關(guān)于某水電站黃土濕陷性試驗研究

李文濤

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院試驗研究所 新疆 昌吉 831100）

1 前言

某渠道通水后，局部渠段發(fā)生面板沉降和漏水現(xiàn)象。為查明原因，防止類似事件再次發(fā)生或?qū)η腊踩\行造成影響，對渠道濕陷性黃土渠段及類似地質(zhì)條件的渠道進行重點現(xiàn)場調(diào)查復(fù)核。

本次試驗針對該工程的濕陷性黃土，沿深度方向?qū)ξ锢?、力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律進行研究，并對黃土地基濕陷變形做出評價。

2 黃土基本性質(zhì)

2.1 顆粒組成及分類

該工程在引水渠線基礎(chǔ)細粒土層17個探坑內(nèi)，用刻槽法取擾動樣17組，進行了顆粒分析、比重、液限、塑限等物理性試驗。該黃土顆粒粒徑組成主要以粉粒為主，占61.0%～89.5%，粘粒含量為9.0%～21.0%，膠粒含量占5.0%～11.5%。液限為25.8%～27.7%，塑限為16.0%～17.4%，塑性指數(shù)在9.3%～11.2%之間。根據(jù)《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）的規(guī)定，按塑性圖分類分別定名為低液限黏土（CL）、低液限粉土（ML）（見表 1）。

2.2 主要化學(xué)成分

該工程黃土主要化學(xué)成分是SiO2（60.0%～70.0%）、Al2O3（5.5%～7.0%）、Fe2O3（7.0%～9.3%）。黃土的可溶性鹽包括易溶鹽（氯化物鹽類及硫酸鹽）、中溶鹽（石膏CaSO4）和難溶鹽（石灰質(zhì)CaCO3），易溶鹽類是以硫酸鹽為主，易溶鹽陰離子以SO42-、CL-為主，陽離子以Na+、Ca2+為主。

當(dāng)水浸入黃土中，使膠結(jié)土粒的凝膠變?yōu)槿苣z部分時，易溶鹽被溶解帶走，黃土骨架顆粒發(fā)生位移，形成粒狀架空接觸或半膠結(jié)形式，使結(jié)合水膜加厚，膠結(jié)連接部分被削弱破壞，形成松散的結(jié)構(gòu)形式，因此該段黃土易產(chǎn)生濕陷性變形。

表1 黃土顆粒粒徑組成

2.3 孔隙比

孔隙比是反應(yīng)黃土的壓縮性、濕陷性力學(xué)性質(zhì)及工程特性的重要指標(biāo)，一般黃土的孔隙比的大小與上覆土層自重壓力有關(guān)。根據(jù)試驗資料（見表3）按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中“孔隙比為1或以上為強濕陷性黃土，孔隙比小于0.85的黃土一般不具備濕陷性”判定標(biāo)準(zhǔn)，可初步確定該渠線黃土具有濕陷性。

2.4 滲透性

該水電站渠線段黃土滲透系數(shù)k20=8.0×10-6cm/s～8.5×10-4cm/s（代表垂直方向的滲透系數(shù)），根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287-99巖土滲透性分級規(guī)定，可定為中等透水層。由于該段黃土垂直節(jié)理發(fā)育，并具有大孔隙性，故其透水性要大得多，也是誘發(fā)黃土濕陷性的主要因素之一。

2.5 壓縮性

土的壓縮性是指土在荷重作用下，體積壓縮變小的性能，與黃土的孔隙比及特性有關(guān)。通常用土的壓縮系數(shù)av（MPa-1）和壓縮模量Es（MPa）表示土的壓縮性指標(biāo)。判定標(biāo)準(zhǔn)如下：av1～3＜0.1MPa-1、Es＞15MPa 時為低壓縮性土，9.52，平均值為 8.99，呈堿性；遇水a(chǎn)v1～3是壓力為 100kPa～300kPa時的壓縮系數(shù)（MPa-1），下同；0.1MPa-1≤av1～3＜1.0MPa-1、5MPa＜av1～3≤15MPa時為中等壓縮性土；av1～3≥1.0MPa-1、Es≤5MPa 時為高壓縮性土。濕陷性黃土含水量增大，其濕陷性降低而壓縮性增高。當(dāng)達到飽和后，在荷載作用下土的濕陷性退化而全部轉(zhuǎn)化為壓縮性。黃土在一定壓力下，浸水后結(jié)構(gòu)迅速破壞而產(chǎn)生顯著附加沉陷變形。由表5可知，在浸水飽和狀態(tài)下，該水電站渠線黃土壓縮系 數(shù) av=0.095MPa-1～0.540MPa-1、Es=2.31MPa-1～15.14MPa-1，均屬中等壓縮性黃土，主要原因是黃土在浸水后產(chǎn)生較大的濕陷變形。

