起球黏土的物理力學指標相關(guān)性分析,地質(zhì)工程論文

起球黏土的物理力學指標相關(guān)性分析,地質(zhì)工程論文密實黏性土在管路水力輸送經(jīng)過中會構(gòu)成球塊狀，使得輸送的水力損失較不成球黏性土明顯增大，同時堵管潛在風險大，難以高濃度高產(chǎn)量輸送。本文以近2年天津航道局黏土起球工地施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析現(xiàn)有指標的優(yōu)勢和缺陷，提出了本文中采用的黏土判別指標，并且針對工程實例進行驗證，用以初步預測黏性土在疏浚經(jīng)過中能否發(fā)生成球現(xiàn)象，指導船舶施行安全、高效疏浚作業(yè)，充分發(fā)揮船舶性能。1表征黏土起球的指標體系疏浚工程中黏土類土質(zhì)較為常見，其常規(guī)物理指標跨度大，對疏浚施工的影響懸殊。從對輸送影響的表現(xiàn)上來講，其可分為不起球黏土與起球黏土2類不起球黏土輸送特性與淤泥、細粉砂類土質(zhì)類似，不易發(fā)生沉淀堵管;起球黏土截然相反，輸送阻力大，易沉淀堵管，輸送特性與粗砂、礫石等類似，但又難以找出其分析方式方法。以上2類黏土固然疏浚界早已明確其發(fā)生的現(xiàn)象，但對于土質(zhì)的區(qū)分指標研究較少，查閱文獻［1］得知，主要有3種指標體系，即荷蘭IHC公司、水利水電十三局和安徽省水利機械疏浚工程公司分別提出的排泥管內(nèi)構(gòu)成泥球的土壤條件。絞吸船裝機功率已達世界第一的天津航道局，在黏土輸送方面所做的工程很多。根據(jù)天津航道局已有的工程數(shù)據(jù)判定以為，前面提到的3種指標范圍或過寬，或者指標體系、數(shù)據(jù)存在問題，水電十三局提到的液性指數(shù)、塑性指數(shù)、液限、塑性4個指標重復，3個指標即可，并且其所提到的邊界數(shù)據(jù)存在矛盾。安徽省水利機械疏浚工程公司指標偏少，不能有效表征黏土的礦物成分及當下狀態(tài)。IHC指標體系較為合理，互不矛盾，但對土體的當下狀態(tài)表現(xiàn)不夠直接，范圍也過寬。本文依托最近幾年天津航道局典型黏土施工工程，統(tǒng)計了最近幾年連云港、天津、廈門、鲅魚圈、龍口等工地287組起球黏性土原狀土的物性指標，在已有指標體系的基礎(chǔ)上，從輸送角度以及天航局疏浚工程實際情況角度，對起球黏土指標取疏浚土密度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)作為黏土成球的基本判別指標，其判別指標如下:1)密度大于1.72gcm3;2)塑性指數(shù)大于17(起球后的黏土球的塑性指數(shù)大于10.5);3)液性指數(shù)小于0.72。2起球黏土的物理力學指標相關(guān)性分析2.1黏粒含量的的相關(guān)性分析黏性土的力學指標f，c與土的黏粒含量的相關(guān)性較不顯著，線性關(guān)系也不明顯;而物理指標wL，IP與土的黏粒含量線性明顯，相關(guān)顯著，因而土的塑性指數(shù)、液限、塑限都能夠表征黏粒含量。圖1為黏土起球工地黏性土塑性指數(shù)與黏粒含量的統(tǒng)計關(guān)系。從圖1中能夠看出塑性指數(shù)IP與黏粒含量具有良好的相關(guān)性，同增同減趨勢明顯，所以黏粒含量指標可考慮用塑性指數(shù)IP表征?！緢D1】2.2液性指數(shù)與其他物理力學指標相關(guān)關(guān)系當前，雖有不少關(guān)于土的液性指數(shù)與其他物理力學指標相關(guān)關(guān)系的研究，但是，在對液性指數(shù)與其他物理力學指標間關(guān)系的研究中還沒發(fā)現(xiàn)專門針對疏浚黏土的，十分是海水下起球黏土的研究結(jié)果。該節(jié)對鲅魚圈、龍口、連云港等黏土起球工地代表性黏性土的液性指數(shù)統(tǒng)計值與標貫擊數(shù)、壓縮模量、天然孔隙比、密度、粘聚力的統(tǒng)計值相關(guān)關(guān)系進行分析，結(jié)果見圖2～7?！緢D2-7】通過以上的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)液性指數(shù)與標貫擊數(shù)呈非常好的指數(shù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達0.97;液性指數(shù)與壓縮模量呈很好的線性相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達0.77;液性指數(shù)與天然孔隙比、含水率、天然密度、粘聚力也呈現(xiàn)了較好的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.6左右?？紤]到數(shù)據(jù)樣本間的地區(qū)差異性及工程項目的隨機性，土體物理力學性質(zhì)復雜，影響因素甚多，以上相關(guān)性分析結(jié)果表示清楚進行分析的各物性指標之間有很好的相關(guān)性。