濕陷性土力學(xué)性質(zhì)成因分析

潘奕舟

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院地質(zhì)勘察研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

0 前言

北岸干渠細(xì)粒土渠道總長約98.6 km，其中，初步設(shè)計階段查明的濕陷性黃土分布長度約48.5 km。由近幾年來的勘察發(fā)現(xiàn)，伊犁地區(qū)一些沖洪積細(xì)粒土也具有濕陷性，所以在技術(shù)研究階段需要重點對北山坡及沖洪積傾斜平原區(qū)（兵團(tuán)灌區(qū)）渠線分布的沖洪積細(xì)粒土分布厚度、物理力學(xué)性質(zhì)及濕陷性進(jìn)行了深入勘察，提升設(shè)計的可行性與適用性。

1 北山坡濕陷性黃土的構(gòu)成

北山坡區(qū)渠線東起鐵廠溝，西至朝陽隧洞，分布樁號62+680～98+300。渠道沿線呈溝梁相間的“W”型構(gòu)造，溝底主要由沖洪積含土碎石層組成；溝兩側(cè)坡面則主要由粉土質(zhì)砂、含砂低液限粉土與低液限粉土組成，厚度由溝底向坡頂逐步變薄，在夾碎石層可以看出有明顯的水流搬運(yùn)痕跡。

為查明濕陷性土物理力學(xué)性質(zhì)，開展了補(bǔ)充性勘察。在豎井內(nèi)取樣，進(jìn)行了密度、液塑限、壓縮、剪力等試驗。試驗成果表明，北山坡濕陷性土定名為低液限粉土（ML）、含砂低液限粉土（MLS），少部分為粉土質(zhì)砂（SM）。濕陷性土的檢測結(jié)果見表1。

2 濕陷性土的影響性因素分析

孔隙比的大小表示土體的致密程度，同時還可以反映出黃土的壓縮性，濕陷性等力學(xué)性質(zhì)，此外還是重要的工程特性指標(biāo)，黃土孔隙比的大小在很大程度上取決于上覆土層的自重壓力。主要影響因素有:

（1）水量對比塑限與濕陷性關(guān)系

北山坡區(qū)及果子溝、黑水溝段濕陷性為輕微～強(qiáng)烈，含水率為0.7%～14.7%，塑限為12%～21%，其含水率基本小于塑限。頭道河段濕陷性為輕微，含水率為13%～38%，基本大于塑限。二道河、三道河段為非濕陷性土，含水率為19%～41%，遠(yuǎn)大于塑限。研究表明:土含水率小于塑限，具有濕陷性；土含水率略大于塑限，具有輕微濕陷性；土含水率遠(yuǎn)大于塑限，基本無濕陷性。

（2）壓縮性影響

對北山坡土質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)壓縮試驗可知，天然狀態(tài)下壓縮系數(shù)av0.1-0.3為0.045 MPa-1～0.370 MPa-1，壓縮模量Es0.1-0.3為5.24 MPa～37.6 MPa，飽和狀態(tài)下壓縮系數(shù)av0.1-0.3為0.105MPa-1～0.675 MPa-1，壓縮模量Es0.1-0.3為 2.91 MPa～16.72 MPa，基本為中等壓縮性土。由于土的壓縮性越大，土體的濕陷空間就越大，則該段土如果發(fā)生濕陷則濕陷性越強(qiáng)，反之則弱。

（3）含鹽量的影響

選取北山坡三個探坑的水溶鹽含量和濕陷性進(jìn)行相關(guān)性分析，比較發(fā)現(xiàn)易溶鹽在濕陷發(fā)生中起到一定的作用，通過與其它多組易溶鹽含量及濕陷性的縱向比較發(fā)現(xiàn)易溶鹽在濕陷發(fā)生中不起主要作用，中溶鹽（CaSO4）含量對濕陷發(fā)生的影響不大。

