云南地区膨胀土详判试验

・１６２・　全国中文核心期刊　路基工程　２００８年第４期（总第１３９期）　云南地区膨胀土详判试验　李蓉仑　（中铁二院成都地勘岩土工程有限责任公司测试中心　四川成都６１００３１）　摘要现行的蒙脱石含量试验有对现场试验环境要求较高、程序繁琐等诸多不便。作者通过试　验得出云南地区的膨胀土详判试验中蒙脱石含量，可以通过公式，用得到的阳离子交换量进行计算。　关键词膨胀土　阳离子交换量吸蓝量　蒙脱石含量　膨胀土作为一种高塑性粘土，一般承载力较高，　具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形以及浸水承　载力衰减、干缩裂隙发育等特征，性质极不稳定。在　工程上常使建筑物产生不均匀的竖向或水平向的胀缩　变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏。因此，在工　程地质勘察时，须对膨胀土进行评判和分级…。根据　我国行业标准（ＴＢ１００７７—２００１）中膨胀潜势的分级　规定，分别以它的蒙脱石含量Ｍ（％）与阳离子交　换量ＣＥＣ值，将膨胀土分为弱、中、强三级　。其　低于弱级规定者为非膨胀土。规范中采用自由膨胀　率、蒙脱石含量、阳离子交换量作为评价和分级指　标，试验较繁琐。为了满足目前高速铁路工程地质勘　察需要，对膨胀土的蒙脱石含量与阳离子交换量的’狈０　定方法应快速、简便，且准确度和精密度符合要求。　１详判原理　算得来的。对蒙脱石矿物而言，测定吸蓝量和阳离子　交换量ＣＥＣ，原理是基于蒙脱石层间含有可交换性阳　离子，具有阳离子的交换性质。因此，从理论上讲，　用亚甲蓝测得的吸蓝量和蒸馏滴定测定的ＣＥＣ都是　蒙脱石的阳离子交换量。只是两种方法所选用的交换　剂（指示阳离子）和交换介质条件有所不同，但原　理基本相同。　吸蓝量反应方程式为　Ｍ—ｃａ：　＋２ｎＣ１６Ｈ１８Ｎ３Ｓ　＝Ｍ一（ｃ１６Ｈ１８Ｎ３Ｓ　）２　＋ｎＣａ　阳离子交换量反应方程式为　Ｍ—Ｃａ２　＋２ｎＮＨ４＋＝Ｍ一（ＮＨ４＋）２　＋ｎＣａ　２试验分析　２．１主要试剂　膨胀土的蒙脱石含量是根据试验得到的吸蓝量换　李蓉仑，男，工程师。　亚甲蓝标准溶液（０．００２　ｇ／ｍＬ）、５％ＳｎＣ１：贮备　液、０．１％ＳｎＣ１：使用溶液、ＥＤＴＡ铵盐溶液、纳氏　试剂、２％硼酸溶液。　２．２试验方法　Ｘ　（Ｃ）＝２２．５０５４　Ｘ２（Ｃ）＝４９．７９４５　Ｘ　（Ｃ）＝２２．５６５６　Ｘ２（Ｃ）＝５０．５１９４　Ｐｆ＝１．００５ｅ一００５　学软件系统，能直接产生服从各相应概率分布函数的　随机变量数组，从而使编程及计算过程大大简化　。　４数值算例　已知极限状态方程：Ｚ＝ｇ（ｆ，１Ｖ）＝ｆｗ一１　１００　＝Ｓ结论　０。其中，随机变量　、厂均服从正态分布，且　＝５２，６　＝０．０５；　ｆ＝３６，　＝０．０１。求解卢、　和厂　的验算点之值　，厂　。应用蒙特卡罗法在ＭＡＴＬＡＢ　中编程如下。　取迭代次数：Ｎ＝１０　０００；赋初值为：ＭＵＸ　［３６　５２］；ＳｉｇａｍａＸ＝［３．６　２．