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浅析湛江组薄层状粘性土的物理力学性质-广东水泵厂-上海龙亚耐腐蚀泵
广东省地矿局水文工程地质一大队 揭 江
文摘 雷州半岛地区的湛江组薄层状粘性土具有较为特殊的微层理特征，层面之间夹有大量的细砂和粉砂，是良好的含水微结构。薄层状粘性土的水分并非均匀分布，有相当部分集中在层面的空隙。在水分和粘土颗粒搅和之前，土体抵抗外力的能力并不低。用土工试验得出的含水率、液性指数和孔隙比来判定湛江组薄层状粘性土抵抗外力的能力，往往偏低。根据部分有代表性的资料，建立了压缩模量和标贯锤击数的回归方程，因而可用压缩模量间接地求出承载力标准值，其结果与用标贯锤击数确定的承载力标准值基本一致。



关键词 薄层状粘性土 微薄层理 含水微结构 压缩模量 承载力 湛江组



在雷州半岛，尤其是在湛江市区、雷州 (海康)、遂溪等地的工程地质勘察中，大部分勘察场地揭露的覆盖层都以第四纪早更新世湛江组为主。根据区域水文地质与工程地质普查资料，湛江组遍布整个雷州半岛，最大厚度大于200m，为以陆相沉积为主的河控三角洲相(即海陆交互相)沉积层；具有多个不完全的沉积韵律(北部地区具3-13个，南部地区具2-3个)，每一韵律均由砾石、砾砂或粗砂层开始，以粘性土层结束，偶夹泥炭和玄武质火山岩。在湛江组的粘性土层中，其中有一特征层因近水平微薄层理发育，而在工程地质勘察工作中将其划分为薄层状粘性土(俗称“千层饼”)。由于是多韵律沉积，薄层状粘性土也就有不同的层位，上层位的力学强度较低，下层位的力学强度增高。



1 层理特征



在海陆交互控制的沉积环境中，湛江组薄层状粘性土形成了较为特殊的层理构造。在水流缓慢、水深加大的情况下，沉积物以细粒(粘粒、粉粒)为主，其间受潮汐的影响，间歇性地沉积了大量的细砂和粉砂，但沉积的砂粒并不成层，从而形成薄层状粘性土特殊的内部层理特征。

湛江组薄层状粘性土多呈灰-浅灰色-浅灰绿色，局部顶部为杂色(灰白、浅黄、浅红等)；近水平微薄层理发育，少量层理不平整(如微波状层理、包卷层理、变形层理等)，单层厚度多为1～6mm，层面夹大量细砂和粉砂；局部含炭化木屑。这类土的初见顶面埋深变化较大，最浅约2.5m，最深达25m，；按工程地质特征来划分的该类土层厚度为1.3～23.0m不等，一般厚度都大于5m。



2 用土工试验结果确定的承载力偏低的原因



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本文1999年8月收到，12月改回。

湛江组薄层状粘性土的液性指数（IL）、天然含水量（w）、和天然孔隙比（e）都比较高（表1），以此判断的土体抵抗外力的能力相当低[1]，与压缩模量（Es）和标贯试验（N）所反映的土体力学强度有较大出入。在勘察实践中，现场鉴定为软塑甚至可塑状态的土样在室内土工试验得出的IL值却往往大于1(流塑状态[1])。

薄层状粘性土的微薄层理发育，层面之间夹有大量的细砂和粉砂,致使土体的空隙体积相对增大。由公式e=Vυ/V（其中Vυ为空隙体积、V为土体总体积）可知，Vυ增大，e也要增大。薄层状粘性土微薄层理之间的空隙是较好的含水微结构，当它处在饱水带以下时，w值较高，甚至大于液限（w L），这样，IL也就往往大于1。然而，由于所含水分并非均匀地分布于土体之中，有相当部分水分是集中在层面之间的空隙中，它们在和粘土颗粒搅和之前，是不会影响土体抵抗外力的能力的。所以，该类土在土工试验结果中的IL或w值，并不能够完全按现行规范或手册经验值较为准确地反映土体的抗外力能力。

但是，从表1中数据可以看出，Es值和N值之间有一定的相关性。



3 建立Es-N回归方程



为使统计结果具有代表性，在收集统计资料时，注意了以下几方面：一是勘察面比较广，包括了湛江市赤坎区、霞山区、经济技术开发区以及雷州市、遂溪县等地，基本覆盖整个雷州半岛第四纪早更新世松散沉积层分布区；二是资料的可比程度较高，所收集的资料均由广东省地矿局水文工程地质一大队编制，而且勘察过程中的标贯试验、取原状土样等都由该队技术人员进行质量把关，土工试验也是由该队实验室承担完成；三是每一工程地质层的土工试验样品数目和标贯试验次数均不小于6，符合数理统计对样本数的要求。

据表1数据作Es-N关系曲线图(图1)。假设N和ES为直线关系，则有

N=a+bES （1）

由最小二乘法原理求出：a=-1.051，b=1.002；代入（1）式得

N=1.002Es-1.051 （2）

经检验，该回归方程的显著程度较高，F>F0.05（1.18）。经计算，该回归方程的相关系数为0.81。[2]

设μN1为利用μE(压缩模量平均值)计算出来的“标贯试验锤击数平均值”，则(2)式可改写为：

μN1=1.002μE-1.051 （3）

(3)式可简化为：

μN1=μE-1 （4）

因计算μN1的数据来源于μE ，所以求μN的修正值NE要用Es这一指标的标准差(σE)和变异系数(δE)来计算，公式为：[3]

1.704 4.678

当n≤30时，NE=rs·μN1, 其中rs=1- ( -------- +-------- ) δE ,为修正系数；

√—n n2

1.645

当n>30时，NE=μN1 - --------σE

√—n 。

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4 用ES间接确定fk



根据修正后的NE值，查《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）附表5-9，可得到薄层状粘性土承载力标准值(fk)，详见表2。





表中标贯击数修正值(N)的计算方法参照《岩土工程勘察规范》(GB50021-94)第12.2.4条所列公式计算。



5 结语



从表2可看出， NE值与N值基本一致，但少数仍有误差。所以，在工程地质勘察中，还应根据实际情况（如现场岩芯的总体鉴定等）来最终选择确定fk 值。



参考文献：

1．GBJ7-89 建筑地基基础设计规范

2．《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册.修订3版. 北京：中国建筑工业出版社,1992. 71-73

3．乔来军，浅议标准贯入试验指标的取值.工程勘察,1993,126(1):1-3