徐州市主城区含砂姜结核粘土特性研究

摘要

粘土中砂姜结核的存在使得土体工程性质不同于粘性土又有别于碎石土，是一种特殊性质的土，即为含砂姜结核粘土。含砂姜结核粘土在淮北平原和徐州平原地区广泛分布，是一种区域性特性土，本文以徐州主城区的含砂姜结核粘土为研究对象，综合采用多种研究方法。论文主要研究工作和成果如下： （1）在整理分析徐州地区已经开展过的各项区域性地质调查和岩土工程勘察资料的基础上，对比地层测年和砂姜结核测年结果，发现研究区的砂姜结核与第四系上更新统上段地层的形成时代大体一致，并简要分析了砂姜结核的形成条件及过程。将砂姜结核的分布排列方式归纳为星散状分布、窝状或盘状分布和层状分布。同时采用Arcgis和Sufer软件绘制出含砂姜结核粘土地层的平面分布和垂直分布图。 （2）通过室内土工试验结果发现，受砂姜结核的增强作用影响，含砂姜结核粘土的孔隙比、含水率、比重、天然重度和干重度大于或近似于下伏硬塑粘土地层。含砂姜结核粘土的内聚力和内摩擦角的波动范围较大，总体上随着砂姜结核含量的增加，内聚力减小，内摩擦角增大。同时，含砂姜结核粘土的压缩系数远小于上覆层粘土，而略小于或近似于下伏粘土层。 （3）含砂姜结核粘土具有一定的弱膨胀性，在自然环境下并不具备形成膨胀土地基的条件。结合现场抽水试验，通过理论分析和数值计算发现，当砂姜结核在某一深度范围内含量较高，粒径较大，且排列紧密时，会形成特殊的“砂卵石层”。如果存在水平向补给，其渗透特性和富水性会发生强烈变化，渗透系数比常规条件下提高3~4个数量级，可达到2.58~8.51m/d；同时，单位涌水量可达到0.20~0.68L/（s·m），为中等富水地层。 （4）通过相关分析和回归分析发现，双桥静力触探指标锥尖阻力qc与砂姜结核平均含量w之间较好地满足一元线性关系：qc=0.153w+1.419。同时，侧壁摩阻力fs与砂姜结核平均含量w之间基本满足一元线性关系：fs=5.629w+106.577。 （5）综合回归分析和神经网络分析发现，地基承载特征值 fak 与锥尖阻力qc之间较好地满足一元线性方程：fak=22.849qc+138.805。同时，神经网络分析综合考虑了锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs和深度效应，且预测效果略优于回归分析，可以在研究区内进一步推广。 研究成果对于了解徐州主城区内的含砂姜结核粘土特性有重要意义，并直接服务于和指导工程实践。

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