６］　计算可靠指标　Ｂ　＝ｙｌ・Ａ　２＋ｙ２。Ａ　２　Ｂ＝ｍｉｎ（Ｂ　）　ＢＢ＝ｓｏｒｔ（Ｂ１）　Ｂｅｔａ＝ｓｑｒｔ（Ｂ）　＝Ｅ＝ｓｑｒｔ（ＢＢ（２））一ｓｑｒｔ（ＢＢ（１））　Ｃ＝ｆｉｎｄ（Ｂ　＝Ｂ）　（１）对于功能函数线性或非线性程度不高的单　结构，用Ｊｃ法计算可靠度能够满足工程实际需要，　而且简便易行。　（２）对于大型复杂结构，其功能函数一般不能　显式表达，且大多具有高次非线性特征，应用蒙特卡　罗法具有一定的优势。　（３）基于ＭＡＴＬＡＢ的蒙特卡罗方法，在分析结　构可靠度时可大大简化计算，节省大量时间，且迭代　次数越多，精度越高。尤其对于小破坏概率的情形更　为适合。　参考文献：　［Ｉ］吴世伟．结构可靠度分析［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９ｏ．８．　［２］徐钟济．蒙特卡罗法［Ｍ］．上海：上海科学技术出版社，１９８５．　［３］张志涌．精通ＭＡＴＬＡＢ５［Ｍ］．第３版．北京：北京航空航天大学出版　社，２０００．　寻找验算点坐标：Ｘ　（ｃ），Ｘ２（ｃ）　可靠度求解　Ｐｆ＝ｎｏｒｍｃｄｆ（一ｂｅｔａ，０，１）　结果输出　ＪＢ＝４．２０２２　Ｅ＝９．１９８８ｅ一００９　［４］叶军，吴世伟．蒙特卡罗法在结构可靠度分析中的应用［Ｊ］．河海大　学学报，１９８８．　收稿日期：２００８—０２—２８，　维普资讯 http://www.cqvip.com 李蓉仑：云南地区膨胀土详判试验　・１６３・　阳离子交换量测定、蒙脱石含量测定分别采用铁　路工程土工试验规程（ＴＢ１０１０２—２００４）中３５．０．５、　３６．０．５的试验方法。　３．３方法的准确度与精密度　（１）以国土资源部３个具有代表性的含蒙脱石的　部级管理样进行阳离子交换量的测试，分析结果见表　３分析与讨论　３．１现行试验方法存在的问题　在现行的膨胀土详判试验中蒙脱石含量的测定，　是利用蒙脱石定量吸附亚甲基蓝的特性，加入过量的　亚甲蓝，然后以氯化亚锡返滴定过量亚甲蓝来计算岩　土中蒙脱石含量。而氯化亚锡在常温下易氧化成三氯　化锡，影响试验数据的准确性，因此对环境温度要求　较高。为了避免误差，通常试验时还要每隔４个试样　加做１个空白样，并且试验中使用的氯化亚锡需现用　现配，还须控制滴定时间不得超过０．５　ｈ以上，试验　工作量较大。近年来工程地质勘察工作总体上呈任务　重、工期紧、试验项目多、技术要求高的特点，现行　试验方法已不适应高速铁路建设的要求。　３．２　阳离子交换量与吸蓝量的关系　理论上蒙脱石阳离子交换量与吸蓝量应完全相　等，而实际结果并不完全相等。主要原因是：①所采　用的方法、交换剂与反应条件不同；②黏土矿物成分　较复杂，亚甲基蓝作为有机物除了与蒙脱石矿物等发　生阳离子交换外，还被吸附在矿物表面上，阳离子交　换加吸附作用，可使吸蓝量大于黏土的阳离子交换　量；③亚甲基蓝阳离子体积较大，影响其进入较小的　矿物层间或孔穴进行交换，也可使吸蓝量低于黏土的　阳离子交换量　。　对于同一地域间，由于地质成因类似，样品中的　矿物含量必有一定规律。