地基土三相组成分析在建筑工程中的作用

黄艳

（中国矿业大学银川学院，银川 750011）

地基土三相组成分析在建筑工程中的作用

黄艳

（中国矿业大学银川学院，银川 750011）

地基土三相组成的性质及比例关系决定它的工程特性，即影响土体的承载力、压缩性和渗透性，所以，全面分析地基土三相组成是十分必要的。论文主要在总结前人研究结果的基础上，从粒度、密度、含水率三方面阐述三相组成分析在建筑工程中的作用。

地基土；三相组成；建筑工程

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.013

1　地基土三相组成概述

地基土是由岩石经过物理化学风化、剥蚀、搬运、堆积而成的由固体矿物、流体水和气体组成的1种集合体。其中，固体骨架颗粒、土体孔隙中的水和气被称为地基土的三相。

1.1地基土固相

地基土的主体部分，矿物成分包括原生矿物、次生矿物和腐殖质三类。矿物中的化学成分影响土体的性质，例如：次生矿物为蒙脱石，具有吸水膨胀、失水收缩的特性，以该土体作为地基，必须考虑土体胀缩性对建筑安全的影响；土中有机质含量较高时，其压缩性增大，不宜作为填筑材料[1]。

土体固相颗粒大小差异明显，其物理力学特性受到颗粒的尺寸、形状和级配等颗粒特征强烈的影响[2]，不同颗粒组合形成单粒、蜂窝和絮状结构，其中单粒结构密实，工程性质最好。

1.2地基土液相

包括土体孔隙中的结合水、自由水、气态水和固态水，液相的性质主要通过测定含水量来表示。含水量的大小反映土体的饱和状态，影响地基土的强度和压缩性。

1.3地基土气相

包括自由气体和封闭气体两种。自由气体在土体受压后排出，对建筑工程无响；封闭气体使土体具有弹性，随封闭气体含量增大，地基土渗透性降低。

土体三相组成中，液相比例为零，称为二相土，呈坚硬状态；气相比例为零，土体呈饱和状态；三相同时存在，为三相土[3]，呈可塑状态。三相比例不同，土的状态和工程性质也不同，实际工程中需关键分析。

2　地基土体三相组成分析

实际工程中土体三相组成分析主要是三相比例关系的确定，即土体的物理性质指标分析，包括土粒比重、天然密度、含水量和由它们三个换算出的干密度、饱和密度、孔隙比和饱和度等，这些指标可以描述土的物理性质和状态，也在一定程度上反映土的力学性质[4]，具有重要的实用价值。本文主要对土的固相粒度、密度、含水率和土粒密度分析进行阐述。

2.1粒度分析

包括划分粒组，绘制级配曲线，描述土体均匀程度。粒度分析方法，目前可归纳为两大类：一类是筛分法，用一套孔径递减的筛子将风干的土过筛分离，记录每个筛子上留下来的土体质量可得到土的颗粒级配，用于测定粒径大于0.1mm的粗颗粒；另一类是移液管法和比重计法，可以测定粒径小于0.1mm的细颗粒。若土中粗细颗粒兼有时，则可联合使用上述两种方法[5]。

2.2密度分析

密度为单位体积土的质量，是表征土体密实程度的一项参数，在建筑地基中是衡量工程质量优劣的一项技术指标，因此，准确测试土体密度尤为重要[6]。现行的密度测试方法有环刀法和灌水法等，环刀法适用于黏性土和粉土，灌水法适用于卵石和砾石。

2.3含水率分析

含水率是试样在105～110℃温度下烘至恒量时所失去的水质量和恒量后干土质量的比值，测定含水率的常用方法是烘干法[7]。含水率是土的基本物理性指标之一，它反映黏性土的物理状态。

2.4土粒密度分析

矿物的质量与同体积4℃时纯水的质量的比值。黏土、砂的密度用密度瓶法测定，即将烘干试样15g装入容积为100mL的玻璃质比重瓶，用精度为0.001的天平秤瓶加干土质量，注入半瓶纯水后煮沸1h，排除气体，冷却后，将纯水注满比重瓶，再称重[8]。

3　土体三相组成分析在建筑工程中的作用

3.1粒度分析在建筑工程中的作用

1)根据粒度大小划分粒组，按各粒组的含量绘制粒径级配曲线，确定不均匀系数Cu和曲率系数Cc，以此判断地基土体均匀程度。砾石和砂土级配Cu5，且Cc=1～3为级配良好，反之为级配不良。

