花岗岩残积土崩解特性研究进展

花岗岩残积土崩解特性研究进展

白波波

汕头市建筑设计院 广东汕头 515000

摘要：花岗岩残积土是在特定气候、地理特征、地质条件地区的产物，具有特殊的结构特征和成分，因此被划分到区域性特殊土当中。这种特殊的性质来源于花岗岩残积土内部有大量原生裂隙，在外界环境因素变化时易引发次生裂隙的发育，土体性质差异性大的特性。本文就花岗岩残积土崩解特性设计实验，旨在研究花岗岩残积土的崩解特性，为解决花岗岩残积土工程问题提供借鉴。

关键词：花岗岩；残积土；崩解特性

花岗岩残积土凭借着自身中低压缩性、地基承载力较高、结构性较强的特点广泛应用于我国的建筑行业，然而花岗岩残积土遇水易崩解的特性在施工的过程中常常被忽视，在南方多雨潮湿的气候下，造成了一系列水土流失、基坑坍塌、路面沉积等的地质灾害^[1]。随着我国城市化建设的飞速发展，花岗岩残积土的这一特性成为了我国建筑行业关注的重点，逐渐加强对花岗岩残积土的崩解特性的研究，并针对花岗岩残积土这一特性提出相应的施工措施，以减少其带来的经济损失及工程事故。

一、花岗岩残积土的研究现状

我国学者对花岗岩残积土的特性进行了大量的研究。以花岗岩残积土的成因以及工程分类方面为例，学者王清等对东南部花岗岩残积土物质成分和结构进行了相应的研究；学者祖志贤对福建地区花岗岩残积土成因以及工程地质特征进行了探讨。

在花岗岩残积土本构模型及损伤模型方面，学者栾茂田等对不排水情况下花岗岩残积土进行了本构模型研究。

在花岗岩残积土工程性质方面，陈晓平，周秋娟等对高液限花岗岩残积土的物理特性和剪切特性的研究。张永波，殷密英等对花岗岩残积土浅层地基承载力评价方法探讨。

二、花岗岩残积土崩解实验设计

（一）花岗岩残积土崩解特性研究概况

我国广东省、福建省等地广泛分布着花岗岩残积土，随着当地城市建设的发展，花岗岩残积土遇水崩解所造成的地基、基坑等相关的工程问题日益突出，严重影响到了当地群众的生命财产安全，也为当地政府带来了巨大的财产损失。虽然我国对花岗岩残积土的特性已经有了长时间的研究，然而专家与学者们对其形成机理与影响因素还未达成一致的意见。

目前来看，我国对于花岗岩残积土的崩解特性仍处于初步探讨阶段。本文涉及实验主要围绕花岗岩残积土的崩解特性进行设计，旨在在前人研究的的基础上对花岗岩残积土的特性有更深一步的研究，为我国的工程建造及工程问题的解决提供一定的思路。

（二）实验方法

目前对于花岗岩残积土崩解特性的实验方法主要有两种，分别为定性研究与定量研究。定性研究在实验时，一般将花岗岩残积土试样放置在静水中，观察花岗岩残积土在静水中随着时间流逝产生的崩解变化，并且进行对应的记录。

定量研究则是将花岗岩残积土试样放入水中，根据设定的实验装置定时记录试样的崩解量以及崩解速度，并观察试样在静水当中的崩解反应进行记录。

（三）实验中涉及的公式

本次实验中涉及的公式主要是

崩解量计算公式：

其中A_t指试样在时间t时的崩解率

R₀是实验开始是浮筒齐水面处刻度的瞬间稳定读数

R₁是试样在时间t是浮筒齐水面处刻度读数

R_e是方格网空载时浮筒齐水面处刻度读数

累积崩解模数计算公式：

其中B₁是累积崩解模量

y是内筒半径

H₀是初始指针读数

H_t是t时刻指针读数

崩解速率公式：

其中v₁是试样在某个时段的平均速率（t_i至t_i+1）

A ⁱ_t是t_i时刻的崩解量

A ⁱ⁺¹_t是t_i+1时刻的崩解量

（四）实验样品来源

本次设计实验样品来源于广东省汕头市潮阳区山丘前缘钻孔中。实验样品主要为坡积黏性土、(花岗岩)残积砂质黏性土、(花岗岩)残积砾质黏性土，一共三组。其中采样的深度分别为5米、15米和25米。

