[发明专利]一种宏观的能够在施工中判别土体膨胀性等级的方法

摘要

本发明一种宏观的能够在施工中判别土体膨胀性等级的方法，其特征在于：项目实施前，选取该工区代表性的试样进行自由膨胀率室内试验，建立膨胀性与岩性、土体结构、颜色、裂隙发育特征等之间的关系，以实现现场快速判别的准确性和科学性；选取土体膨胀性等级快速判别的宏观控制指标，开展控制指标分类描述和研究；建立土体膨胀性判别模型，确定各影响因子的权重，同时开展室内验证性试验，提高模型的可靠度和试验的准确性；按照得到的土体膨胀性判别模型，现场开展该工区土体膨胀性等级快速判别工作，它克服了现有技术中无法及时实施过程中需要根据膨胀等级调整处理方案和处理强度工程的缺点，具有现场施工过程中快速判别膨胀土的优点。

主权项

一种宏观的能够在施工中判别土体膨胀性等级的方法，其特征在于：它包括如下步骤：①、项目实施前准备：在一个新工作区开展现场快速判别前，选择具代表性的试样进行自由膨胀率室内试验，建立膨胀性与岩性、土体结构、颜色、裂隙发育特征之间的关系；②、宏观指标选取：现场试样的选取和鉴定按照如下具体的明显特征，依次进行选取试样和进行评分；(2.1)、地貌X₁：膨胀土地区的主要地貌形态为孤山、岗地、山前平原、河流一，二级阶地、河床；从地形地貌上而言：分布在岗顶岗坡者一般为中膨胀土或岩，岗顶表层一般分布弱膨胀土，岗凹一般为弱膨胀土，大型河流两侧平原一般为弱膨胀土，河间地块一般分布为中膨胀土；下述为具体地貌的评分；岗顶7‑8分；岗坡4‑7分；岗坡脚3‑5分；岗间凹地0‑3分；河间地块6‑8分；冲积平原4‑7分；平原前缘4‑5分；平原后缘6‑7分；II级阶地2‑4分，I级阶地0‑2分；在现场施工过程中，上述地貌单元选择其中一类进行赋分；(2.2)、地层X₂；土体的膨胀性及膨胀等级与土体所处的时代及岩性有密切相关；在颗粒组成基本相同的情况下，不同时代土体膨胀性顺序为N>Q1>Q2>Q3>Q4，其中N代表新近系，Q为第四系；即地层越老，膨胀性越强；下述为具体的赋分；Q₄ 0分；Q₃ 3‑4分；Q₂ 6‑7分；Q₁ 7‑8分；地表残坡积Q：3‑5分；(2.3)、岩性X₃：不同岩性的岩土体膨胀性顺序为：黏土>粉质黏土>粉质壤土>壤土>泥质粉砂；粉质壤土0‑3分；粉质黏土4‑6分；黏土7‑10分，壤土0‑2分；泥质粉砂0‑1分；；(2.4)、大裂隙发育程度：土体的膨胀性越强，裂隙越发育，条数越多，土体的膨胀性越低，裂隙越低，条数越低；尽管同一膨胀等级的膨胀岩土裂隙发育有差异，但随着膨胀性增强，裂隙发育密度存在统计意义上的增大趋势；非膨胀土土体裂隙不发育或者条数越少；弱膨胀土大裂隙不发育，灰白色黏土条带较少，因为含较多的粉粒，土体结构相对松散，开挖面平整度好，开挖渣料粒度小，旱季开挖时很少出现大土块；中膨胀土体大裂隙和长大裂隙发育，裂隙多呈光滑镜面，裂隙面分布灰白色黏土，土体密实坚硬，开挖面可见到较多的裂隙面，开挖渣料存在较多10‑20cm的土块；强膨胀土裂隙极发育，裂隙面光滑，开挖坡面遍布裂隙面，开挖渣料主要呈扁形块体，天然情况下含水量较高，呈硬可塑状；裂隙密度作为判断的基本因子，长大裂隙作为补充因子，总分不超过10分；(X₄)：X₄＜0.4条/m²或<1条/m，0‑3分；X₄＝0.4‑1条/m²或1‑5条/m，5‑7分；X₄＞1条/m²或>5条/m，8‑10分；长大裂隙长度＜5m时，评分总体上+0分；长大裂隙长度为5‑10m时；评分总体上+1分；长大裂隙长度＞10m时；评分总体上+2分；(2.5)、颜色X₅：棕黄色、姜黄色、桔黄色、紫红色黏性土为中膨胀土，浅黄色、灰黄色、褐黄色、褐