阜康市天山地区土的土工试验及成果的综合分析

成建军 申开礼

摘要：以阜康市天山地区第四系全新统冲、洪积层（Q4al+pl）及第四系上更新统冲、洪积层（Q3al+pl）粉土层为研究对象，收集大量土试样样本，分析其物理指标、力学指标，通过数理统计、回归分析等统计学相关知识，绘制了物理指标和力学指标的关系图，总结了一些规律性的结论，为土工试验数据中出现的一些异常现象做出分析判断，确保工程建设的质量和安全。

关键词：土工试验；力学指标；物理指标；成果分析

Soil test and comprehensive analysis of results in Tianshan area of Fukang City

Cheng Jian-jun， Shen Kai-li

Geologic Party No.216，CNNC Wulumuqi 830011

Abstract：Taking Quaternary Holocene alluvial， diluvial （Q4al+pl） and Quaternary Upper Pleistocene alluvial and diluvial （Q3al+pl） silt layers in Tianshan area of fukang city as research objects， a large number of soil sample samples were collected and their physical and mechanical indexes were analyzed. Through mathematical statistics， regression analysis and other statistical related knowledge， the relationship diagram between physical indexes and mechanical indexes was drawn， some regular conclusions were summarized， and some abnormal phenomena in geotechnical test data were analyzed and judged to ensure the quality and safety of engineering construction.

Keywords： Mechanical index of geotechnical test； Physical indicators； Results analysis

近年来，市场工程任务繁重，时间较紧张，土工试验室大多忙于试验进度，且试验室缺少必要的专业技术人员，很少对工程进行分析总结，不利于实验室技术水平的提高。土工试验数据作为工程勘察报告的重要依据，也是工程建设设计的重要参数，土工试验结果的准确与否，直接影响着工程质量和使用安全，当然，由于土体自身存在的复杂性，在试验中，经常出现一些异常数据，这就需要本着实事求是的态度，将土的物理、力学性质紧密结合，进行统计分析，查明异常原因，为工程建设提供准确的试验成果。文章通过分析阜康市天山地区工程地质条件，收集相关的土工试验成果，综合分析，辅以数理统计，从中找出规律性，确保试验数据准确性。

1.地区工程地质条件

地区出露地层主要有第四系全新统冲、洪积层（Q4al+pl）、第四系上更新统冲、洪积层（Q3al+pl）。

1.1第四系全新统冲、洪积层（Q4al+pl）

①11粉土：褐黄色，稍密，稍湿，土质不均，局部黏粒含量较高，摇震反应中等，该层区内分布较为广泛，层厚0.8m～ 7.8m，天然孔隙比e=0.906～1.306，平均值为1.045。

②12粉土：褐黄色，中密，稍湿，土质不均，局部黏粒含量较高，摇震反应中等，该层区内分布较为广泛，层厚约1.1～11.6m，天然孔隙比e=0.756～0.899，平均值为0.813。

③13粉土：褐黄色，密实，稍湿，土质不均，局部黏粒含量较高，局部含薄层粉砂，摇震反应缓慢，该层区内分布较为广泛，层厚约1.5m～8.4m，天然孔隙比e=0.544～0.737，平均值为0.649。

1.2第四系上更新统冲、洪积层（Q3al+pl）

①21粉土：褐黄色，密实，稍湿。土质不均，局部砂质成分含量较高，切面粗糙，摇震反应中等，该层仅个别钻孔有揭示，呈透镜体状分布于卵石层间，揭示层厚1.0m～1.80m。

②22卵石：山前冲、洪积及河床相冲、洪积形成，杂色，稍密，稍湿，卵粒含量约占50%～68%，余为砂类土及黏性土充填。砾石母岩成分以花岗岩、安山岩、砂岩等硬质岩为主，磨圆度较好、分选性较差，偶夹漂石，粒径一般20～90mm，约占50%～60%，最大粒径210mm。

③23卵石：山前冲、洪积及河床相冲、洪积形成，杂色，中密，稍湿～潮湿，砾石含量约占52%～71%，余为砂类土及黏性土充填。砾石母岩成分以花崗岩、安山岩、砂岩等硬质岩为主，磨圆度较好、分选性较差，偶夹漂石，粒径一般20mm～90mm，约占50%～60%，最大粒径220mm，该层分布较为广泛，层厚约1.8m～7.0m，局部夹薄层砂类土、粘性土。

2.土试样力学指标样本数据采集

土的物理、力学性质相对于建筑工程来说，是比较复杂的，土的组成物质性质、相对含量以及土的结构构造等各种因素，必然在土的轻重、松密、干湿、软硬等一系列物理性质和状态上有不同反映，反过来，土的物理性质又在一定程度上决定它的力学性质，所以，物理性质是土的最基本的工程特性。

文章以阜康市天山地区第四系全新统冲、洪积层（Q4al+pl）及第四系上更新统冲、洪积层（Q3al+pl）粉土层为研究对象，经多年试验累计，收集土试样样本106个，分析其物理、力学指标，通过统计学相关知识，从各个指标中间找出相关性特征，为后续判断土工试验数据准确性提供依据。