而对于阳离子交换量和蒙脱　石含量也应存在一定的相关关系。笔者从已完成的贵　（阳）昆（明）铁路、广（通）大（理）铁路、昆　（明）河（口）铁路、成（都）昆（明）铁路、大　（理）瑞（丽）铁路、大（理）丽（江）铁路等多　批次的大量膨胀土样测试数据中，随机抽取４６５组样　品的分析结果，得到了膨胀土吸蓝量Ａ　与阳离子交　换量ＣＥＣ的关系回归方程为　ＣＥＣ＝０．１０６０３１＋０．６５２１７５×Ａｂ　（１）　相关系数ｒ＝０．９４　部分试样每一对数据的要求散点图见图１。　吸蓝量ＡＪ（ｍｍｏｌ・ｇ　）　图１　ＣＥＣ与Ａｂ的关系曲线图　１，绝对误差均小于允许值（０．０８　ｍｍｏ￣ｇ）。　表１　阳离子交换量分析结果表　（２）用本法对蒙脱石的部级管理样ＡＦ一７进行　了３０次测定，所得分次测定结果（ｍｍｏ￣ｇ）为　０，６６１　０．６５４　０．６８５　０．６９１、０．６７１　０．６３２　０．６８４　０　６６３、０．６７４　０，６８９、０．７１３　０．６９４　０．６８６、０．６７８　０．６２８　０．６７１　０．６６９　０，６２９　０，６４７　０．６５８　０．６９９　０，７０５、０．６９４、０．６７７　０．６５１、０．６８９、０．７２８、０．６３３、０．６６９、０．６５１，平均　值为０．６７２，标准偏差为０．０２５，变异系数为３．７３％。　这些结果表明，阳离子交换量试验方法的准确度　和精密度均符合要求。　４应用　为了验证公式的可靠性，特对玉（溪）蒙（自）　铁路中的膨胀土详判试验资料作了比对，见表２。从　表２可以看出两种方法所得试验数据相近，说明用公　式法推算蒙脱石含量切实可行。　表２实测蒙脱石含量与公式法推算蒙脱石含量比对表　试样　试验法　计算法　试样　试验法　计算法　玉矿一３　０．２３０　０．２３０　玉矿一ｌ１　０．２２８　０．２４０　玉矿一４　０．１９６　０．２０９　玉矿一１２　０．１０５　０．１９６　玉矿一５　０．２２０　０．２１１　玉矿一１３　０．２２４　０．２０２　玉矿一６　０．２２４　０．２３２　玉矿一１４　０．２０９　０．２３１　玉矿一７　０．１４１　０．１７１　玉矿一１５　０．２３３　０．２４７　玉矿一８　Ｏ．２ｌ１　０．１９６　玉矿一１６　０．１９８　０．２２４　玉矿一９　０．１６８　０．１８２　玉矿一１７　０．１６２　０．２１２　玉矿一１Ｏ　０．２２９　０．２２３　玉矿一１８　０．１６９　０．２１４　５结论　对于云南地区膨胀土的详判，可以在完成自由膨　胀率及阳离子交换量ＣＥＣ试验后，通过其ＣＥＣ与Ａ　的关系式得出蒙脱石含量，再结合事先得到的自由膨　胀率，按铁路工程岩土分类标准（ＴＢ１００７—２００１）　来判定，是切实可行的。　参考文献：　［１］工程地质试验手册（修订版）．北京：中国铁道出版社，１９９５．　［２］铁路工程岩土分类标准（ＴＢｌ￣７７—２００１）．　［３］地质矿产部规程（ＤｚＧ９３—０１一ＤＺＧ一９３—１２）．岩石和矿石分析规程　（第二分册）［Ｍ］．西安；陕西科学技术出版社，１９９３：４９１—４９２．　收稿日期：２００８—０４—２８