2)非黏性土工程分类标准。根据土的粒径级配中各粒组的含量和颗粒形状进行分类定名。例如，定义粒径d>2mm的颗粒含量不超过全重50%，且d>0.075mm的颗粒超过全重50%的土为砂土，按粒径由大到小分别定名如表1所示。

表1　砂土的分类

3)影响砂土的渗透性。砂土渗透性的主要影响因素是颗粒大小和级配，颗粒越小，土体孔隙越小，渗透性越小；级配良好，细颗粒填充粗颗粒孔隙，土体孔隙减小，渗透性变小。

3.2密度分析在工程实际中的作用

1)换算土体的干密度、饱和密度和有效密度。土的干密度通常用作土坝、路基和人工压实地基土体压实质量控制的标准，指标数值越大，表明土体压实越密，工程质量越好。

2)结合土粒密度，换算孔隙比，计算相对密度，判别无黏性土体的密实度。土体相对密度越大，强度越高，可压缩性越小；相对密度小，强度低，可压缩性大。密实和中密中粗砂为优良地基；粉砂和细砂，密实状态为良好地基，饱和疏松状态为不良地基，震动时易产生液化。

3.3含水率分析在工程实际中的作用

含水率的变化对地基土的影响主要反映在土的稠度、饱和程度、力学性质、压缩性和稳定性的变化上。土的含水率是研究土的物理力学性质的一项指标，也是控制建筑物施工质量的依据[9]。

1)砂土与粉土的湿度划分标准。地基土含水率结合密度和土粒密度确定土体饱和度Sr，工程实际中，以饱和度为标准，将砂土和粉土湿度分为稍湿、很湿或饱和3种状态，Sr<0.5为稍湿，0.50.8为饱和。

2)确定黏性土的稠度。通过试验确定黏性土的界限含水率，包括缩限、塑限、液限，计算液性指数和塑性指数，根据液性指数，黏性土可分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑5种软硬不同的状态，硬塑状态为优良地基，流塑状态为软弱地基；根据塑性指数Ip进行工程分类，Ip>17为黏土，17>Ip>10为粉质黏土。

3)影响地基土抗剪强度。前人试验证明地基土体受地下水位影响，若水位上升，土体含水率增加，则土体剪应力增大，抗剪强度降低，容易出现地基沉降，威胁建筑物安全[10]。

4　结语

土体受外力作用后，上部荷载由地基土的气、液、固三相共同来承担。固相强度大小、气相和液相的含量共同影响地基土体的强度、压缩性和渗透性。

地基土三相组成相互关联，共同影响建筑工程，为给后续建筑设计、施工提供可靠依据，保障工程质量，综合分析地基土三相组成，确定地基土工程特性是必须的。

【1】陈希哲,叶菁.土力学与地基基础[M].北京：清华大学出版社,2013.

【2】王一兆.土体颗粒尺度效应的理论与试验研究[D].上海：华东理工大学,2014.

【3】庄素妹,贾卫东,韩宝坤.土的物理性质和物理性指标[J].技术论坛, 2008(1):93.

【4】周君平.三相图法求算-土的物理性质指标的技巧[J].长江水利教育,1995(2):40.

【5】龚晓南.高等土力学[M].杭州：浙江大学出版社,1998.

【6】张书林.土的几种密度测试方法及测试产生的误差分析[J].科技论坛,2015(6):24.

【7】王波.试样土含水率试验影响因素分析[J].山西水力,2014(3):41.

【8】GB/T 50123—1999土工试验方法标准[S].

【9】罗江梅,此里拉姆,周礼勇，等.浅议土体物理力学性质指标对地基承载性能的影响[J].工业工程与技术,2014(12):37.

【10】宋磊,潘婷.地基土试验指标对实际工程的影响[J].内江科技, 2015(4):140.

The Role of Analysis on Three-phase Composition of Foundation Soils in Construction Engineering

HUANG Yan
(China Univercity of Mining and Technology Yinchuan College,Yinchuan 750011,China)

The nature of the three-phase composition of foundation soil and their proportional relationship decides its engineering properties,namely the bearing capacity,compressibility and permeability,so it is very necessary to the have a comprehensive analysis on the three phase composition.This article mainly summarizes predecessors' research results to to describe the role of analysis on three-phase composition in construction engineering from three aspects including particle size,moisture content and density.

foundation soils;three-phase composition;construction engineering

TU411.2

A

1007-9467（2016）05-0057-02

黄艳（1986～），女，陕西延安人，助教，从事岩土工程勘察研究，（电子信箱）hyhellow@163.com。

2016-01-11