色为弱膨胀土，灰白色、灰绿色为中‑强膨胀性，白色黏性土一般具强膨胀性；Q₁为棕红色、浅砖红色4‑6分；砖红色、紫红色7‑9分；青灰色7‑10分；Q₂为灰褐色、黄褐色、灰色、棕红色2‑4分；黄色、姜黄色、棕黄色、褐黄色4‑7；棕黄色夹青灰色或灰绿色6‑8分；灰绿色或青灰色8‑10分；Q₃为浅黄色、土黄色、灰黄色0‑3分；褐黄色、灰褐色3‑5分；棕黄色夹灰绿色5‑7分；dlQ为第四系不明时代坡积物且颜色灰褐色、褐色、灰黄色时；赋分为2‑4分；(2.6)、钙质结核X₆；钙质结核是地层形成以后在大气环境作用下的产物，其形成条件与气候环境、土层化学成分、地层水文地质特性等相关；钙质结核普遍存在于膨胀岩土体中，一般呈姜状，具同心圆结构，大小不一，最大直径可达20cm，一般直径3‑8cm；一般来说，若土体开挖发现有钙质结核必定为膨胀土，膨胀土中含钙质结核越多，膨胀性越强；有成层钙质结核分布的具中等膨胀性；土体中分布有零星的钙质结核一般具弱膨胀性；Q₂、Q₁中膨胀土一般分布有钙质结核及钙质结核层，Q₃一般含少量风化钙质结核；若Q₃土体分布有原地钙质结核层者多为中等膨胀土；Q₂、Q₁第一层钙质结核层或富集层以上一般为弱膨胀土，第一层钙质结核层或富集层以下为中等膨胀土；地表不明时代地层一般少含钙质结核或不含，为弱膨胀土；层内钙质结核含量没有的0‑3分；层内钙质结核含量零星3‑4分；层内钙质结核含量富集5‑6分；在层内钙质结核含量富集层下方6‑8分；层内钙质结核含量富集层上方3‑5分；(2.7)、开挖坡面及开挖渣料特征X₇；开挖坡面平整度好，无或极少有长大裂隙面分布，开挖渣料松散且小于10cm比例超过70％，赋分0‑4分；开挖坡面存在有裂隙面构成的凹坑，大和长大裂隙较发育，开挖渣料小于10cm比例在50％左右，土块坚硬，赋分5‑7分；开挖坡面因大量裂隙而凹凸不平，开挖过程易出现块体失稳或小规模崩塌，土块或硬塑或可塑状，开挖渣料多数为裂隙切割而成的多面体，赋分8‑10分；(2.8)水文地质特征X₈：弱膨胀土因含较多的粉粒，富水性和渗透性相对较强，工程开挖时通常在坡面上有地下水渗出，在下部分布中、强膨胀土时，沿岩性界面形成带状渗水现象，因此在开挖边坡线状渗流点以上地层一般为弱膨胀土，在开挖边坡线状渗流点以下地层一般为中膨胀土；中、强膨胀土在渠道开挖过程中，往往只有零星的、局部的渗水现象，且渗水现象持续时间较短；强膨胀土尽管富水性、渗透性差，但吸水性强，天然含水率明显高于弱、中膨胀土；开挖面呈面状渗流，且地下水丰富，0‑3分；开挖面呈线状持续渗流，渗流点以上土体3‑5分，开挖面呈线状持续渗流，渗流点以下土体6‑8分；开挖面见零星斑块状渗水现象，6‑7分；开挖面见个别渗水点，土体含水率高，8‑10分；③、膨胀性判别模型建立：根据步骤②中宏观指标选取之后；建立膨胀性判别的半定量模型：Y＝AX₁+BX₂+CX₃+DX₄+EX₅+FX₆+GX₇+HX₈，设定各因子取值0‑10，其中当Y＝0‑2分，即为非膨胀土对应，Y＝2‑5分与弱膨胀土对应，Y＝5‑7分与中膨胀土对应，Y＝7‑10分与强膨胀土对应；④膨胀性等级判别：依据③建立的半定量模型和赋值方法，结合现场判别流程，综合计算出Y值进行土体膨胀性等级判别。当Y<2时，判为非膨胀土；Y＝2‑5分时，判为弱膨胀土；Y＝5‑7分时，判为中膨胀土；Y>7分时，判为强膨胀土；⑤、在步骤③进行的同时，选取相同的试样依据《土工试验规程》(SL237‑1999)按照《自由膨胀率试验》(SL237‑024‑1999)要求开展室内验证性试验，得到试样的膨胀土或岩的膨胀类别与室外的膨胀土的所在的分数进行比较，校准。