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1、厦门地区几个岩土问题的认知陈追田中机工程勘察设计研究院四川方圆地基基础有限公司1问题改革开放近三十年，厦门地区岩土工程技术有了突飞猛进的发展，工程勘察水平也有长足进步，尤其是2000年实行施工图审查制度以来，工程勘察质量明显提高。但也必须清醒地看到：在厦门地区，最基本的岩、土、水性质认知还相当不够，甚至存在错误认识，如果处理不当，将影响到岩土工程与地基基础设计、施工。仅从工程地质基本理论和工程实践中常规方法来与大家共同探讨以下问题： 坡洪积物、冲洪积物、海陆交互相软土-粒度成分为粗粒土，而主要性质表现为细粒土。花岗岩风化残积物-用什么思路评价这种特殊性岩土较合适；岩土参数建议值是否应该考虑岩土
2、工程性质与深度的关系。 2粗粒土表现细粒土性质21基本情况主要地层：山体坡脚区域的坡洪积物；沟谷地带的冲洪积物；海湾地带滨海相、海陆交互相的软土。特殊的沉积环境：地貌特点、非单一物源、短距离搬运、水动力条件不稳定的。粒度成分：粗粒组分（0.075mm）质量累积含量大于50%，按现行规范分类为粗粒土。上述三类土体粒度总体由粗至细，分类多以砂为主。基本特征：主要表现细粒土性质，如明显塑性、韧性、干强度；具明显粘聚内、较低渗透性。评价误区：盲目地按粗粒土或细粒土工作方法、手段评价均不能反映实际。它实质是一种混合土。22基本知识回顾土是由固相、液相、气相组成的三相分散系。固相成分即土粒构成土的骨架主体
3、，土的工程性质主要取决于土粒大小。这是因为： 土颗粒大小不同，土的比表面不同（单位体积或单位质量土颗粒所具有的表面积），表面能不同，导致土颗粒与水、气相互作用程度不同。 土是经岩石风化、搬运、沉积的产物，在这过程中，土颗粒由粗变细，矿物成分也发生变化，颗粒大小与矿物成分有较好对应关系。漂石与块石、卵石与碎石、砾石与角砾粒组由岩屑组成；砂粒绝大数都是单个原生矿物。原生矿物是母岩物理风化的产物，主要为石英，其次为长石与云母、角闪石、磁铁矿等；粉粒主要由石英和少量次生矿物难溶盐（方解石、白云石）组成；粘粒主要由次生矿物组成，而粘土矿物所占比例最大。一般而言，岩屑与原生矿物化学性质稳定，多呈单粒结构，
4、具有强抗水性，无亲水性或弱。而次生矿物多呈胶态或准胶态，具有很高表面能和很强亲水性等，它们含量很小的变化也可能引起土工程性质明显差异。土颗粒不同粒组表现出不同特征，见表1。不同粒组的一般特征比较 表1粒组粒径（mm）一般特征漂石或块石、卵石或碎石颗粒20透水性很大；无粘性；无毛细作用圆砾或角砾颗粒202透水性大；无粘性；毛细水上升高度很小（不超过粒径大小）砂粒20.075易透水；无粘性；无塑性；干燥时松散；毛细水上升高度不大（小于1m）粉粒0.0750.005透水性较弱；湿时稍有粘性（毛细水），干燥时松散，饱和时易流动；无塑性和遇水膨胀性；毛细水上升高度大；湿时振动有析水（液化）现象粘粒0.0
5、05几乎不透水；湿时有粘性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升高度大，但速度缓慢显然有以下基本规律：颗粒越细，与水作用越强烈。而表现在力学性质上，强度逐渐变小，抗变形能力变差。理想粗粒土的性质取决于：颗粒大小、颗粒形状与表面特征、级配、矿物成分，风化状态、密实度。而与土中水关系不大（但不是没关系）。理想细粒土性质：一定与土中水有密切联系。自然界中土体往往是由多个粒组土颗粒构成，尤其如厦门地区第四系土体特殊地质环境（如：地貌单元的多元；土体从物源区经剥蚀，搬运到堆积区距离较短；沉积环境动荡、成因类型交互等），更是形成了粗、细颗粒混杂的混合物。23粒组体积含量土体表现什么性质取决于是哪个
