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起球黏土的物理力學(xué)指標(biāo)相關(guān)性分析
黏性土的疏浚巖土工程特性和分級(jí)與抗剪強(qiáng)度、天然密度、標(biāo)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(xué)指標(biāo)相關(guān)性的論文范文，歡迎閱讀借鑒。
密實(shí)黏性土在管路水力輸送過(guò)程中會(huì)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(shí)堵管潛在風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析現(xiàn)有指標(biāo)的優(yōu)勢(shì)和缺陷，提出了本文中采用的黏土判別指標(biāo)，并且針對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，用以初步預(yù)測(cè)黏性土在疏浚過(guò)程中是否發(fā)生成球現(xiàn)象，指導(dǎo)船舶實(shí)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(biāo)體系
疏浚工程中黏土類(lèi)土質(zhì)較為常見(jiàn)，其常規(guī)物理指標(biāo)跨度大，對(duì)疏浚施工的影響迥異。從對(duì)輸送影響的表現(xiàn)上來(lái)說(shuō)，其可分為不起球黏土與起球黏土2類(lèi)———不起球黏土輸送特性與淤泥、細(xì)粉砂類(lèi)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(lèi)黏土雖然疏浚界早已明確其發(fā)生的現(xiàn)象，但對(duì)于土質(zhì)的區(qū)分指標(biāo)研究較少，查閱文獻(xiàn)[1]得知，主要有3種指標(biāo)體系，即荷蘭IHC公司、水利水電十三局和安徽省水利機(jī)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(jī)功率已達(dá)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(rèn)為，前面提到的3種指標(biāo)范圍或過(guò)寬，或者指標(biāo)體系、數(shù)據(jù)存在問(wèn)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(gè)指標(biāo)重復(fù)，3個(gè)指標(biāo)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(jī)械疏浚工程公司指標(biāo)偏少，不能有效表征黏土的礦物成分及當(dāng)前狀態(tài)。IHC指標(biāo)體系較為合理，互不矛盾，但對(duì)土體的當(dāng)前狀態(tài)表現(xiàn)不夠直接，范圍也過(guò)寬。本文依托近幾年天津航道局典型黏土施工工程，統(tǒng)計(jì)了近幾年連云港、天津、廈門(mén)、鲅魚(yú)圈、龍口等工地287組起球黏性土原狀土的物性指標(biāo)，在已有指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，從輸送角度以及天航局疏浚工程實(shí)際情況角度，對(duì)起球黏土指標(biāo)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(biāo)，其判別指標(biāo)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(xué)指標(biāo)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(xué)指標(biāo)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(biāo)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(jì)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(shì)明顯，所以黏粒含量指標(biāo)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(xué)指標(biāo)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(xué)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的研究，但是，在對(duì)液性指數(shù)與其他物理力學(xué)指標(biāo)間關(guān)系的研究中還沒(méi)發(fā)現(xiàn)專(zhuān)門(mén)針對(duì)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(duì)鲅魚(yú)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(jì)值與標(biāo)貫擊數(shù)、壓縮模量、天然孔隙比、密度、粘聚力的統(tǒng)計(jì)值相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖2～7�！緢D2-7】
通過(guò)以上的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)液性指數(shù)與標(biāo)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(dá)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(dá)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。考慮到數(shù)據(jù)樣本間的地區(qū)差異性及工程項(xiàng)目的隨機(jī)性，土體物理力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，影響因素甚多，以上相關(guān)性分析結(jié)果表明進(jìn)行分析的各物性指標(biāo)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(jí)與抗剪強(qiáng)度、天然密度、標(biāo)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(duì)于疏浚工程中的飽和黏性土表征的為同一土性;由于標(biāo)貫擊數(shù)與液性指數(shù)相關(guān)系數(shù)達(dá)0.97，所以標(biāo)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(dá)0.93的塑性指數(shù)以及密度指標(biāo)，在一定程度上也表征抗剪強(qiáng)度與附著力指標(biāo)，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(biāo)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(biāo)具有一定的理論基礎(chǔ)。
需要說(shuō)明的是，在以上的相關(guān)性分析中，雖然每個(gè)相關(guān)關(guān)系圖給出了相應(yīng)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(gè)普適的公式還很困難，因此圖中的回歸方程用于物理指標(biāo)間相互估算時(shí)受區(qū)域影響比較大，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，檢驗(yàn)后應(yīng)用。
3工程實(shí)例驗(yàn)證
前述內(nèi)容總結(jié)了黏土成球基本判別指標(biāo)與土的物理力學(xué)指標(biāo)間的回歸方程，并進(jìn)行了相關(guān)關(guān)系分析，理論上已經(jīng)可以應(yīng)用黏土成球基本判別指標(biāo)來(lái)表征其他物性指標(biāo)，進(jìn)而預(yù)測(cè)起球與否。但最終能否實(shí)際應(yīng)用到工程中，須用實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。翔安南部蓮河片區(qū)造地工程位于福建省廈門(mén)市翔安區(qū)，南側(cè)為大嶝島，西與廈門(mén)島隔海相望。
施工船舶為國(guó)內(nèi)大型自航絞吸船天麒號(hào)。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(qiáng)，黏性一般或較好。局部混砂，砂粒以粉細(xì)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(wú)搖振反應(yīng)，切面稍光滑，干強(qiáng)度及韌性中等，局部地段相變?yōu)轲ね�。力學(xué)性能較高，屬中等壓縮性土。
圖8為現(xiàn)場(chǎng)所取黏土球樣本，圖9為現(xiàn)場(chǎng)泥塘吹填區(qū)情況。從圖中可以看出現(xiàn)場(chǎng)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(gè)區(qū)域土質(zhì)及形成該黏土球的原狀黏性土化驗(yàn)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(yàn)證了黏土起球基本判別指標(biāo)。需要指出的是，黏土球中物性指標(biāo)，因?yàn)樵陴ね燎虻男纬蛇^(guò)程中，參入了大量的砂性土及滾動(dòng)壓密作用，其物性指標(biāo)與原狀土差異較大�！颈�1】
4結(jié)語(yǔ)
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(dá)0.92以上，黏粒含量指標(biāo)可考慮用塑性指數(shù)IP表征。
2)液性指數(shù)統(tǒng)計(jì)值與標(biāo)貫擊數(shù)、壓縮模量、天然孔隙比、密度、粘聚力的統(tǒng)計(jì)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(biāo)配合一定程度上表征了標(biāo)貫級(jí)數(shù)、壓縮模量、抗剪強(qiáng)度與附著力指標(biāo)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(gè)指標(biāo)可以反映黏性土成球的標(biāo)準(zhǔn)。
4)根據(jù)多地情況分析，黏性土成球的標(biāo)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(fù)雜，以上成球指標(biāo)體系雖已初步建立，但有關(guān)具體界限值尚需進(jìn)一步加大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)范圍并與工程實(shí)際進(jìn)行長(zhǎng)期的總結(jié)研究。對(duì)已被絞刀松開(kāi)或被鑿巖機(jī)(或爆破)破碎的黏性土，在水力輸送過(guò)程中，碎塊的大小、形狀、分布對(duì)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(yùn)用本文提出的黏土成球基本判別指標(biāo)時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，納入非土質(zhì)因素的影響。
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