颗粒分析在工程地质勘察中的应用

摘要：颗粒分析在工程地质勘察中有着不可替代的作用，它的作用体现在对整个工程的控制性作用上，它是最基本的物理量，對其深入研究可以得出很多用价值的地质信息，应加强和加深其在工程地质勘察中的地位和作用。

关键词： 颗粒分析、工程应用、试验方法 、标准

颗粒分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量占百分数的方法，确定颗粒组分，供土的分类及概略判定土的工程性质及选料之用，是地质勘察中的一项基础性的工作，工作程序相对简单，工作成果实用而有效，在工程实践中参与度很高，体现到工程中的方方面面，下面从十四个方面对其重要性进行阐述。

一）颗粒分析的试验方法

依据土体的颗粒组成不同，在颗粒分析中采用的方法不同，可分为：筛析法（>0.075mm的土）、密度计法（<0.075mm的土）、移液管法（小于0.075mm的土）、联合筛分法（筛析法+密度计法/移液管法）四种，对粗粒土可用筛析法、联合筛分法；对细粒土可用密度计法、移液管法。

二）土体岩性定名

依据土体的粒径组成，当粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50%的土，定名为碎石土；粒径大于2mm 的颗粒质量不超过总质量的50%，粒径大于0.075mm 的颗粒质量超过总质量50%的土，应定名为砂土；粒径大于0.075mm 的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数等于或小于10 的土，应定名为粉土；结合液塑限的成果可能定名粘性土：当塑性指数（Ip）介于10（不含）～17（含）的土定名为粉质粘土，Ip大于17的定名为粘土。

此外除按颗粒级配和塑性指数定名外，土的综合定名还应有相关的规定。

三）多年冻土

多年冻土是一种特殊性土，在高寒地区普遍存在，是不可回避的一个问题。

土体的颗粒组成不同，岩性不同，冻土的分类、冻胀和融沉分级也不同，总含水量不同，其平均融沉系数、融沉等级、融沉类别不同，最终确定的冻土类型也不同，其物理力学性质的表现也不同，对不同专业的勘察要求也各有侧重，对其上的不同各类的建筑物也应根据行业特点区别对待。

四）冻胀性评价

水利水电工程勘察中<0.075mm粒径组含量大于10%，为冻胀性土，应采用防冻胀措施。

工民建勘察中岩性为碎（卵）石、砾、粗、中砂（<0.075mm含量大于15%）、细砂（<0.075mm含量大于10%）、粉砂、粉土时，冻胀类别与冻前天然含水率、冻结期间地下水位距冻结面的最小距离有关；岩性为粘性土时，冻胀类别不但与冻前天然含水率、冻结期间地下水位距冻结面的最小距离有关，还与塑限含水量有关。

粒径小于0.005mm的颗粒含量大于60%时为不冻胀；碎石类土当充填物大于总质量的40%时，冻胀性按充填物土的类别进行判定；碎石土、砾砂、粗砂、中砂（<0.075mm不大于15%）、细砂（<0.075mm不大于10%）均按不冻胀考虑。

五）原位测试仪器的选择

有些原位测试仪器在适用上条件宽松，只要地点合适，各种土层均可进行；有些仪器适用条件比较苛刻，有的适用于粗粒土而不适用于细粒土，如动探触探试验；有的适用于细粒土而不适用于粗粒土，如标准贯入试验等，特别是十字板剪切试验、静力触探试验、螺旋板载荷试验在地下水位高，土层饱水的细粒土层中更能发挥其独特的作用。

六）土的腐蚀性评价

由于粗粒土的具大孔隙性、强透水性强，毛细水上升高度小，不利于盐份的富集，一般腐蚀性较小，在工民建的勘察中在有经验的地区，一般不取样分析评价，认为其腐蚀性微；细粒土恰恰相反应取样分析评价。

七）天然密度测定

粗粒土的天然密度采用灌水法或灌砂法；细粒土的测定采用环刀法。

八）土体状态的确定标准

碎石土的密实度采用重型动力触探试验确定其状态为松散、稍密、中密、密实等；砂土的密实度采用标准贯入试验确定其状态为松散、稍密、中密、密实等；粘性土的状态采用液性指数确定为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑等。

九）土的类型划分和剪切波速范围

土体的类型和土体的剪切波速在没有进行波速测试时，可通过土体的颗粒分析，确定其定名，在建筑物等级为丙类、丁类时可采用规范推荐的数据进行确定，进而确定场地土类型和场地类别，为设计提供地质依据。

十）地基土抗震承载力调整系数

依据不同的岩性，在进行建筑物设计时，在进行非状工况计算时，需按照岩土名称和性状确定地基土体的抗震承载力调整系数。

十一）地震液化评价

地震液化的评价决定地震发生时建筑物的安全，其危害性和破坏性也是最大的，应当在工程勘察和设计中引起高度重视，在从国家标准和行业标准两个方面进行表述。

（一）国标《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）的判定方法

饱和的砂土或粉土（不含黄土），在初判时可依据土体中粘粒含量和地震设防烈度判定是否有液化的可能，对可能发生液化的土体依据标准贯入锤击数和颗粒组成计算临界锤击数，通过与实际锤击数的比较判定其注化的可能性，并可进一步计算钻孔的液化指数，划分地基的液化等级，并采取对应的抗液化处理。

（二）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）判定方法

1）土的液化判定工作可分初判和复判两个阶段。在初判中需通过土体级配曲线确定大于5mm、小于0.005mm的粒径组含量，再结合地震设防烈度判定其液化的可能性；在复判中也需要确定土体的粘粒含量，依据相关公式计算其临界值，再做出最终的判定。

十二）渗透变形判定（多用于水利水电专业）

土的渗透变形特征应根据土的颗粒组成、密度和结构状态等因素综合分析确定，宜分为流土、管涌、接触冲刷、接触流失四种。其中的不均匀系数、粗细颗粒的区分粒径、接触冲刷中的D10、d10、接触流失中：不均匀系数介于0～5（含）时的D15、d85，不均匀介于0～10（含）时的D20、d70、临界水力比降的确定都是依据土体的级配曲线。

十三）土体渗透系数的粗略估算

在《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）中依据土体的级配曲线提供了一个近似计算土体渗透系数的公式： ，这个公式表明土体的渗透性是其固有的性质，主要是由土体的内部结构决定的（此方法在新版的规范中已删除，但可作参考）。

十四）天然建筑材料

在《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》第二章“术语、符号”中，提出24个术语，多数都是与土体的颗粒分析有关的，在天然建筑材料，更显出颗粒分析的份量了。

在本规范中按砂砾料、土料、碎（砾）石类土料、槽孔固壁土料、块石料五大类；不同类型的料的取样要求不一样（数量、规格等），取样数量不一样、取样重量不一样，试验项目也不一样，在记录上要求所记的内容也不一样，评价的内容和方法也不一样。

参考文献

1）《岩土工程勘察规范》

2）《建筑地基基础设计规范》

3）《土工试验方法标准》

4）《建筑抗震设计规范》

5）《水利水电工程地质勘察规范》

6）《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》

7）《工程地质手册》（第三版、第四版）

孟凡超，男，高级工程师，出生于1971年12月21日，学士学位，中工武大设计研究有限公司新疆分公司勘测分院总工程师，1996年毕业于西安科技大学地质工程系水文地质与工程地质专业，从事水文地质与工程地质专业19年，承担过多项目大中型水文地质与工程地质勘察项目。