6、粒组在起关键作用。土体主要表现粗粒土性质是由于粗粒组成分起到了骨架作用；土体主要表现细粒土性质是细粒组成分，尤其是粘粒与土中水、气的作用的结果，粗粒组成分未起到骨架作用。骨架是指粗粒组（大于0.075mm部分）的作用，其作用分析是颗粒从粗到细顺序开始的，这与土分类原则一致。根据土质学原理,可以推导出某粒组在土体中的体积含量：Ni=PiG/Gi(1+e) （1）式中：Ni土体中某粒组的体积含量（%）；Pi土体中某粒组的质量含量（%）；Gi土体中某粒组的颗粒平均比重；G土体的颗粒平均比重；e土体的孔隙比。应当注意，颗粒比重取决于矿物成分，它一般变化于2.6-2.8间,从岩屑、原生矿物、次生矿物顺序
7、，其数值自小到大的变化。土体颗粒越细，比重越大。显然，上式中GiG。对于理想等直径球体，根据堆积试验得到的正常孔隙率约为50%，而理论上球体呈正方体排列的孔隙率为47.6%，即理想等直径球体形成骨架的最小体积含量约为堆积体总体积的一半。自然界土体颗粒大小不一、形状各异，相对等直径球体而言，土体中粗粒组达到骨架作用的体积含量不是定值,它将随着颗粒形状、级配特征等等因素在一个范围内变化。工程实践中，我们可以将某粒组体积含量作为评价是否形成骨架初步依据，因为无论自然界土体如何复杂，对于来自同物源、相同地质单元、相同成因的土体其物质组成（包括机械成分、矿物成分、土中水、气等）是有自身规律的。如前所述，
8、细粒颗粒，尤其粘粒和土中水、气相互作用相比粗粒颗粒要强烈得多，粘粒含量较小的变化及矿物类型差异也将导致土体性质很大不同。混合土不会简单地表现粗粒土或细粒土性质，它往往兼而有之。而且，土的性质不是静态的，它会随土体外部环境影响，产生变化。24含水量计算问题对所有工程技术人员来讲，含水量概念不是问题。对颗粒成分为粗粒土，却表现细粒土性质的混合土含水量而言，我们绝大多数工程师存在误区。细粒土天然含水量、液限含水量、塑限含水量、缩限含水量是重要的特性指标，它的变化影响着土的工程性质。对于含有较多大于0.5mm颗粒的混合土，用目前方法测定的天然含水量、液限含水量、塑限含水量、缩限含水量直接评价土的稠度状
9、态（软硬程度）、承载力等是不合适的。当粗粒组（砂颗粒）不能起骨架时，细粒土性质主要由粘粒和水的作用表现出来。除特殊科学试验外，工程实践中还不能用粘粒部分测定液限含水量、塑限含水量、缩限含水量。工程实践中，土的天然含水量是用全土测定的，它包含了颗粒直径大于0.5mm和小于0.5mm的所有粒组。而液限含水量、塑限含水量、缩限含水量等测定的是颗粒直径小于0.5mm的土，如果有大于0.5mm的颗粒，在试验前要剔除。也就是说，是用颗粒直径小于0.5mm的部分土的液限含水量、塑限含水量、缩限含水量来代表或评价全土。显然，天然含水量与之不谐调。怎么解决这个问题？因为直径大于0.5mm的颗粒表面吸着水水量很少
10、且量很稳定,我们可以估算颗粒直径小于0.5mm的部分土含水量，。可以参照国标（GB50021-2001）花岗岩残积土细粒部分含水量方法。wf=(w-wA0.01Pi)/(1-0.01Pi) (2)ILf=(wf-wp)/Ip (3) 式中：wf粒径小于0.5mm颗粒部分土的含水量（%）； w全土天然含水量（%）； wA粒径大于0.5mm的砂颗粒吸着水含水量(%)； Pi粒径大于0.5mm的砂颗粒质量占总质量的百分比(%)； wp土的塑限含水量（%）； IP土的塑性指数（%）； ILf粒径小于0.5mm颗粒部分土的液性指数。25实例分析实例一：泥质粉砂（该例取自于某花岗岩类分布地区，由于资料完整
