土体分散性综合判别方法探讨

师智勇 陈慧娥 苑晓青 张颖 张旭

师智勇, 陈慧娥, 苑晓青, 等.2020.土体分散性综合判别方法探讨[J].工程地质学报, 28(3):482-489.doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-297
引用本文: 师智勇, 陈慧娥, 苑晓青, 等.2020.土体分散性综合判别方法探讨[J].工程地质学报, 28(3):482-489.doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-297
Shi Zhiyong, Chen Hui'e, Yuan Xiaoqing, et al.2020.Laboratory tests for comprehensive determination method of soil dispersion grades[J].Journal of Engineering Geology, 28(3):482-489.doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-297
Citation: Shi Zhiyong, Chen Hui'e, Yuan Xiaoqing, et al.2020.Laboratory tests for comprehensive determination method of soil dispersion grades[J].Journal of Engineering Geology, 28(3):482-489.doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-297

土体分散性综合判别方法探讨

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2019-297
基金项目: 

国家自然基金国际(地区)合作与交流重点项目 41820104001

国家自然科学基金项目 41602285

国家自然科学基金项目 41430642

吉林省科技发展计划项目 20180520064JH

详细信息
    作者简介:

    师智勇(1995-),男,硕士生,主要从事土体工程地质方面的研究. E-mail: shizy18@mails.jlu.edu.cn

    通讯作者:

    苑晓青(1984-),女,博士,副教授,主要从事土体工程地质方面的研究. E-mail: yuanxiaoqing@jlu.edu.cn

  • 中图分类号: P642.1

LABORATORY TESTS FOR COMPREHENSIVE DETERMINATION METHOD OF SOIL DISPERSION GRADES

Funds: 

the Key Program of International (Regional) Cooperation and Exchange of National Natural Science Foundation 41820104001

National Natural Science Foundation of China 41602285

National Natural Science Foundation of China 41430642

Jilin Science and Technology of Development Plan Projects 20180520064JH

  • 摘要: 分散性土具有抗冲蚀能力低、遇水易分散的性质,容易造成路基失稳、堤坝管涌等事故。通常采用双比重计试验、碎块试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验来判别土样的分散性等级。但由于我国分散性土研究时间较少尚未形成统一的标准,不同的鉴别试验往往出现不同的结果,同时各判别试验的等级划分也不完全相同,对土体的分散性等级不能做明确的判别。以吉林乾安地区土样为研究对象,在测定土体性质及矿物组成的基础上,采用不同试验方法对其分散性进行测试,并综合考虑土体性质与分散机理,分别赋予碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验不同的权重值,同时将碎块试验、双比重计试验、针孔试验方法中的土体分散性等级划分为高分散性、分散性、过渡性、非分散性4种等级。根据碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子试验,对各分散等级赋予一定的分值,最后根据权重值和评分综合判定研究土样的分散性等级。该方法可为分散性土体的分散等级综合判定提供相应的借鉴与参考。
  • 图  1  研究区地貌图

    Figure  1.  geomorphological map of the study area

    图  2  双比重计试验结果图

    Figure  2.  Results of double hydrometer test

    图  3  碎块试验土样的崩解状况图

    Figure  3.  Disintegration diagram of soil samples in crumb test

    图  4  针孔试验结果图

    Figure  4.  Result of pinhole test

    表  1  土样的基本性质

    Table  1.   Basic properties of soil samples

    土样编号 液限WL/% 塑限WP/% 塑性指数IP 最大干密度/g·cm-3 最优含水率/% 颗粒组成/% 土样定名
    砂粒2~0.075 mm 粉粒0.075~0.005 mm 黏粒<0.005 mm
    土样1 20.82 13.18 7.64 1.69 17.2 3.7 46.3 50 低液限黏土(CL)
    土样2 19.64 11.52 8.12 1.69 17.1 5.3 44.78 49.92 低液限黏土(CL)
    下载: 导出CSV

    表  2  土样矿物成分

    Table  2.   The mineral compositions of soil sample

    土样编号 黏土矿物总量/% 黏土矿物相对含量/% 全土中各种矿物含量/%
    非黏土矿物含量 黏土矿物含量
    高岭石 蒙脱石 石英 方解石 钠长石 赤铁矿 硫酸钙 高岭石 蒙脱石
    土样1 13 53.85 46.15 43 9 25 7 3 7 6
    土样2 13 61.54 38.46 34 9 24 16 5 8 5
    下载: 导出CSV

