CN116698670B - 一种实现黏粒含量评估的土壤分类方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种实现黏粒含量评估的土壤分类方法，用于岩土工程中土壤分类以及中间土壤的物理性质评估。该方法包括：利用流动指数和液限对土壤分类图进行拓展，利用该方法对土壤准确分类，以及对中间土壤的黏粒含量进行评估。其中，该方法的黏粒含量分界线通过流动指数，液限和黏粒含量三者的关系得出。本发明所提供的可实现黏粒含量评估的土壤分类方法可以实现区分中间土壤，并能够提供土壤黏粒含量的大致范围。

Description

一种实现黏粒含量评估的土壤分类方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，特别是一种实现黏粒含量评估的土壤分类方法。
背景技术
中国的海底和陆地上众多土体经常承受着诸如台风、海浪、地震、交通振动以及降雨等静动力荷载的影响。这些土体很大一部分是由砂粒、粉粒和黏粒组成的具有中间特性的土壤（例如：黏质粉土，粉质黏土，粉质砂土等），但目前中国的细粒土分类图并不能对中间土壤进行分类。Moreno-Maroto and Alonso-Azcárate提供了一种对中间土壤进行分类的方案，如图1中所示。该方法依据土壤塑性进行归类能够准确区别中间土壤。由于该分类方法需要测定土壤液塑限，而塑限测定方法误差较大，导致分类图不够准确。而且中间土壤组成复杂，难以表征其物理性质。通过土壤组成提供一种评价方案，有助于对其物理性质进行分析。因此，亟需一种能评估中间土壤物理性质的土壤分类方法。
发明内容
为了解决上述问题，可以采用流动指数与黏粒含量对该分类图进行拓展。流动指数（FI）是落锥试验中的一种物理指标，它代表了土壤含水率和落锥深度半对数坐标下拟合得到的直线斜率。该指数可用于代替土壤的塑性指数以避免塑限测量。同时，研究表明黏粒含量（CF）的改变对于土壤的物理性质（土壤的缩限，液化能力，孔隙率，地震波速等）十分重要，这是由黏土矿物的压缩性、土壤结构决定的。黏粒含量作为土壤的一种重要组成部分，根据其对土壤进一步分类，是评估中间土壤的物理特性趋势的一种合理方法。
本发明的目的是提供一种可实现黏粒含量评估的土壤分类方法，不仅能有效区分出中间土壤，还能对其黏粒含量范围做出评估。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
Moreno-Maroto and Alonso-Azcárate土壤分类图如图1中所示，其使用土壤的塑性指数（I P）与液限（w L）进行分类。
一种实现黏粒含量评估的土壤分类方法，包括以下步骤：
（1）取样，取具有代表性的土样数量，通过测量土样的塑性指数I P与液限w L，以含水量50%作为高液限和低液限土的区分标准。土壤类型主要由C线和M线确定：
（1）
（2）
两条通过原点的斜直线将图分成了三部分：C线以上为低塑限黏土（CL）、高塑限黏土（CH）。M线以下为低塑限粉土（ML）、高塑限粉土（MH），C线与M线之间为具有中间特性的土壤（CL-ML和CH-MH），主要为：粉质黏土、黏质粉土和黏质砂土。
（2）使用落锥法在含水量-落锥深度半对数坐标下得到的数据拟合，可以得到一条直线，其斜率定义为流动指数。流动指数与塑性指数存在如下关系：
（3）
使用公式（3）对公式（1）（2）中的塑性指数替换，可以得到：
（4）
（5）
该公式即为改进后的流动指数为指标的C线与M线。
（3）同时，通过测量黏粒含量、塑性指数与液限，得到黏粒含量与塑性指数、液限之间存在联系：
（6）
（4）该公式也利用公式（3）进行替换，得到如下流动指数与黏粒含量、液限的公式：
（7）
（5）对公式（7）中的黏粒含量（CF）取值：20%、40%、60%、80%，得到以下黏粒含量边界线：
（8）
（9）
（10）
（11）
黏粒含量的取值随实际需求而改变，以满足更细致的划分。
（6）将公式（4）、（5）、（8）、（9）、（10）、（11）绘制与液限-流动指数坐标图中，拓展后的分类图如图2中所示。
该发明的优点在于：
本发明与传统的中国细粒土土壤分类标准相比，增加了分类中间土壤的功能。
本发明使用流动指数代替塑性指数，省去了塑限测定的步骤，分类更加精确。
本发明增加了黏粒含量评估范围，而且可以改变黏粒含量边界线的数值实现更加精细地划分。在实现土壤分类功能的前提下，对于中间土壤的物理性质判别有很大帮助。
附图说明
图1为原土壤分类图；
图2为实现黏粒含量评估的土壤分类图；
图3为细化的土壤分类图；
图4为黏粒含量评估的土壤分类图准确性验证。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
下面结合图2详细阐述这种一种实现黏粒含量评估的土壤分类方法。
对于想要进行测定的土壤，首先取具有代表性的土样数量，需要提前配置不同的含水量。
使30°、80 g锥体接触土面，其自由落体下坠5s后，记录不同含水量土壤与落锥深度数据。将该数据在半对数坐标下进行拟合得到直线斜率，即流动指数。
通过公式之间的关系换算得到公式：、/>、。
依据上述绘制公式进行绘制关系图：其中CF取值为20%、40%、60%、80%。
找到落锥深度为20 mm处的含水量作为液限。再将对应的流动指数—液限数据在图2中绘制，找到对应的土壤分类。若其位于C线以上分类为黏土。CL区域为低液限黏土，CH区域为高液限黏土。若其位于M线以下分类为粉土。ML区域为低液限粉土，MH区域为高液限粉土。位于两线之间，CL-ML区域为低液限中间土壤，CH-MH区域为高液限中间土壤，并可以进行土壤黏粒含量的范围的大致评估。位于20%黏粒含量线左侧代表黏粒含量小于20%，位于80%线右侧代表黏粒含量大于80%。位于20%-80%四条黏粒含量线之间，其黏粒含量为相邻两条线数值之间的黏粒含量。
实施例2
改变公式中的黏粒含量，该分类图还可进一步细分，以达到实际的工程要求。其中CF取值为0-100%，如图3所示。
实施例3
为了研究落锥方法的准确性，使用30°，80g锥体对不同黏粒含量土壤进行了落锥试验。本文利用该研究数据对本文提到的方法进行准确性验证，如图4中所示。空心数据点为位于中间区域以外区域的点，由于本发明的目的是对中间土壤的黏粒含量分类，所以对位于中间区域以外区域不予考虑。位于中间土壤区域共56种土壤，分类正确为实心数据点，共40个，分类错误为交叉数据点，共16个。总体上分类的正确率为71%，可以满足实际的工程需求。