11、、对厦门地区有参考价值，故引用） 现场特征：冲洪积成因，距海岸约500m，埋深19m，上覆中密细砂，下伏密实细砂。循环水钻进土柱不易冲散，取土器或标贯器中芯样呈柱形，手掰不散而弯曲，手捻有砂感但出镜面，湿土有粘手感觉，表现明显塑性。 室内试验：52个样品进行基本试验，成果见表2，表现一定塑性，为低塑性土。19个样品粒度分析，成果见表3，不均匀系数约为90，曲率系数为8.4，粒度构成极不均匀。 室内试验基本指标 表2指标W（%）r（kN/m3）GSr(%)eWL(%)Ip(%)ILa(MPa-1)Es(Mpa)范围值15.721.319.921.32.692.7283940.470.6718.2
12、25.36.612.90.330.720.080.266.518.3平均值18.320.52.70890.5622.410.10.590.1612.4粒度成分统计表 表3 粒组(mm)10.50.50.250.250.10.10.0750.0750.050.050.010.010.0050.005质量含量(%)平均值13.712.637.52.85.110.23.514.8范围值57.375.124.942.7平均值66.633.4原位试验：（1）标准贯入试验：击数7.4击，反映土体具有较小内摩擦角。若按细粒土评价,由粘性土经验关系,承载力估算值150230kPa。若按砂土评价，它是松散状态，
13、承载力小于100kPa，但与较小孔隙比不匹配。（2）静力触探试验：摩阻比约为n=3，反映中低塑性细粒土特点，锥尖阻力qc=1.4MPa(估算比贯入阻力Ps=1.7MPa)，說明土体具有较小内摩擦角，反映细粒土特征。由粘性土经验关系,承载力估算值150230kPa。（3）旁压试验：(pfp0)=300kPa (注:临塑压力pf、初始压力p0)，即承载力估算为300kPa，尽管试验数据偏少，也初步说明承载力并不象标贯试验成果按砂土反映承载力那么低。依据原始土工试验成果，按粉质粘土或粉土估算承载力为220340kPa。但不能忽视高含量砂颗粒造成土体结构易于扰动的影响，即孔隙比试验值小于试验值（表3孔
14、隙比明显偏小），以及高含量砂颗粒对含水量影响，承载力估算偏高。若综合考虑这一因素，承载力乘0.7-0.8折减系数，则承载力值与标贯试验、静探试验成果按细粒土估算承载力一致。综合分析：按省标（DBJ13-84-2006）分类，它定名为泥质粉砂。但绝不能简单地按砂土评价该土体。若以粉砂论：松散状、极低承载力、较高压缩性，并且有液化可能，与现场特征及大多试验反映情况相左。从宏观沉积环境分析，上下透水性好的砂层，给土体固结提供了良好排水通道，况且上下砂层现已具有较高密实度，该土体即使是砂，也应是固结很好、密实度高的，而非松散状态。将其划分为粘性土、粉土，用原位测试方法评价承载力和变形特征等比较恰当。为什么按规范应该划分为砂而未体现砂土性质呢？因为砂粒组颗粒并未起骨架作用，它悬浮于由细粒土与孔隙中水、气组成的基质中，自然表现出细粒土性质了。该土体砂粒组体积含量可能估算：粗粒组质量最大含量Piman=75.1%，土体孔隙比最小值em