    表  3  双比重计试验结果判定表

    Table  3.   Determination of test results of double hydrometer

    当分散度>50% 分散性土
    30%<分散度<50% 过渡性土
    分散度<30% 非分散性土
    下载: 导出CSV

    表  4  双比重计试验结果

    Table  4.   Results of double hydrometer test

    土样编号 黏粒含量/% 分散度D/% 判定结果
    不加分散剂 加分散剂
    土样1 52.407 67.605 77.52 分散土
    土样2 59.177 69.702 84.90 分散土
    下载: 导出CSV

    表  5  碎块试验评价土的分散性的标准

    Table  5.   Standard for evaluating soil dispersibility by crumb test

    等级划分 类别 土块在蒸馏水中的表现情况
    等级1 非分散性土 无反应。土块可能会碎裂、扩散,但水中没有悬浮胶体产生的浑浊水。所有粒子在第1个小时内沉淀
    等级2 过渡性土 轻微反应。2级为过渡级。一种微弱的、几乎看不见的胶状悬浮物会在土样表面附近产生浑浊水。如果“云雾状”很明显,则划分为3级。如果“云雾状”只在很小的区域内隐约可见,则划分为1级
    等级3 分散性土 中度反应。在土样表面的周围可见悬浮的黏土云雾状。云雾状可能会沿着烧杯底部扩散到离土样10 mm的地方
    等级4 高分散性土 强烈反应;在烧杯的整个底部都能看到一团稠密的悬浮黏土胶体。有时土样分散性很大,很难确定原土样与胶体悬浮液的界面。通常,在烧杯的侧面很容易看到土粒胶体悬浮液
    下载: 导出CSV

    表  6  碎块试验时蒸馏水温度

    Table  6.   Water temperature in crumb test

    起始温度/℃ 2 min温度/℃ 1 h温度/℃ 6 h温度/℃
    26.5 26.2 20.6 16.7
    下载: 导出CSV

    表  7  针孔试验评价土的分散性标准

    Table  7.   Standard for evaluating soil dispersion by pinhole test

    类别 水头/mm 在某一水头下的持续时间/min 最终流量/mL·s-1 出水颜色 最终孔径
    分散性土 D1 50.00 5.00 1.0—1.4 非常暗 >2.0
    D2 50.00 10.00 1.0—1.4 >1.5
    过渡性土 ND4 50.00 10.00 0.8—1.0 稍暗 ≤1.5
    ND3 180.00 5.00 1.4—2.7 较暗 >1.5
    380.00 5.00 1.8—3.2 中等暗
    非分散土 ND2 1020.00 5.00 >3.0 微弱黑暗 <1.5
    ND1 1020.00 5.00 ≤3.0 清楚 >1.00
    下载: 导出CSV

    表  8  针孔试验结果

    Table  8.   Result of pinhole test

    土样编号 水头/mm 时间/min 流量/mL·s-1 浑浊情况 最终孔径/mm 判定结果
    侧视 顶视
    土样1 50 5 0.86 浑浊 很浑浊 1.9 分散土
    土样2 50 5 8.81 较浑浊 浑浊 1.85 分散土
    下载: 导出CSV

    表  9  交换性钠离子百分比试验的判断标准

    Table  9.   Standard for percentage test of exchangeable sodium ions

    ESP < 7 非分散性土
    7≤ESP < 15 中等分散性土
    ESP≥15 高分散性土,即有严重管涌的可能性
    下载: 导出CSV

    表  10  交换性钠离子百分比试验结果

    Table  10.   Result of percent exchangeable sodium

    土样 交换性钠离子含量/mmol·(100 g)-1 阳离子交换总量/mmol·(100 g)-1 交换性钠离子百分比/%
    土样1 0.525 1.756 29.8
    土样2 0.44 1.3825 31.8
    下载: 导出CSV

