考虑各因素相互作用的含碳酸盐砂土的工程分类方法与流程

本发明涉及一种方法，更具体的说，是涉及一种考虑各因素相互作用的含碳酸盐砂土的工程分类方法。

背景技术：

在世界南纬和北纬30°之间的大陆架和海湾地区广泛存在着碳酸钙含量各异的碳酸盐沉积物，它是因为长期在饱和的碳酸钙溶液中，经物理、化学及生物化学作用后而形成的一种与陆相沉积物有很大差异的岩土体，具有易破碎、高孔隙比、力学性质特殊等特征；因此，这种沉积物的工程分类标准与常用的土的工程分类有所不同；同时，已有资料显示全球海域表层碳酸盐沉积物主要为含碳酸盐的砂土。随着“一带一路”国家战略的发展，我国深度参与了包括北非、西亚、东南亚等沿海国家的基础建设，建设中就面临着对含碳酸盐砂土如何进行合理的工程分类与系统的命名的问题。

目前，由clark和walker提出的碳酸盐类沉积物工程分类使用频率较高，然而已有的研究表明，含碳酸盐砂土的工程性质受到碳酸钙含量、粒径共同作用的影响。考虑到采用统一的碳酸钙含量来划分含碳酸盐砂土的类别，这种“一刀切”的划分方法无法揭示不同碳酸盐含量、粒径共同作用下含碳酸盐砂土的工程性质，具有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，考虑碳酸钙含量、粒径耦合作用下导致含碳酸盐砂土工程性质的差异，提供一种更为合理的考虑各因素相互作用的含碳酸盐砂土的工程分类方法，同时规范这种砂土定名术语，便于从命名上科学地反映其工程性质差异。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的考虑各因素相互作用的含碳酸盐砂土的工程分类方法，包括以下步骤：

步骤一，将现场取样获得的碳酸盐含量大于90％的砂土与标准石英砂分别进行筛分试验，分别筛分出1–2mm、0.5–1mm、0.25–0.5mm、0.075–0.25mm四种粒组；将相同粒组的两种砂土分别按照碳酸盐砂土质量百分比为100％、80％、60％、40％、20％、0％的标准，配得24组混合砂试样；

步骤二，利用x射线荧光光谱仪分别测量不同碳酸盐砂土质量百分比的四种粒组混合砂试样中碳酸盐的实际含量；

步骤三，通过直剪试验测定不同碳酸盐含量的四种粒组混合砂的内摩擦角将内摩擦角的最大值与最小值相减后除以4的值记为增量值δa，将内摩擦角满足的混合砂分别记为第一种类型砂土、第二种类型砂土、第三种类型砂土、第四种类型砂土；

步骤四，绘制由试验测得的混合砂内摩擦角与碳酸盐实际含量、中间粒径的气泡图，图中共24个气泡；

步骤五，用圆弧线对第四种类型砂土数值的边界点进行拟合，得到包含全部第四种类型砂土的包络线，同时得到圆心坐标；用确定好的圆心坐标绘制一系列不同半径的同心圆曲线簇，通过不断修改曲线簇半径来实现第一种类型砂土、第二种类型砂土、第三种类型砂土、第四种类型砂土彼此之间的数值点分隔,其中同心圆半径定义为碳酸盐指数；

步骤六，根据碳酸盐指数对混合砂内摩擦角与碳酸盐含量、中间粒径的气泡图的分区，参考clark的命名方法对气泡图中不同区域的含碳酸盐砂土进行分类与命名。

步骤五中所述碳酸盐指数ica的计算公式为：

ica＝[(hca-a)²+(d50-b)²]^0.5

其中，hca为碳酸盐含量，d50为中间粒径，(a,b)为同心圆由横轴为碳酸盐含量、纵轴为中间粒径构成的坐标系中的坐标。

步骤六中所述含碳酸盐砂土进行分类与命名：第一种类型砂土、第二种类型砂土、第三种类型砂土、第四种类型砂土分别为石英砂、钙质石英砂、硅质碳酸盐砂、碳酸盐砂。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明通过一系列同心圆曲线簇，把强度相近的含盐酸盐砂土分为同一种类型砂；将具有共性的土体化为同一种类型，充分地体现了工程分类中“土以类聚”的原则；同时，有助于规范含碳酸盐砂土的定名术语，便于从命名上科学地反映其工程性质差异；

(2)本发明通过定义碳酸盐指数ica来综合反映碳酸盐含量、粒径共同作用下划分含碳酸盐砂土的类别，不再使用统一的碳酸盐含量划分含碳酸盐砂土的类别，避免了传统分类方法的不足；

