碎石类土、砂土通常具有什么结构

碎石类土、砂土通常具有什么结构

砂土的结构通常是什么

无粘性土一般指 碎石土和砂土，粉土 属于砂土和粘性土的过渡类型，但是其物质组成、结构及物理力学性质主要接近砂土（特别是砂质粉土），故列入无粘性土的工程特征问题一并讨论。 无粘性土的紧密状态是判定其工程性质的重要指标，它综合地反映了无粘性土颗粒的岩石和矿物组成、粒度组成（级配）、颗粒形状和排列等对其工程性质的影响。一般说来，无论在静荷载或动荷载作用下，密实状态的无粘性土与其疏松状态的表现都很不一样。密实者具有较高的强度，结构稳定，压缩性小；而疏松者则强度较低，稳定性差，压缩性较。因此在岩土工程勘察与评价时，首先要对无粘性土的紧密程度做出判断。 一、决定无粘性上紧密状态的因素 首先取决于无粘性土的受 荷历史 和形成环境。例如形成年代较老或有超压 密历史 的，密实度较大；洪积、坡积的比冲积、冰积和海积的无粘性土密实度较小。（详见本章第三节） 与无粘性土的颗粒组成、矿物财及颗粒形状等因素有关。 组成颗粒愈粗，粒间孔隙大，但孔隙比愈小， 愈较密实 。而组成颗粒愈细的，则孔隙比愈大， 愈较疏松 ，而且在天然状态下含水相应增多，排水慢，在外 荷 作用下有效应力减小，稳定性差。 组成颗粒愈均匀， 粒间不易 相互填充，使密实度相对较小；组成颗粒不均匀系数愈大，则相反。 当颗粒组成相同，则主要由云母组成的无粘性土（例如砂土）的孔隙比，要远大于主要由石英、长石组成者。这显然与这些矿物的颗粒形状不同，从而影响土的压密有关。即主要由片状颗粒组成土的孔隙比远大于由柱状和粒状颗粒组成者。因此，砂土和粉土中含云母愈多，密实度愈差，强度和稳定性愈小。 所以，无粘性土的紧密状态，不仅是从定量方面判定其工程性质的重要标志，而且在实质上综合反映了无粘性上的 矿物组成、粒度组成 （颗粒粗细及其均匀性）及 颗粒形状 等内在因素对其工程性质的影响。因此，现行规范对一般工程采用密实度或孔隙比作为确定碎石土，砂土和粉土地基承载力基本值的主要指标是比较合适的。 二、无粘性上紧密状态指标及其确定方法 （一）天然孔隙比 e 原我国 地基规范（ tj7-74 ）根据北京、江苏、黑龙江、山东等地砂土的实际资料统计，认为砂土的承载力不论其颗粒组成的粗细，均随着天然孔隙比尸的减小而显著地增大。因此，曾采用天然孔隙比作为砂上紧密状态的分类指标，具体划分标准见表 2-6 。 按天然孔隙比 e 划分砂土的紧密状态 表 2-6 砂土名称 实 密 中 密 稍 密 疏 松 砾 砂、粗砂、细砂、粉砂 <0.6 <0.7 0.60 ～ 0.75 0.70 ～ 0.85 0.75 ～ 0.85 0.85 ～ 0.95 >0.85 >0.95 但是，采用天然孔隙比判定砂土的紧密状态，则要采取原状砂样，这在工程勘察中是比较困难的问题，特别是对位于地下水位以下的砂层采取原状砂样困难更多。 国内有些单位在这方面做过不少工作，并已取得比较成功的经验。 对于位于地下水位以上的砂土，可用环刀法、 或灌砂 法（或注水法）来测定其天然重度，即可求出砂土的 天然孔隙比 。 环刀法 适用于地下水以上的湿砂。这个方法是先挖一坑至欲取样的标高处，在坑底切一个直径 较环刀 内径略大的土柱，然后 将环刀压入 ；或先 将环刀压入 砂土中，再仔细 切削环刀试样 ；如压入有困难，还可以用锤击打入。 关于环刀规格 ，认为采用 2500cm 3 的较好， 环刀大小 砂样扰动大。 当地下水位以上的砂为干砂时，环刀法也不适用，则 可用 灌砂法 （或注水法） ，这个方法（见图 2-22 ）是先在选定取样位置整平地面，在整平面上铺 置灌砂 器底盘，于底盘中 部为一直径 12 ～ 15cm 圆孔，在圆孔内向下挖一小圆坑。将挖出的 砂全部 称重得 g1 。 在灌砂器 先盛以足够数量的标准砂，称重得 g2 ， 使灌砂 器漏斗对准底盘圆孔边缘。打开开关，即可向小圆坑内灌砂， 待灌砂停止 流动关闭开关， 称灌砂 器连同余下砂粒重 g3 ，则 (2-13) 为灌砂器 底盘圆孔和 灌砂器倒 漏斗中标准砂的重量； 为标准砂（ 0.5 ～ 0 .25mm 粒径）模拟 灌砂条件 的堆积密度（ 标准砂用河砂 风干后过筛而得）。 也可用塑料薄膜注水代替 灌砂以 测定小圆坑的容积，但坑口水平面观测往往带来较大人为误差。 