黏性土的疏浚巖土工程特性和分級與抗剪強度、天然密度、標貫擊數(shù)、液性指數(shù)以及附著力相關(guān)。華而不實天然密度和飽和密度相對于疏浚工程中的飽和黏性土表征的為同一土性;由于標貫擊數(shù)與液性指數(shù)相關(guān)系數(shù)達0.97，所以標貫擊數(shù)可考慮用液性指數(shù)IL表征;液性指數(shù)與粘聚力等相關(guān)系數(shù)為0.62，配合與黏粒含量相關(guān)系數(shù)達0.93的塑性指數(shù)以及密度指標，在一定程度上也表征抗剪強度與附著力指標，在工程要求的精度范圍之內(nèi)，符合工程要求。因而起球黏土指標取疏浚土密度、塑性指數(shù)、液性指數(shù)作為黏土成球的最基本判別指標具有一定的理論基礎(chǔ)。需要講明的是，在以上的相關(guān)性分析中，固然每個相關(guān)關(guān)系圖給出了相應的回歸方程和相關(guān)系數(shù)，但是由于疏浚巖土性質(zhì)的各向異性，要得到一個普適的公式還很困難，因而圖中的回歸方程用于物理指標間互相估算時受區(qū)域影響比擬大，應結(jié)合當?shù)厍闆r，檢驗后應用。3工程實例驗證前述內(nèi)容總結(jié)了黏土成球基本判別指標與土的物理力學指標間的回歸方程，并進行了相關(guān)關(guān)系分析，理論上已經(jīng)能夠應用黏土成球基本判別指標來表征其他物性指標，進而預測起球與否。但最終能否實際應用到工程中，須用實際試驗數(shù)據(jù)進行檢驗。翔安南部蓮河片區(qū)造地工程位于福建省廈門市翔安區(qū)，南側(cè)為大嶝島，西與廈門島隔海相望。施工船舶為國內(nèi)大型自航絞吸船天麒號。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，巖土層自上而下主要有:①淤泥(淤泥混砂);②粉質(zhì)黏土等。各土層地質(zhì)特征如下:①淤泥:飽和，呈流塑-軟塑狀，成分主要為粉、黏粒組成，一般較純，僅含少量石英砂及貝殼等，局部有腐殖質(zhì)，稍有臭味，手捻摸滑膩感強，黏性一般或較好。局部混砂，砂粒以粉細砂為主。②粉質(zhì)黏土:可塑狀，稍濕-濕，主要由粉黏粒構(gòu)成，含中粗砂約10%，手捏具滑感，無搖振反響，切面稍光滑，干強度及韌性中等，局部地段相變?yōu)轲ね?。力學性能較高，屬中等壓縮性土。圖8為現(xiàn)場所取黏土球樣本，圖9為現(xiàn)場泥塘吹填區(qū)情況。從圖中能夠看出現(xiàn)場黏性土質(zhì)極易構(gòu)成黏土球，黏土球直徑較大?！緢D略】表1給出取樣的6個區(qū)域土質(zhì)及構(gòu)成該黏土球的原狀黏性土化驗結(jié)果:該區(qū)域黏性土的密度為1.95gcm3;塑性指數(shù)為21.4;液性指數(shù)為0.25;黏土球的塑性指數(shù)最小值為11.2，以上數(shù)據(jù)都在范圍內(nèi)，很好地驗證了黏土起球基本判別指標。需要指出的是，黏土球中物性指標，由于在黏土球的構(gòu)成經(jīng)過中，參入了大量的砂性土及滾動壓密作用，其物性指標與原狀土差異較大?！颈?】4結(jié)束語1)研究區(qū)域內(nèi)成球黏性土的塑性指數(shù)與黏粒含量相關(guān)度高，相關(guān)關(guān)系達0.92以上，黏粒含量指標可考慮用塑性指數(shù)IP表征。2)液性指數(shù)統(tǒng)計值與標貫擊數(shù)、壓縮模量、天然孔隙比、密度、粘聚力的統(tǒng)計值相關(guān)關(guān)系分別為0.97，0.77，0.66，0.61，0.62，顯示較好的相關(guān)性，液性指數(shù)與密度、塑性指數(shù)指標配合一定程度上表征了標貫級數(shù)、壓縮模量、抗剪強度與附著力指標等，在工程要求的精度范圍之內(nèi)，符合工程要求。3)采用疏浚黏性土密度、塑限和液性指數(shù)3個指標能夠反映黏性土成球的標準。4)根據(jù)多地情況分析，黏性土成球的標志是密度大于1.72gcm3，塑性指數(shù)大于17(起球后的黏土球的塑性指數(shù)大于10.5)，液性指數(shù)小于0.72。需指出的是，黏性土性質(zhì)復雜，以上成球指標體系雖已初步建立，但有關(guān)詳細界線值尚需進一步加大數(shù)據(jù)統(tǒng)計范圍并與工程實際進行長期的總結(jié)研究。對已被絞刀松開或被鑿巖機(或爆破)破碎的黏性土，在水力輸送經(jīng)過中，碎塊的大小、形狀、分布對黏性土起球也有很大的影響。除此之外，起球與否的重要因素中還包括管道中的泥漿流速及與管道的摩擦阻力等非土質(zhì)因素，所以在運用本文提出的黏土成球基本判別指標時，應結(jié)合工程實際情況，納入非土質(zhì)因素的影響。以下為參考文獻:［1］天津市航浚科技服務有限公司．絞吸挖泥船泥泵輸泥計算手冊［R］．天津:天津市航?？萍挤沼邢薰?，1996．［2］王紅軍．安徽省淮北大堤土的物理力學指標與黏粒含量的相關(guān)性分析［J］．資源環(huán)境與工程，2008，22(S1):111-112．［3］何停印，閆美蓉．黏粒含量與土的物理力學指標的相關(guān)關(guān)系［