3.土的力学性质试验和成果分析

3.1固结试验

土的压缩性是土的变形随时间不断增长的特性，土的压缩性包含沉降量及固结过程两方面的内容。

在实际工程中，往往采取土样，室内进行饱和土试样在侧限的条件下加压的压缩固结试验，将试样在侧限和容许轴向排水的容器中逐渐增加压力，测定试样变形或孔隙比与压力的关系以及变形与时间的关系，以此计算土的单位沉降量、压缩系数、压缩指数、回弹指数、压缩模量、固结系数及原状土的前期固结压力等，用于评价建筑物的沉降量，作为设计的控制依据。影响固结试验成果准确性的因素很多，如，开土描述中，图样描述为软塑，而固结试验测出的压缩模量较大，这就需要检查各个环节，找出错误原因，及时采取补救措施。

3.2剪切试验

剪切试验的原理是根据库仑定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度，然后根据剪切定律确定土的抗剪强度指标内摩擦角φ和内粘聚力c。

土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土体重要的力学性质之一。在工程实践中，用到抗剪强度有三类：第一类是土坡的稳定性；第二类是支挡结构，如挡土墙、地下结构等的周围土体，由于他的强度不足导致土体破坏，造成对墙体过大的侧向土压力，以致可能发生工程构筑物滑动、倾覆等事故；第三类是土作为建筑物地基的承载力问题，因土的抗剪强度不足，从而导致局剪切破坏，地基变形过大等。因此，土的抗剪强度在工程上具有重要意义。抗剪强度试验方法有多种，在实验室常用的是直接剪切试验，现场的试验方法有十字板剪切试验、大型直接剪切试验等，相对来说，室内的试验的规律性要比现场的好得多，虽然如此，试验结果有时也与理论数据存在较大的差距，这时候，就需要通过各个指标间的规律性来初步判断数据的准确性，避免因人为等因素产生的异常数据。

3.3土的力学指标之间的成果分析

土的压缩模量与抗剪强度有着一定的关系。土的压缩性越高，压缩模量越小，则它的抗剪强度越小，反之，土的压缩性越低，压缩模量越大，抗剪强度越大。利用这种关系，可以直观判断压缩模量结果与抗剪强度结果是否准确。

4.土的物理指标与力学指标的综合分析

土的物理指标与力学指标紧密相连，一般土的物理性质决定土的力学性质，经多年的土工试验研究发现，阜康市天山地区粉土层的物理性质指标与力学性质指标之间具有如下规律性。

4.1阜康市天山地区粉土层压缩模量与天然含水率的关系

图1-图3显示压缩模量与天然含水率之间存在比较好的规律性：无论轴向压力在那个区间段，随着天然含水率的增大，压缩模量都呈现相应增加的变化规律。

4.2阜康市天山地区粉土层压缩模量与液限的关系

土的液限可以间接反映土压缩性的高低，从图4可以发现，压缩模量随着液限的增大而降低的一种变化规律。

4.3阜康市天山地区粉土层压缩模量与液限的关系

图5中可以发现，粉土的压缩模量随着天然密度的增大而增大的一种变化规律。

4.4阜康市天山地区粉土层抗剪强度与天然含水率的关系

（1）土的黏聚力与含水率的关系。在剪切实验中，实测值与理论值有时会存在很多差距，例如，砂土的抗剪强度c值理论为0，而实际的剪切试验中的值往往不为0，这属于正常现象，因为在实验中，测得的抗剪强度c不完全是代表黏聚力，同理内摩擦角φ也不完全代表土的內摩擦力。两指标相互包含，都代表抗剪强度的一部分。而影响试验结果的因素很多，其中含水率为重要影响因素。一般对于粉土层来说，天然含水率越大，其抗剪强度越低；反之，天然含水率越小，其抗剪强度越高。

从图6、图7中可以发现，阜康市天山地区粉土层黏聚力与天然含水率之间存在一定规律性：土的黏聚力随含水率增大而降低；土的内摩擦角随含水率增大而降低。

（2）土的孔隙比与黏聚力的关系。从图8中可以看出，土的黏聚力与孔隙比具有一定的规律性：黏聚力随着孔隙比的增大而增大。

5.结论

文章通过对阜康市天山地区主要地层─粉土的多年物理力学试验成果指标的综合分析，绘制了物理指标与力学指标的关系图，总结了一些规律性的认知和结论，利用各指标之间的规律性，可以很好地解决试验中因人为操作失误等出现的试验成果异常现象，还原土试样准确的数据，对于土工试验成果分析具有重要指导意义。

土的物理指标以天然含水率w、天然密度ρ、液限wL、孔隙比e为典型对象，力学指标以压缩模量Es、黏聚力c、内摩擦角φ为典型对象，绘制关系图：压缩模量─天然含水率（Es─w）、压缩模量─液限（Es─wL）、压缩模量─天然密度（Es─ρ）、黏聚力─天然含水率（c─w）、黏聚力─孔隙比（c─e）、内摩擦角─天然含水率（φ─w），通过综合分析，物理、力学两者指标相关性较为显著。

参考文献：

[1]GB 50330-2013，建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社， 2013.

[2]GB 50021-2001，岩土工程勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社， 2009.

[3]钱德玲.土力学[M].北京：中国建筑工业出版社， 2009.

[4]GB/T 50123-1999，土工试验方法标准[S].北京：中国建筑工业出版社， 1999.