残积土土样的主要物理指标

（五）实验目的

本次实验的主要目的在于通过对水中残积土的崩解现象的观察，推断出具有结构性的残积土在水中的崩解速度，从而对我国建筑工程行业在花岗岩残积土的使用方面提供科学依据^[2]。

（六）设备

依据实验要求，本实验所需要的的材料为，浮筒、网板、玻璃水槽、天平、时钟、器皿等。

其中浮筒容量为500毫升，最小的刻度为5毫升；

网板10×10平方厘米，孔径1平方厘米，金属质地；

水槽长宽高为25厘米、25厘米、80厘米，水槽内盛放清水^[3]。

（七）实验操作步骤

①先切取试样，切取5×5×5厘米的立方体试样，测定容重以及含水量。

②随后将试样放在网板中央，网板挂在浮筒下，手持浮筒上端，匀速地将试样浸入水槽中，并且开始计时。

③要记录浮筒与水面齐平的瞬间稳定刻度以及相应的时间。按照1分钟、3分钟、5分钟、15分钟、30分钟、45分钟的时间分别记录水面刻度，并对当时试样的崩解情况、崩解状态、崩解程度做出记录。（若试样崩解速度较快，可缩短记录间隔时间，同理，若试样崩解速度较慢可以延长记录间隔时间）

④试样完全通过网格落下，记录完全崩解时间，实验结束。若试样长时间无法完全崩解则按照公式计算崩解量。

⑤依据上述步骤对其他5米、15米、25米的花岗岩残积土试样进行重复实验并记录。

（八）实验结论以及分析

由三组不同深度，容量、含水率相差较小的花岗岩残积土试样实验对比得出结论：

在试样入水5-10分钟时，主要表现为细粒的缓慢流失，崩解速度较慢，土体表面并没有出现明显的裂痕。

在入水10-20分钟时，主要表现为出现明显的裂缝，散体状剥离，崩解速度加快。

在入水20-30分钟时，主要表现为出现大的裂缝，散体状剥离，块状崩落，崩解速度逐步下降。

在入水30-45分钟时，主要表现为试样崩解成块状，裂隙变大，块状崩解，崩解速度趋于稳定。

在入水45分钟之后，崩解结束。

由实验结果可得出结论，花岗岩残积土遇水后，分为三个阶段。

第一阶段，既花岗岩残积土刚接触到水的阶段，其崩解速度较为缓慢，崩解量大约在25%。

第二阶段，花岗岩残积土在短时间内快速崩解，崩解量达到60%。同时其工程性能也会变差。这对于我国大型工程具有重要的指导意义。这要求相关工作人员在施工过程中要避开地下水以及地表水，尽量避免残积土接触到水体。

第三阶段，花岗岩残积土的崩解速度再次下降，长时间与雨水、地下水接触之后，花岗岩残积土完全崩解，崩解量在15%。

由此可知，花岗岩残积土一旦遇水，将在一定的时间内快速崩解，无论是风化程度高还是底的花岗岩残积土都不会例外。因此在实施工程项目时，要避开地下水，防止雨水渗透，减少花岗岩残积土崩解，保障工程项目的安全与稳定。

结束语：

通过花岗岩残积土的实验，我们得出结论，花岗岩残积土易被水渗透，崩解性较强，使用花岗岩残积土建造工程时，浅基础开挖过程中应留够保护层厚度，浇筑时开挖保护层后迅速浇筑混凝土；基坑及边坡工程中应做好排水系统，避免地表水及雨水渗透及冲刷；桩基工程中若采用泥浆护壁应降低桩侧摩阻力等相关措施确保工程的安全。

参考文献：

[1]郭云峰. 不同固化剂对花岗岩残积土抗崩解性的影响[J]. 福建农林大学学报（自然科学版）,2019,48(2):225-230.

[2]黎澄生. 花岗岩残积土宏细观力学特性与崩解机理研究[D]. 中国科学院大学,2020.

[3]贺建涛,施涛,樊亚红,等. 临双高速花岗岩残积土物理力学特征探讨[J]. 中国金属通报,2021(1):109-111.