(3)本发明利用室内土工试验数据作为含碳酸盐砂分类的依据，可靠性强、成本低、周期短、方法简单明确、易于操作；碳酸盐指数ica的定义公式简洁、无复杂参数、所涉及参数都具有容易确定的优点，这使得分类结果更加准确、合理。

附图说明

图1是本发明混合砂内摩擦角与碳酸盐含量、中间粒径的气泡图；

图2是本发明对第三类型砂土、第四种类型砂土进行分区；

图3是本发明对第二类型砂土、第三种类型砂土进行分区；

图4是本发明对第一类型砂土、第二种类型砂土进行分区。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明。

本发明的考虑各因素相互作用的含碳酸盐砂土的工程分类方法，包括以下步骤：

步骤一，将现场取样获得的碳酸盐含量大于90％的砂土与标准石英砂分别进行筛分试验，分别筛分出1–2mm、0.5–1mm、0.25–0.5mm、0.075–0.25mm四种粒组；将相同粒组的两种砂土分别按照碳酸盐砂土质量百分比为100％、80％、60％、40％、20％、0％的标准，配得24组混合砂试样。

步骤二，利用x射线荧光光谱仪分别测量不同碳酸盐砂土质量百分比的四种粒组混合砂试样中碳酸盐的实际含量。测试结果：碳酸盐砂土质量百分比100％、80％、60％、40％、20％、0％分别对应的实际含量为96％、78％、59％、40％、18％、1.5％。

步骤三，通过直剪试验测定不同碳酸盐含量的四种粒组混合砂的内摩擦角将内摩擦角的最大值与最小值相减后除以4的值记为增量值δa，将内摩擦角满足的混合砂分别记为第一种类型砂土、第二种类型砂土、第三种类型砂土、第四种类型砂土，即将混合砂按照内摩擦角大小等分为四种类型。

本实施例中得到内摩擦角最大值为39.8°、最小值为28.1°，将内摩擦角在范围内的砂土记为第一种类型砂土、第二种类型砂土、第三种类型砂土、第四种类型砂土。

步骤四，绘制由试验测得的混合砂内摩擦角与碳酸盐实际含量、中间粒径的气泡图，如图1所示，图中共24个气泡，图中四种类型的砂土数值点按照不同标记符号区分，同时标出了序号，①为第一种类型砂土，②为第二种类型砂土，③为第三种类型砂土，④为第四种类型砂土。

步骤五，用圆弧线对第四种类型砂土数值的边界点进行拟合，得到包含全部第四种类型砂土的包络线，同时得到圆心坐标；用确定好的圆心坐标绘制一系列不同半径的同心圆曲线簇，通过不断修改曲线簇半径来实现第一种类型砂土、第二种类型砂土、第三种类型砂土、第四种类型砂土彼此之间的数值点分隔,其中同心圆半径定义为碳酸盐指数。

碳酸盐指数ica的计算公式为：

ica＝[(hca-a)²+(d50-b)²]^0.5(1)

其中，hca为碳酸盐含量，d50为中间粒径，(a,b)为同心圆由横轴为碳酸盐含量、纵轴为中间粒径构成的坐标系中的坐标。

本实施例中用圆弧线对第四种类型砂土数值的边界点进行拟合，得到包含全部第四种类型砂土的包络线ica为2.19，同时得到圆心坐标(2.7,2.068)，如图2所示。用确定好的圆心坐标不断扩大、调整同心圆圆弧半径实现第二种类型砂土、第三种类型砂土彼此之间的数值点分隔，得到的碳酸盐指数ica为2.51，如图3所示。同样，根据圆心坐标(2.7,2.068)不断扩大、调整同心圆圆弧半径，实现第一种类型砂土、第二种类型砂土彼此之间的数值点分隔，得到的碳酸盐指数ica为2.94，如图4所示。

步骤六，根据碳酸盐指数对混合砂内摩擦角与碳酸盐含量、中间粒径的气泡图的分区，参考clark的命名方法对气泡图中不同区域的含碳酸盐砂土进行分类与命名。

本实施例中根据同心圆曲线簇及其对应的碳酸盐指数，将气泡图分为ica>2.94、2.94≥ica>2.51、2.51≥ica>2.19、2.19≥ica四个区域，如图4所示。参考clark的命名方法对所述的四个区域以此命名为石英砂、钙质石英砂、硅质碳酸盐砂、碳酸盐砂，如表1所示。

表1含碳酸盐砂土分类界限值

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。