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起球黏土的物理力學指標相關(guān)性分析
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)，下面是小編搜集整理的一篇探究起球黏土的物理力學指標相關(guān)性的論文范文，歡迎閱讀借鑒。
密實黏性土在管路水力輸送過程中會形成球塊狀，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，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過程中是否發(fā)生成球現(xiàn)象，指導船舶實施安全、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，對疏浚施工的影響迥異。從對輸送影響的表現(xiàn)上來說，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)相似，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、礫石等相似，但又難以找出其分析方法。
以上2類黏土雖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)形成泥球的土壤條件。
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)判斷認為，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前狀態(tài)。IHC指標體系較為合理，互不矛盾，但對土體的當前狀態(tài)表現(xiàn)不夠直接，范圍也過寬。本文依托近幾年天津航道局典型黏土施工工程，統(tǒng)計了近幾年連云港、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1.72g?cm3;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，因此土的塑性指數(shù)、液限、塑限都可以表征黏粒含量。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中可以看出塑性指數(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
目前，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，特別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。【圖2-7】
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)果表明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)。其中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。因此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。
需要說明的是，在以上的相關(guān)性分析中，雖然每個相關(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，因此圖中的回歸方程用于物理指標間相互估算時受區(qū)域影響比較大，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)可以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，無搖振反應，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。從圖中可以看出現(xiàn)場黏性土質(zhì)極易形成黏土球，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)及形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1.95g?cm3;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，因為在黏土球的形成過程中，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�1】
4結(jié)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個指標可以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1.72g?cm3，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)具體界限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，在水力輸送過程中，碎塊的大小、形狀、分布對黏性土起球也有很大的影響。此外，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。
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