表2 黃土化學(xué)分析統(tǒng)計表

表3 黃土孔隙比統(tǒng)計表

表4 黃土的滲透性指標(biāo)

表5 黃土的壓縮性

圖1 黃土濕陷系數(shù)與埋深關(guān)系曲線圖

3 黃土濕陷變形特征

渠道黃土其厚度一般在距地表0～11m，分不同位置和深度對17個探坑共采取了50組原狀樣。深度由淺到深，黃土濕陷性試驗采用單線法（50kPa、100kPa、200 kPa、300kPa、400kPa壓力下） 測試黃土的濕陷系數(shù)δs值及濕陷起始壓力Psh。黃土原狀樣均取自探坑，取樣間距一般按1m控制，5.0m后按2m間距取樣，原狀黃土樣在各級壓力下的濕陷系數(shù)匯總見表6。

濕陷性黃土的濕陷程度，可依據(jù)GB50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中濕陷系數(shù)δs值判斷，分為下列三種：①當(dāng)0.015≤δs≤0.03時濕陷性輕微；②當(dāng)0.03＜δs≤0.07時濕陷性中等；③當(dāng)δs≥0.07時濕陷性強烈。采用200kPa壓力下的濕陷系數(shù)δs=0.015進行黃土濕陷性判別，黃土在0～8m深度內(nèi)，濕陷系數(shù)一般為0.020～0.055，最大達0.109，屬輕微～中等濕陷性。

表6 不同深度下黃土室內(nèi)濕陷試驗成果匯總表

由此判斷5m以下黃土具有輕微濕陷性。該工程黃土在50kPa、100kPa及200kPa壓力下黃土濕陷系數(shù)與埋深的大致關(guān)系見圖1（黃土濕陷系數(shù)與埋深關(guān)系曲線圖）。該工程區(qū)渠道沿線黃土濕陷性在8m深度范圍內(nèi)均具有濕陷性，并有隨埋深增加有減小的規(guī)律，并且隨著壓力的增大，濕陷性隨之增強。

4 結(jié)論

⑴濕陷變形是在充分浸水飽和情況下產(chǎn)生的，它的大小除了與土體本身密度和結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要取決于土的初始含水量和浸水飽和時的作用壓力。

⑵根據(jù)《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）的規(guī)定，按塑性圖分類為低液限粉土（ML），該工程區(qū)沿線黃土顆粒組成基本相似，并具有多種孔隙類型，滲透系數(shù)在8.0×10-6cm/s～8.5×10-4cm/s之間，屬中等透水地層。

⑶該工程區(qū)沿線黃土具有典型黃土特征，主要表現(xiàn)在大孔隙性，以粉粒為主；含有大量鹽類（主要為硫酸鹽），pH值一般在8.20～9.52，平均值為8.99，呈堿性；遇水易溶解帶出形成松散的結(jié)構(gòu)形式，易產(chǎn)生濕陷沉降變形。由于黃土受地形、地貌及成因的影響，其內(nèi)部有微少裂隙及結(jié)構(gòu)面，使黃土成為不連續(xù)的均勻介質(zhì)，削弱了黃土結(jié)構(gòu)強度，同時裂隙的存在往往成為地表水和地下水的滲流通道，使黃土地基浸水、飽和、降低其強度，并有可能在較高水頭作用下，發(fā)生潛勢流土。

⑷該工程區(qū)管線和渠道沿線黃土在8m深度范圍內(nèi)均具有濕陷性，并有隨埋深增加濕陷性減小的規(guī)律，并且隨著壓力的增大，濕陷性隨之增強，由此判斷8m以下黃土不排除也具有一定的濕陷性。

本次試驗對黃土濕陷性的研究也只是表面膚淺的認識，今后還需進一步從黃土成因、分布特性、微晶結(jié)構(gòu)、礦物成分以及黃土原位載荷（浸水）試驗著手進行深入研究。充分認識黃土濕陷變形對建筑物的危害性，為今后更好地解決該地區(qū)在建項目工程地質(zhì)問題提供借鑒。陜西水利

[1]GB50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》[S].

[2]工程地質(zhì)手冊（第四版）[M].中國建筑工業(yè)出版社.2007,2.

[3]王永焱,林在貫等．中國黃土的結(jié)構(gòu)特征及物理力學(xué)性質(zhì)[M]．科學(xué)出版社.1990.