    表  11  土样分散性综合判定

    Table  11.   Comprehensive determination of dispersion of soil samples

    试验类别 试验结果及评分 本次试验结果及评分 综合评定
    等级 评分 等级 评分 等级 评分 等级 评分
    碎块试验 等级1非分散性 2.5 等级2过渡性 5 等级3分散性 7.5 等级4高分散性 10 分散性土7.5 7.5×0.25+10×0.2+7.5×0.4+10×0.15=8.375综合判定乾安地区土样为高分散性土
    双比重计试验 分散度<30%非分散性 2.5 30%<分散度<50%过渡性土 5 50%<分散度<70%分散性 7.5 分散度>70%高分散性 10 高分散性10
    针孔试验 ND1、ND2非分散性 2.5 ND3、ND4过渡性土 5 D2分散性 7.5 D1高分散性 10 分散性土7.5
    交换性钠离子百分比试验 ESP < 7非分散性 2.5 7≤ESP < 10过渡性土 5 10≤ESP < 15分散性土 7.5 ESP≥15高分散性 10 高分散性土10
    下载: 导出CSV
  • ASTM. 2009. Standard test method for identification and classification of dispersive clay soils by the pin-hole test (D4647-06)[S].West Conshohocken, PA: ASTM International. doi: 10.1520/D4647-06,www.astm.org.
    ASTM. 2011. Standard test method for dispersive characteristics of clay soil by double hydrometer (D4221-11)[S]. West Conshohocken, PA: ASTM International. doi: 10.1520/D4221-11,www.astm.org.
    ASTM. 2006. Standard test methods for determining dispersive characteristics of clayey soils by the crumb test (D6572-06)[S]. West Conshohocken, PA: ASTM International. doi: 10.1520/D6572-06,www.astm.org.
    Bao S C, Wang Q, Bian J M. 2018. Indoor frost heaving experiment of saline soil in Da'an area, Jilin Province[J]. Journal of Engineering Geology, 26(6): 1701-1707. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gcdzxb201806034
    Chen S H, He Y H, Sun C Y. 2008. Experimental study on the identification of dispersed clay[J]. Zhejiang Hydrotechnics, (2): 39-41. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dfdlgl201410015
    Fan H H, Zhao G W, Li H L. 2010. Current researches and prospects of dispersive clay[J]. Rock and Soil Mechanics, 31 (S1): 108-114. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=ytlx2010z1018
    Fan H H, Kong L W, Li H L, et al. 2010. Study of dispersive identification and treatment with lime of dam soil in Majiushu Reservoir[J]. Rock and Soil Mechanics, 31(1): 193-198. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=ytlx201001033
    Fan H H. 2012. Study on dispersed soils[M]. Beijing: China Water Resources and Hydropower Press.
    Fan H H, Zhao G W, Lu L N, et al. 2013. Comprehensive criterion of dispersive soil and improvement of pinhole test[J]. Journal of Hydroelectric Engineering, 32(1): 248-253. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=slfdxb201301040
    Ittiporn S. 2003. The possibility of improved dispersive clay soil by powder alum[C]//41 st Kasetsart University Annual Conference. Bangkok: [s.n.]: 323-329.
    Ju J L. 2007. Research on dispersive identification of clay soil[D]. Yangling: Northwest A & F University.
    Li C Y, Wang Q, Liu S W, et al. 2018. Experimental study on pore characteristics of saline soil in western Jilin province[J]. Journal of Engineering Geology, 26 (S1): 518-524. https://www.hindawi.com/journals/mpe/2017/7689415/
    Maharaj A, Paige-Green P. 2015. The pinhole test for dispersive soil identification[J]. Engineering Geology for Society and Territory, 1299-1303. http://cn.bing.com/academic/profile?id=48893aca9c1e08c1d3253d1a82a4c888&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    Ouhadi V R, Goodarzi A R. 2006. Assessment of the stability of a dispersive soil treated by alum[J]. Engineering Geology, 85(1-2): 91-101. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=285be23a363e742a9be9e08052a1d4bc
    Qin Y Z. 1981. Experimental study on dispersion properties of the viscous soil at the bottom of Xiaolangdi river in Yellow River[J]. Yellow River, (5): 8-12.
    Reza Bicharancou. 2000. An experimental study on Sherard′s chemical criterion with regard to the role of extraction water content on identifying dispersivity of soils[J]. Civil Engineering, (1): 13-19.
    Ren J K. 2017. Study on erosion mechanism of dispersive clay in Zhenlai, Jilin province[D]. Changchun: Jilin University.
    Shi X, Fan H H, Liu G, et al. 2016. Deformation properties of saturated dispersive clay[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 33(9): 87-92. http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-CJKB201609017.htm
    The Professional Standards Compilation Group of People's Republic of China. 1999. Standard for soil test method (GB/T 50123-1999)[S]. Beijing: China Planning Press.
