土工试验中II 、C、ES三项指标的相关性研究

邹　琦, 付俊波

(湖北省鄂东北地质大队,湖北 孝感　432100)

1　II、C、ES三项指标及检测方法

液性指数(Il)是土的塑性指标,用来判断土的天然稠度状态。液性指数大小由土壤的天然含水率(W)和土壤的液限(WL)、塑限(WP)共同决定。在土工实验中,通过测出土的含水率和液、塑限后计算出液性指数,计算公式为:Il=(W-WP)/(WL-WP)。

粘聚力(C)是土的抗剪强度指标,物理意义为土粒间连结力大小。粘聚力来源于土粒间的胶结连结和毛细水连结力。在土工实验中,通过直剪试验或三轴剪切试验测出不同应力条件下的抗剪强度,然后推算出外部应力为零时的抗剪强度值,这个值就是粘聚力的大小。

压缩模量(ES)是土的压缩性指标[1],为土在侧限条件下受压时,某压力段应力增量与压应变增量之比,其物理意义可用如下公式表示:ES=Δσ/Δε,通过固结试验检测。

2　三项指标之间的联系

液性指数、粘聚力和压缩模量之间存在一定相关性,因为三个指标都与含水率有关:一方面同一类土的含水率越高,则液性指数越大。含水率也直接影响土的粘聚力和压缩模量。因为土壤中水的多少直接影响到土粒间的连结力,也就是直接影响到粘聚力。另一方面土的含水率越高则土越软,越容易被压缩,直接影响压缩模量的大小。正是土的含水率决定了三个指标数量上的一致性。

在土工实验过程中,三项指标的测试是各自独立进行的,一方面各种仪器自身存在误差;另一方面同一个样所使用的测试样品取自土样的不同部分,加之土样时常还有部分扰动,使土的一致性难以保证。正是由于实验环节中种种因素往往导致实验数据之间出现与指标一致性相互矛盾的情况。

如果从一种实验中就能得到我们所需要的数据,比如:如果测出了液性指数,就能确定粘聚力和压缩模量,显然可以减少实验误差,基于这样的考虑,为了找出液性指数与粘聚力以及压缩模量的量化关系,笔者从多年所做的土工实验报告中随机选取若干批次实验报告,从中随机抽出99个样的测试数据进行了图表化分析,抽象出了液性指数与粘聚力及压缩模量的近似量化关系式。

3　土样实验数据表

99个土样的实验数据见表1。

4　三项指标关系图及关系式

用EXCEL软件对表中数据进行图表化处理,从所作出的关系图中可以看出液性指数与另外二个指数之间比较明显负相关性的规律。通过关系图进一步分别归纳出液性指数、粘聚力与压缩模量之间的近似量化关系式。

4.1　压缩模量与液性指数近似关系式

ES=13-10IL

式中:ES为100～200 kPa压缩模量(MPa)；IL为液性指数。

4.2　粘聚力与液性指数近似关系式

C=30-20.8IL

式中：C为粘聚力(kPa)；IL为液性指数。

表1　99个土样的实验数据表

图1　液性指数与压缩模量关系图

在土工试验中用上述公式对所做实验数据进行校核,有比较好的参照价值,可供同行参考(表1)。需要说明的是:此成果只是从有限的实验数据中简单归纳得出,结论粗略,相信它未必能反映各指标之间真正精确的内在关系。本文所用数据取自孝感地区土样常规分析,在数量、种类、地域范围等方面都有局限性,仅供参考。

图2　液性指数与粘聚力关系图

参考文献：

[1]唐大雄，等.工程岩土学[M].第二版.北京：地质出版社,1999.