（4）假塑性的影響

工程區(qū)濕陷性土巖性為低液限粉土（ML）、含砂低液限粉土（MLS），少部分為粉土質(zhì)砂（SM）。經(jīng)取樣試驗表明:三種巖性中均有部分粘粒含量為0.1～4.8，但塑性指數(shù)為7.2～13.9，不均勻系數(shù)為1.3～6.9，曲率系數(shù)為0.6～2.4，表層3 m～5 m范圍內(nèi)濕陷系數(shù)為0.0164～0.1454。表明塑性指數(shù)高而粘粒含量低的這類假塑性土也有輕～強(qiáng)濕陷性。

表1 濕陷性土的構(gòu)成統(tǒng)計表

3 北山坡區(qū)的濕陷性土成因

該地區(qū)粉土層主要分布于沖溝溝底及兩側(cè)山坡，層理明顯，為沖洪積物；含砂量較高，占16.1%～49.2%；局部夾有少量碎石，碎石粒徑2 mm～5 mm，含量為0.1%～4.2%；粉土層無明顯孔隙，顆粒組成與普通黃土有較大差別。此外粉土層顆粒組成變化較大，無明顯的大孔及垂直節(jié)理，干密度較大（一般1.4 g/cm3～1.64 g/cm3），鉆孔標(biāo)貫擊數(shù)為8～14擊。根據(jù)伊犁地區(qū)大量黃土試驗資料，干密度1.4 g/cm3～1.5 g/cm3可具有輕微濕陷，大于1.5 g/cm3一般沒有濕陷性。因此粉土的濕陷性具有分布不均勻性。

（1）深度變化

在地表10 m范圍內(nèi)，濕陷性在垂直方向分布具有一定的規(guī)律性，從地面向下隨深度增加，粘粒含量逐漸減少，濕陷性也逐漸減小。表層2 m處粘粒含量一般為10%左右，濕陷性較強(qiáng)，濕陷起始壓力較??；下部粘粒含量一般小于5%，濕陷性相對較弱，濕陷起始壓力相對較大。

（2）浸水量

對該區(qū)段試驗時，發(fā)現(xiàn)大部分試樣在開始浸水的前幾分鐘內(nèi)變形較大，之后的變形較小，表明本段粉土膠粒的膠結(jié)程度差。該段粉土的濕陷起始壓力較小，也證明了本段粉土膠粒的膠結(jié)程度差。

（3）壓力變化

試驗壓力在200 kPa～400 kPa時，隨試驗壓力增加，濕陷系數(shù)變化較小；并且部分是隨試驗壓力增加，濕陷系數(shù)變小。故高填方渠段（渠基上覆土壓力大于200 kPa）亦可采用200 kPa壓力下的濕陷系數(shù)作為濕陷處理依據(jù)。

（4）孔隙比的大小

受到基礎(chǔ)土層不同的形成條件及組成的影響，導(dǎo)致該區(qū)段密實程度差異性較大，干密度范圍值為1.30%～1.89%，比重的范圍值為2.69～2.72，孔隙比的范圍值為0.432～1.085。通過對161組試樣濕陷系數(shù)與孔隙比數(shù)值的結(jié)合比對，孔隙比＜0.7的試樣其濕陷系數(shù)均小于0.015，該試驗點無濕陷性；孔隙比＞0.8的試樣均存在濕陷性。通過對濕陷系數(shù)和孔隙比的統(tǒng)計分析得出兩者呈負(fù)相關(guān)自為營，造成問題責(zé)任的推卸與問題探究效率的下降。

4 結(jié)論

結(jié)合北山坡區(qū)濕陷性土的分析研究，可以看出粉土多具有濕陷性，有非自重濕陷，也有自重濕陷，此外還具有東部相對較強(qiáng)，西部相對較弱的特點。造成濕陷性的成因有深度變化、浸水量、壓力與孔隙比等，要改善濕陷性土的現(xiàn)狀，可以結(jié)合成因進(jìn)行預(yù)防。