    Thomas Merton Petry. 1974. Identification of dispersive clay soils by a physical test[D]. Oklahoma State University.
    Wang Q D. 2013. Comprehensive evaluation based on dispersed clay[J]. Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy, 41(8): 30-33.
    Wang N, Wang Q, Huo Z S, et al. 2016. Influence of salt and compaction on critical water content of frost heaving of saline soil[J]. Journal of Engineering Geology, 24(5): 951-958. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gcdzxb201605030
    Wang Y. 2010. Research on Dispersive identification and freeze-thaw cycles of clay soil in the west part of Jilin[D]. Changchun: Jilin University.
    Wang T. 2016. Study on the dispersive identify and modified of soil material of Shaxuangou soil-retaining dam[D]. Yangling: Northwest A & F University.
    Wei L, Chai S X. 2018. Evaluation of solidifying effect of SH agent on inshore saline soils[J]. Journal of Engineering Geology, 26(2): 407-415. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gcdzxb201802017
    Yu J H, Fan H H, Zhang L, et al. 2018. Influence of Water environment on engineering properties of dispersive clay[J]. Yellow River, 40 (9): 143-147, 151. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rmhh201809033
    Zhang J. 2010. Research on the dispersion mechanism of the dispersive seasonal frozen soil in the western of jilin province[D]. Changchun: Jilin University.
    Zhang X D, Wang Q, Li P F, et al. 2015. Research on Soil Dispersion of Qian'an Soil Forest[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 36(11): 1643-1647. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dbdxxb201511027
    鲍硕超, 王清, 卞建民. 2018.吉林省大安地区盐渍土室内冻胀试验研究[J].工程地质学报, 26(6): 1701-1707. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gcdzxb201806034
    陈式华, 何耀辉, 孙从炎. 2008.分散性黏土鉴定的试验研究[J].浙江水利科技, (2): 39-41. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zjslkj200802014
    樊恒辉, 赵高文, 李洪良. 2010a.分散性黏土研究现状与展望[J].岩土力学, 31 (S1): 108-114. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ytlx2010z1018
    樊恒辉, 孔令伟, 李洪良, 等. 2010b.马家树水库大坝防渗土料分散性判别和改性试验[J].岩土力学, 31(1): 193-198. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ytlx201001033
    樊恒辉. 2012.分散性土研究[M].北京:中国水利水电出版社.
    樊恒辉, 赵高文, 路立娜, 等. 2013.分散性土的综合判别准则与针孔试验方法的改进[J].水力发电学报, 32(1): 248-253. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/slfdxb201301040
    巨娟丽. 2007.黏土分散性鉴定试验研究[D].杨凌: 西北农林科技大学. http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10712-2007188496.htm
    李超月, 王清, 刘守伟, 等. 2018.吉林西部盐渍土孔隙特征的试验研究[J].工程地质学报, 26 (S1): 518-524. http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-GCDZ201810001074.htm
    秦曰章. 1981.黄河小浪底黏性土分散性能的试验研究[J].人民黄河, (5): 8-12. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-RMHH198105001.htm
    任佳宽. 2017.吉林省镇赉地区分散性土冲刷机理研究[D].长春: 吉林大学. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-1017148401.htm
    史祥, 樊恒辉, 刘刚, 等. 2016.饱和分散性土变形特性试验研究[J].长江科学院院报, 33(9): 87-92. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/cjkxyyb201609022
    王启东. 2013.基于分散性黏土的综合评定[J].黑龙江水利科技, 41(8): 30-33. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hljslkj201308008
    王宁, 王清, 霍珍生, 等. 2016.盐分与压实度对盐渍土起始冻胀含水率的影响[J].工程地质学报, 24(5): 951-958. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gcdzxb201605030
    王颖. 2010.吉林西部黏性土分散性判别及冻融试验研究[D].长春: 吉林大学. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-2010109717.htm
    汪涛. 2016.沙旋沟淤地坝筑坝土料的分散性鉴定及改性试验研究[D].杨凌: 西北农林科技大学. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10712-1016161200.htm
    魏丽, 柴寿喜. 2018. SH固土剂对滨海盐渍土的固化作用评价[J].工程地质学报, 26(2): 407-415. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gcdzxb201802017
    余佳辉, 樊恒辉, 张路, 等. 2018.库水环境变化对分散性土工程性质的影响[J].人民黄河, 40 (9): 143-147, 151. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y3224700
    张静. 2010.吉林省西部地区分散性季冻土的分散机理研究[D].长春: 吉林大学. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-2010107350.htm
    张旭东, 王清, 李鹏飞, 等. 2015.乾安"泥林"土体分散性研究[J].东北大学学报(自然科学版), 36(11): 1643-1647. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dbdxxb201511027
    中华人民共和国行业标准编写组. 1999.土工试验方法标准(GB/T 50123-1999)[S].北京: 中国计划出版社.
  • 加载中
图(4) / 表(11)
计量
  • 文章访问数:  1214
  • HTML全文浏览量:  423
  • PDF下载量:  65
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-09
  • 修回日期:  2019-10-08
  • 刊出日期:  2020-06-25

目录

    /

    返回文章
    返回