决定黏性土工程性状的主要因素是它的软硬程度。其评价指标有含水量、液性指数和塑性指数、遇水作用的活动性指数、压缩模量Es、地基土极限承载力fk和强度特性。
1)界限含水量
黏性土的物理状态因其颗粒很细,与水作用很强烈,内部结构与无黏性土差别很大,因此工程性质也与无黏性土差别很大。影响黏性土性质的主要因素包括:黏性土的含水量、黏性土中所含矿物的胶体活动性、黏性土遇水膨胀和失水收缩的程度、黏性土的耐崩解特性以及黏性土压实的最优含水量等。黏性土的主要特性指标包括黏性土的界限含水量(包括液限wL、塑限wp和缩限ws)、塑性指数Ip、液性指数IL、活动性指数A以及最优含水量wcp等。
随着含水量的变化,黏性土由一种稠度状态转变为另一种稠度状态,相应于转变点的含水量称为界限含水量。界限含水量是黏性土的重要特性指标。
如图7.12所示:土由可塑状态转到流塑、流动状态的界限含水量称为液限wL(也称塑性上限或流限);土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限wp(也称塑性下限);土由半固体状态不断蒸发水分,则体积逐渐缩小,直到体积不再缩小时土的界限含水量称为缩限ws,它们都以百分数表示。
图7.12 黏性土的物理状态与含水量的关系
我国一般用锥式液限仪法来测定土的液限。而塑限的测定在以前一般采用手工滚搓法测定,由于该方法采用手工操作,受人为因素影响较大,试验结果不稳定。后来在锥式液限仪法基础上推出了联合测定法,该方法可同时测定土的液限和塑限。
塑性指数Ip是指液限和塑限的差值,用不带百分数符号的数值表示,即:
塑性指数表示土处在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数愈大,土处于可塑状态的含水量范围也愈大,可塑性就愈强。
黏性土是指塑性指数Ip大于10的土。根据塑性指数可细分为粉质黏土(10<Ip≤17)和黏土(Ip>17)。粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%,且塑性指数小于或等于10的土。
液性指数IL是指黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比,即:
从式中可见,可以利用液性指数IL来表征黏性土所处的软硬状态(划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及流塑5种),其划分标准见表7.9。可见液性指数IL值愈大,土质愈软;IL值愈小,土质愈硬。
表7.9 黏性土的状态
2)活动性指数(www.daowen.com)
由于实际中可能有两种土的塑性指数相接近,但性质却有很大的差异的情况,只根据塑性指数可能很难区别。
土的活动性指数A是衡量黏土矿物胶体活动性的指标。它等于塑性指数Ip与黏粒(粒径<2mm的颗粒)的质量分数的比值,即:
式中 m——粒径小于0.002mm的颗粒的质量分数。
表7.10为不同黏土矿物的活动性指数A的近似值。
黏性土的活动性指数值反映了土中黏粒部分主要矿物成分的单位(每1%)黏粒含量所具有的胶体活动性大小,和土中黏粒部分高活动性矿物所占的比例。
在实际工程中,按活动性指数A的大小,可把黏性土划分为:A≤0.75,不活动性黏性土;0.75<A≤1.25,正常黏性土;A>1.25,活动性黏性土。
此外,黏性土还有遇水膨胀、失水收缩的特性以及遇水崩解的特性。黏性土的膨胀、收缩和崩解特性除可能使建筑物地基产生不均匀胀缩变形外,对建筑基坑、路堤、路堑及新开挖的河道岸边等工程边坡的稳定性,都有极重要的影响。
表7.10 黏土矿物的活动性指数A
3)灵敏度与触变性
软黏性土灵敏度Sr是指原状黏性土试样无侧限抗压强度qu与含水量不变时该土的重塑试样无侧限抗压强度q′u之比,即Sr=qu/q′u。4<Sr为高灵敏度的土,2<Sr≤4为中灵敏度土,1<Sr≤2为低灵敏度土。
土的触变性是指黏性土受到扰动作用导致结构破坏、强度部分丧失;当扰动停止后又因静置使其强度逐渐恢复的性质。
4)压缩模量Es
黏性土Es越大,土的压缩性越小。低压缩性土,Es>15MPa;中压缩性土,4MPa<Es≤15MPa;高压缩性土,Es≤4MPa。
5)地基土极限承载力fk
地基土极限承载力是指地基土单位面积上所能稳定承受的最大荷载,以kPa计。地基土在规范规定的一定允许变形下的地基承载力值称为特征值fak,单位kPa。黏性土的土性越好,黏性土的极限承载力越高,地基土的压缩性越小。
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