对于地下水位以下的砂土，特别是粉细砂，要采取原状试样是存在困难的，必需于钻孔内取样。但因砂土无粘聚性，在钻孔中取样即使采用重锤少击方法，也很难避免土体结扰动而改变土的天然孔隙比。 （二）相对密度 dr 如上所述直接采用天然孔隙比作为处于地下水位以上的砂土和 稍具有粘聚性 的粉土的紧密状态的分类指标，目前看来还是可行的，但国内有些勘察单位，认为用天然孔隙比 e 的某些界限作为砂土紧密状态的分类指标缺乏概括性。因为砂土的密实度还与砂粒的形状、粒径级配等有关，有时疏松的级配良好的砂土的孔隙比，比紧密的颗粒均匀的砂土的孔隙比小。因此参照国内外现有资料分析，认为用 相对密度 dr 较有代表性。 (2-14) 式中 emax ––– 砂土在最松散状态时的孔隙比，即 最大孔隙比 （测定方法是将疏松的风干砂样，通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，求其最小重度。详见国家标准《土工试验方法标准》 gbj i23-88 ）； emin –– 砂土在最密实状态时的孔隙比，即 最小孔隙比 （测定方法是将疏松的风干砂样分几次装入金属容器，并加以振动或锤击夯实，直至密度不变为止，求其最大重度。详见上述《土工试验方法标准》）； e –– 砂土的天然孔隙比。 对于不同的砂上，其 emin 与 emax 的测定值是不同的，而 emax 与 emin 之差（即孔隙比可能变化的范围）也是不一样的。一般粒径较均匀的砂土，其 emax 与 emin 之差较小；对不均匀的砂土，则较大。 从上式可知，若无粘性土的天然孔隙比 e 接近于 emin 而 。，即相对密度 dr 接近于 1 时，土呈密实状态；当 e 接近于 emax 时，即相对密度 dr 接近于 0 ，则呈松散状态。根据 dr 值，我国冶金工业部编制的工程地质规范采用表 2-7 划分砂土的紧密状态。 按相对密度 dr 划分砂土的紧密状态 表 2-7 紧 密 状 态 dr 密 实 中 密 稍 密 松 散 0.67 ＜ dr ≤ 1 0.33 ＜ dr ≤ 0.67 0.2 ＜ dr ≤ 0.33 0 ≤ dr ≤ 0.2 从理论上说，相对密度 dr 是一个比较完善的紧密状态的指标。它综合地反映了砂土的各个有关特征（如颗粒形状、颗粒级配等），但在实际应用中仍有不少困难：①要确定相对密度，仍然要测定砂土的天然孔隙比，而这在上面已讨论是比较困难的；②另外还要测定 emax 和 emin 。由于测定的方法不同， emax 和 emin 的测定值往往有人为因素的影响。因此，在工程实践中，相对密度指标的使用并不广泛。 由于无论是按天然孔隙比 e ，还是按 相对密度 dr 来评定砂土的紧密状态，都要采取原状砂样，经过土工试验测定砂土天然孔隙比。所以，目前国内外，已广泛使用标准贯入或静力触探试验于现场评定砂土的紧密状态。表 2-8 为国家标准《岩土工程勘察规范》 gb50021-94 规定按 标准贯入锤击数 w 值划分砂土紧密状态的标准。 按标准贯入锤击数 n 值确定 砂土的密实度 表 2-8 密实度 n 值 密实 中密 稍密 松散 n ＞ 30 15 ＜ n ≤ 30 10 ＜ n ≤ 15 n ≤ 15 按天然孔隙比 e 值确定 粉土的密实度 表 2-9 密实度 e 值 密实 中密 稍密 e ＜ 0.75 0.75 ≤ e ≤ 0.90 e ＞ 0.90 对于粉土的紧密状态，上述规范仍用天然孔隙比 e 值作为划分标准，见表 2-9 。按上述规范，碎石土可以根据野外鉴别方法，划分其紧密状态，见表 2-10 。 碎石土密实度野外鉴别方法 表 2-10 密实度 骨架颗粒含量和排列 可 挖 性 可 钻 性 密 实 骨架颗粒质量大于总质量的 60% ～ 70% ，呈交错排列，连续接触 锹镐挖掘困难，用撬棍方能松动；井壁一般稳定 钻进极 困难；冲击钻探时钻杆、吊锤跳动剧烈； 孔壁较稳定 中 密 骨架颗粒质量等于总质量的 60% ～ 70% ，呈交错排列，大部分接触 锹镐可挖掘，从井壁取出大颗粒处，能保持颗粒凹面形状 钻进较 困难；冲击钻探时钻杆、吊锤跳动不剧烈；孔壁有坍塌现象 稍 密 骨架颗粒质量小于总质量的 60% ，排列混乱，大部分不接触 锹 可以挖掘，井壁易坍塌，从井壁取出大颗粒后，砂土充填物立即脱落 钻进较 容易；冲击钻探时，钻杆稍有跳动；孔壁易坍塌