膨胀土多指标定量分类方法

443002 ；
100038 ）
摘要： 膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土治理的首要 任 务， 对膨胀土的判别与分类方法开展研究具有重要意义。本 文在前人研究的基础上， 选取膨胀土分类常用的 4 项指标（ 液限 、 塑限 、 自由膨胀率和标准吸湿含水率） ， 利用粗糙集理论 进而建立一种简单的膨胀土多指标定量分类方法， 易于工程实践操作 。 对各指标在分类时的重要性进行评价， 关键词： 膨胀土； 定量分类； 粗糙集； 多指标 中图分类号： TU443 文献标识码： A 3665 （ 2011 ） 06011305 文章编号： 1000-
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江
巍， 等： 膨胀土多指标定量分类方法研究
2011 年
它与比表面积 、 阳离子交换量 、 蒙脱石含量之间存在线 性相关的关系 。 因此， 标准吸湿含水率的大小可以反 映土的膨胀性强弱 。 以上指标均是常 用 的 判 别 分 类 指 标， 具有较好的 广泛性 、 实用性， 因此， 选取以上指标作为本 可操作性 、 文所建立的膨胀土多指标定量分类方法基本指标 。
第 38 卷 第 6 期 2011 年 11 月
水文地质工程地质 HYDROGEOLOGY ＆ ENGINEERING GEOLOGY
Leabharlann Baidu
Vol． 38 No． 6 Nov． 2011
膨胀土多指标定量分类方法研究
江
1 2 1 巍 ， 温世亿 ， 王乐华
（ 1. 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室， 宜昌 2. 南水北调中线干线工程建设管理局， 北京
1104 ； 修订日期： 20101225 收稿日期： 2010作者简介： 江巍（ 1981-） ， 男， 博士， 讲师， 主要从事岩土力学 、 特 殊土工程等方面的研究与教学工作 。 E-mail ： jiangweilion@ 163． com
中指标的采用
频次， 本文选取了如下指标： （ 1 ） 界 限 含 水 率： 通 常 指 液 限 W l 、 塑 限 Ip ， 在一定 程度上反映了土的亲水性能， 它与土的颗粒组成 、 粘土 阳离子交 换 性 能 和 比 表 面 积 以 及 水 溶 液 的 矿物成分 、 性能等有着十分密切的关系 。 （ 2 ） 自由膨胀 率 F s ： 反 映 了 土 体 细 粒 含 量 的 多 少 或土样的分散程度 。 当 然， 分散性与矿物成分有密切 关系， 蒙脱石含量愈高， 自由膨胀率亦愈大 。 （ 3 ） 标准吸湿含 水 率 W f ： 土 的 标 准 吸 湿 含 水 率 是 在标准条件下 （ 温 度 为 （ 25 ʃ 2 ） ħ ， 相 对 湿 度 为 （ 60 ʃ 3） % ） ， 土 样 从 天 然 含 水 率 脱 湿 至 平 衡 后 的 含 水 率。 标准吸湿含水率能 够 很 好 地 反 映 土 的 矿 物 组 成 特 性，
［2］ 范（ GBJ112 － 87 ） 》 。 对 膨 胀 土 的 研 究 包 括 多 个 方
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分类指标的选取
经过国内外学者 大 量 的 研 究， 提出了多种膨胀土
判别与分类方法， 这些方法中涉及的膨胀土指标有自 由膨胀率 、 界限含水量 、 胀缩总率 、 粒度组成 、 比表面积 矿物成分和标准吸湿含水量等， 陈善 和阳离子交换量 、 雄等
［5］
如力学特性 、 微观结构 、 土体破坏及工程治理等， 取 面， 得了丰 富 的 成 果， 在 研 究 发 展 过 程 中， 非饱和土力 学
［3］
对这些分类方 法 作 了 系 统 的 总 结 和 评 价， 对这
、 分形
［4］
等先进理论 也 不 断 地 被 研 究 人 员 引 入 这
些分类指标的物理意义进行了深入探讨 。 采用单一分类指标进行膨胀土的判别与分类存在 一定局限： 例如单一 的 采 用 界 限 含 水 率 特 征 值 作 为 膨 界限含水率是所有粘土的共性指标， 胀土的判别指标， 而且其只是间接地反 映 了 土 的 膨 胀 性； 自 由 膨 胀 率 则 是土粒膨胀特性的量 度 指 标， 却没有反映土体的结构 性 。 因此膨胀土的判别应综合各类指标进行 。 考虑反 映 膨 胀 土 基 本 特 性 的 众 多 参 数， 参考我国相关规 范
分类的过程就是将相差不 是基于对对象分类的 能 力， 大的对象分为一类， 它们的关系是不可分辨关系， 也称 等价关系 。 在粗糙集 理 论 获 取 知 识 的 过 程 中， 有的知 Q， Q 的 P 正域 识并不是可精确推导的 。 两个知识 P 、 满足 记为 pos P （ Q ） ， pos P （ Q ） =
［2 ， 6 7］ ［8 ， 及国内 膨 胀 土 分 类 研 究 10］
一领域 。 膨胀土的判别与 分 类， 是进行涉及膨胀土的实际 工程建设时的首要任务， 对于该问题， 国内外进行了大 量的研究工作， 提出了多种方法， 然而由于影响膨胀潜 势的因素多而复杂， 各因素之间也存在一定的相关关 对此缺乏透彻的 研 究， 使 膨 胀 土 分 类 较 为 复 杂， 目 系， 前尚难统一 。 没有一个单一指标能充分表述作为工程 环境或工程结构体一 部 分 的 膨 胀 土 的 复 杂 性 态； 多 指 标综合判别分类易出现同一个土样不同的指标属于不 而难于归类的问题； 多指标数学式判别分类 同的等级， 则概念不易被工程技术人员掌握， 操作性不强 。 为解决膨胀土判 别 分 类 中 存 在 的 上 述 问 题， 本文 在前人研究基础上， 选取膨胀土分类常用的四项指标 （ 液限 、 塑限 、 自由膨胀率和 标 准 吸 湿 含 水 率 ） ， 利用粗 糙集理论对各指标在 分 类 时 的 重 要 性 进 行 评 价， 进而
膨胀土对工程建设存在不利影响的同时也是地质 其危害性大， 造成的工程问题突 灾害的重要诱因之一， 出 。 最早的膨胀土 工 程 问 题 是 1938 年 美 国 垦 务 局
［1］
建立一种简单的膨胀 土 多 指 标 定 量 分 类 方 法， 易于工 程实践操作 。
在一座钢制虹吸管工 程 中 首 先 认 识 并 报 道 的， 随后引 起了世界范 围 内 的 广 泛 关 注 。 1987 年 我 国 发 布 了 第 一本有关膨胀土的 国 家 标 准《膨 胀 土 地 区 建 筑 技 术 规