649，1．188，1．183，1．153，随着土中细粒含量的降低，系数口呈下降趋势。3)虽然Seed孔压模型基于饱和砂土液化的试验结果建立，但本次试验的粉土土样液化的孔压发展基本符合Seed孔压模型，且只需确定一个模型参数，在数值分析上相对简单，具有较强的实用性。5.2循环荷载下粉土的变形性状1)循环荷载下粉土的累积塑性变形与动应力、压实系数、含水率中任一变量的变化规律都受其他2个变量的影响；累积塑性变形随动应力的增大而增大，随含水率的降低而降低，塑性应变试验值随粉土循环塑性应变的预测值与试验值的比较随压实系数的增大而减小，且动应力水平越高、含水率越大、压实系数越小，变化趋势越明显。2)以Monismith指数模型为基础，并引入应力比口变量，建立了只包含材料常数项的粉土循环累积塑性应变预测模型，通过动应力和静强度2个指标，即可对列车循环荷载下粉土的塑性变形进行预测。3)循环荷载下粉土的临界动应力约为静强度的50％。5.3高含盐粉土的力学特性1)黄河三角洲粉土是～种较为特殊的土，不仅可溶性盐含量高达2．9％，而且其黏粒含量极低，粉粒含量高，级配差，在工程中难以压实，且强度很低。2)高含盐粉土的特点是高硅、铝，主要的盐分是CI一、S042一、K++Na+和C032-，水溶盐以Cl-和Na+为主，属氯盐碱性土。3)原位旁压试验表明，临塑压力只和极限压力异变化不是很大，在10m以下，其压力值均有较明显的提高。临塑压力可取350kPa，极限压力可取500kPa作为该地层的参考值。该地区的旁压模量可取1750kPa、剪切模量G可以700kPa作为参考值。4)室内力学试验表明，该地区粉土开始压密，而后试样出现剪胀，孔隙水压力迅速减小，随着轴向应变达到12％左右，试样达到稳态状态。对比原位旁压试验和原状土样的三轴试验，得到了不同土层的静止土压力系数。5.4不同强度粉土液化的特性1)真空压缩系统制备土样过程中，土体超孔压在24h内基本消散完毕，28d内强度增长较快，28d后增长趋缓，28d贯入阻力达300--一400N，不排水抗剪强度达8kPa。2)土的强度与动剪应力比基本呈线性关系。3)土的强度越高，孔压增长曲线越呈现上凸趋势，破坏时的孔压比也最大；动应力越大，破坏时的孔压比也越小，孔压比曲线越接近直线。4)指数模型能够较好地模拟黄河口粉土孔压增长情况，其中参数a位于0．77—5．63之间，参数b位于0．17—4．65之间；孔压比上限，参数a、b分别为0．92和4．65：孔压比下限，参数a、b分别为1．25和0．89。总之，粉土的评价应该是综合运用多种方法，尽可能的得到科学合理的数据。结语粉土是介于砂土与粘性土中一种过渡性质的特殊土，对于粉土中各成分的含量不同，其塑性、强度等性质也不同，动力特性也会有相应的差异。因为粉土具有一些列特殊的工程特性，在未来的工程和试验研究中要综合运用多种方法和手段，尽可能的科学、客观分析出粉土的各项物理性能指标，能够在岩土工程和土木施工过程中趋利避害，得出科学合理的数据结果。参考文献.[1]刘雪珠;陈国兴粘粒含量对南京粉细砂液化影响的试验研究[期刊论文]-地震工程与工程振动2003(03)[2]衡朝阳;何满潮;裘以惠含粘粒砂土抗液化性能的试验研究[期刊论文]-工程地质学报2001(04)[3]白冰;周健利用粉煤灰作为排水垫层筑坝的动力试验研究2001(01)[4]张克绪;谢君斐土动力学1989.5.SL237-1999,土工试验规程[5]谢勇谋;谭光杰利用人工神经网络由静力触探推算液化指数[期刊论文]-四川建筑科学研究2004(02)[6]曹宇春;王天龙上海粉土液化特性及孔压模型的试验研究1998(03)[7]曾长女细粒含量对粉土液化特性影响的试验研究[期刊论文]-防灾减灾工程学报2007(04)[8]张家明.刘文连.徐则民.李乾坤.ZHANGJiaming.LIUWenlian.XUZemin.LIQiankun西昌昔格达组黏土岩动力特性试验研究[期刊论文]-地震工程与工程振动2012,32(1)[9]曾长女.刘汉龙.陈育民细粒含量对粉土动孔压发展模式影响的试验研究[期刊论文]-岩土力学2008,29(8)[10]曾长女.ZENGChang-nü细粒含量对粉土液化特性影响的试验研究[期刊论文]-防灾减灾工程学报2007,27(4)[11]岩土工程勘察规范〔S〕.(GBS(X)21一94).[12]曹宇春,周键,黄锚松,等.粉土层液化可能性判断的地震反应分析法[J].水利学报,2003,(3):69-73[13]申爱琴,郑南翔,苏毅,等.含砂低液限粉土填筑路基压实机理及施工技术研究[J].中国公路学报,2000,13(4):12-15.[14]曾长女,刘汉龙,周云东.粉土动力特性研究综述[J]防灾减灾工程学报,2005,(3):101-105[15]刘艳华.粉土的物理性质试验研究[J],水运工程2009,（12）:68-72[16]PrestiDL.,La,iC.,Fot,iS..Geologicalandgeotechnicalin-vestigationsforgroundresponseanalyses[J].In:Geotechnicalearthquakeengineeringandmicrozonationseminar,Istanbu,lTur-key,August,2001,25~26.[17]Zhang,L.Y.Assessmentofliquefactionpotentialusingoptimumseekingmethod[J].GeotechnicalAndGeoen-vironmentalEngineering,1998,124(8):739-748[18]徐斌饱和砂砾料液化及液化后变形与强度特性试验研究[学位论文]2007[18]周云东.巢捷.杨光.胡鹏浦东新区海塘监控技术[会议论文]-[19]鲁晓兵饱和砂土液化引起的变形研究[会议论文]-2002[20]景立平.罗强.崔杰.JingLiping.LuoQiang.CuiJie饱和粉土液化和应变特性试验研究[期刊论文]-地震工程与工程振动2006,26(5)[21]贾永刚.王俊超.许国辉.单红仙.付元宾水动力对黄河口潮坪粒度组成改造实例[会议论文]-2005[22孙锐.袁晓铭.李雨润.曹振中.陈龙伟.SUNRui.YUANXiao-ming.LIYu-run.CAOZhen-zhon