Claims (2)

1.一种实现黏粒含量评估的土壤分类方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取样，取具有代表性的土样数量，通过测量土样的塑性指数I P与液限w L，得到含水量50%作为高液限C线和低液限M线：
（1）；
（2）；
（2）使用落锥法在含水量-落锥深度半对数坐标下得到的数据拟合，可以得到一条直线，其斜率定义为流动指数，流动指数的获得方法具体为：使用30°、80 g锥体接触土面，其自由落体下坠5s后，记录不同含水量土壤与落锥深度数据，将该数据在半对数坐标下进行拟合得到直线斜率，即流动指数；
流动指数与塑性指数存在如下关系：
（3）；
公式（3）对公式（1）（2）中的塑性指数替换，可以得到：
（4）；
（5）；
得到流动指数为指标的C线和M线；
（3）通过测量黏粒含量、塑性指数与液限，得到公式：
（6）；
（4）利用公式（3）进行替换，得到流动指数与黏粒含量、液限的公式：
（7）；
（5）将黏粒含量CF取值，得到黏粒含量边界线；
（6）将流动指数为指标的C线和M线、黏粒含量边界线为依据，绘制液限-流动指数坐标图；
其中在液限-流动指数坐标图中：C线以上分类为黏土，CL区域为低液限黏土，CH区域为高液限黏土；位于M线以下分类为粉土，ML区域为低液限粉土，MH区域为高液限粉土；位于两线之间，CL-ML区域为低液限中间土壤，CH-MH区域为高液限中间土壤。
2.根据权利要求1所述的一种实现黏粒含量评估的土壤分类方法，其特征在于，步骤（5）中CF取值为0-100%之间的任意值。
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