渤海渤中区块土粒比重与液限的关系

贾巍

(中海油服物探事业部工程勘察中心,天津 300451)

渤海渤中区块土粒比重与液限的关系

贾巍

(中海油服物探事业部工程勘察中心,天津 300451)

土粒比重为重要的物性指标,本文用大量的海洋浅层土质的土粒比重数据,通过线性回归分析土粒比重与液限的关系,给出了渤中区块土粒比重与液限的拟合最佳统计公式。并与美国南部墨西哥湾的经验公式在某一海域工程场地的测试结果进行对比分析,结果表明：本文所建立的统计公式对渤海地区的土粒比重计算准确性明显好于墨西哥湾的经验公式。所推荐的渤中区块的统计公式,可供以后的海洋工程所使用。

渤海 浅层土 土粒比重 液限 关系分析

土是由固体颗粒、水和气体三部分所组成的三相体系。固体部分，一般由矿物质所组成，有时含有有机质(半腐烂和全腐烂的植物质和动物残骸等)。这一部分，构成了土的骨架，成为土骨架。土骨架间布满相互贯通的孔隙。这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和土;有时一部分被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土;有时也可能完全充满气体，就称为干土[1]。水和溶解于水的物质构成土的液体部分。空气及其他一些气体构成土的气体部分。这三种组成部分本身的性质以及他们之间的比例关系和相互作用决定土的物理力学性质。

图1 土粒比重与液限的关系

表1 渤中区块表层土物理力学性指标

表2 墨西哥湾经验公式与推测公式预测比重的对比分析

有关研究[2]表明比重(GS)、液限(WL)两个指标均和土的矿物成分有关，而矿物成分与土层的沉积环境和沉积方式有关。渤中区块的正常浅海沉积区以陆相(下层)和海相(上层)的双层沉积相结构为特征：其上层为全新世以来的浅海相沉积，以软的粉质粘土呈席状覆盖于末次冰期陆相沉积之上，本层的厚度比较稳定，变化于4.4～6.6m之间一般厚度为5.5m左右，同下层为不整合面接触;下层为晚更新时末期河流相沉积，沉积物以砂性土为主，其中夹有薄层粘土，故其矿物成分有一定的一致性，因此利用土的液限推求土粒比重具有可行性[3]。

1 土粒比重值的定义及应用

1.1 土粒比重的定义

土粒比重是指土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比，即

式中，ms——固体颗粒质量;

Vs——固体颗粒体积;

ρs——土粒的密度，即单位体积土粒的比重;

ρw4℃——4℃时纯蒸馏水的密度;

Gs——土粒比重。

天然土颗粒是由不同的矿物所组成，这些矿物的比重各不相同。实验测定的是土粒的平均比重。

1.2 土粒比重的应用

土粒比重用于土的物理性质间接指标的计算，土的孔隙比e，孔隙率n，干密度ρd，饱和密度ρsat，浮密度ρ＇ 和饱和度Sr无法由实验直接测定，一般通过式(2)～(7)计算得到，他们称为土的物理性质的六大间接指标。三大直接指标和六大间接指标，不仅可以描述土的物理性质和它所处的状态，还在一定程度上反映了土的力学性质。

就目前而言，工程界普遍认为土粒的比重值变化不大，一般粘性土为2.70～2.75，砂性土为2.65左右。

1.3 渤中区块表层土质特性

渤中区块的表层土为全新世沉积的粘性土，土层厚度分布较均匀。表1列出本区的分布特征及物理力学指标。

2 土粒比重与液限的关系统计与分析

2.1 实验数据研究

现有的研究资料表明，土粒比重与土的液限的关系可以用线性函数关系表示。美国南部墨西哥湾的统计公式如下：

对于粘性土，Gs可由下面的公式计算出：

式中：LL=液限，%

本文通过19个钻孔52组数据进行分析，分析的相对关系见图1。

利用Excel软件，将渤中区块表层土的比重和液限的关系绘制成散点图，通过添加趋势线拟合出回归曲线为：

2.2 工程检验

因某一项目离渤中区块较近，同属于全新世浅海相沉积，故本文选取这个项目的钻孔，采用美国南部墨西哥湾的经验公式以及本文给出的土粒比重统计公式进行土粒比重预测，并计算了相对误差，以此来验证本文所给出的比重统计公式的预测精度，具体结果如表2所示。

由表2可知：本文所推荐的统计公式计算的土粒比重相对误差小于0.7%，最小误差为0.1%，而美国南部墨西哥湾的经验公式所计算的比重大部分数据误差超过0.8%，其中最大为1.4%。分析表明，本文所提出的统计公式在预测渤海渤中区块的浅层土土粒比重较好，计算结果相对可靠，可应用于实际工程。

海洋工程地质研究主要为平台打桩、钻井船插桩及管道铺设服务，其中土粒比重主要用于计算孔隙比(e)，进而计算压缩系数(a)等

其他压缩性指标。现分析Gs的误差带来的影响[4]：

式中，w——含水率;ρ——土粒的密度;

ρd——土粒的干密度;

e——土粒的孔隙比。

而因孔隙比与比重呈线性关系，故孔隙比的误差范围为0.1%～0.7%。渤中区块浅层土的孔隙比大约为1.01～1.18。

3 结语

海洋工程地质土中试验中，表层土比重实验主要应用于管道铺设工程，粘性土如果粒状土含量较少的话一般只做液塑限实验，而工程项目要求的比重数据是单独做的，由于土粒比重实验在土的物性指标试验中较为繁琐，本文用工程中常用的统计方法，得到了渤中区块表层粘性土的土粒比重与液限的关系，给出了经验公式，经过某一项目的实际对比，满足了工程设计的要求。

[1]陈仲颐,周景星,王洪瑾等.土力学[M].北京：清华大学出版社,1992：16-18.

[2]赵乃茹.邯郸市区地基土的液限与土粒比重关系的研究[J].邯郸：河北建筑科技学院学报,1998：58-61.

[3]李玉瑛,毛凤军等.渤海南部油气开发区浅层工程地质特性及其与沉积相的关系[J].青岛：海洋科学,1998：23-37.

[4]彭玉林,龚爱民,张慧颖,等.土粒比重值的影响因素分析[J].云南：云南农业大学学报,2006：42-46.

The specific gravity is an important index of soil. Based on the tested data of specific gravity of shallow soils from lots of offshore boreholes,the regression equations of specific gravity and liquid limit are established. The specific gravity with recommended equations are compared with experiential equations of Gulf of Mexico in a certain borehole. It is indicated that the fitting accuracy of recommended equations is better than that of formula in design code.Therefore, the recommended regression equations of specific gravity and liquid limit can be used for offshore sites investigation, whose specific gravity were not tested.

Bohai gulf Shallow soils Specific gravity Liquid limit Relationship

贾巍(1987—),男,湖北荆州人,本科,助理工程师,主要从事对于海底土层工程的地质性质调查和研究工作。