安哥拉紅砂現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)研究

喬建偉 劉爭宏 夏玉云 王冉 唐立軍

摘要：為準(zhǔn)確評價安哥拉紅砂場地的自重濕陷特征，開展現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)，對地表及不同深度地層變形、水分入滲規(guī)律和浸水前后標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行監(jiān)測與研究，并對現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果差異性進(jìn)行探討。結(jié)果表明：浸水后紅砂地基表現(xiàn)為持續(xù)抬升，變形曲線可分為陡升、緩升、不穩(wěn)定和趨于穩(wěn)定4個階段;深度8 m以上紅砂地層為濕陷沉降變形，累計沉降量為5.6 mm，遠(yuǎn)小于室內(nèi)試驗(yàn)計算的自重濕陷沉降量137 mm;紅砂豎向滲透速率和水平滲透速率均較大，浸水和停水后紅砂含水率變化較快，紅砂持水性較差，浸水過程中紅砂地層的飽和度小于80%，為非飽和滲透;浸水后紅砂地層標(biāo)貫擊數(shù)顯著降低，具有顯著的軟化特性。紅砂較大的滲透系數(shù)和較差的持水性導(dǎo)致紅砂很難達(dá)到飽和狀態(tài)，是自重濕陷沉降量實(shí)測值遠(yuǎn)小于計算值的因素之一，一般工程建設(shè)中建議可不考慮紅砂地基的濕陷特性，而將其按軟化特性進(jìn)行設(shè)計。研究結(jié)果不僅可指導(dǎo)紅砂場地未來工程建設(shè)，還可為其他砂土濕陷性評價提供借鑒。

關(guān)鍵詞：紅砂; 試坑浸水; 滲透特性; 濕陷性; 軟化性

中圖分類號：P642；TU443????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?? 文章編號： 1000-0844（2024）03-0521-08

DOI：10.20000/j.1000-0844.20220915002

Field immersion test on the Angora red sand

QIAO Jianwei1，2，3， LIU Zhenghong1，3，4， XIA Yuyung1，3， WANG Ran1，3， TANG Lijun1，3

（1. China Jikan Research Institute of Engineering Investigations and Design， Co.， Ltd.， Xi'an 710043， Shaanxi， China;

2. Field Scientific Observation and Research Station of Ground Fissure and Land Subsidence in Xi'an of Shaanxi，

Ministry of Natural Resources， Xi'an 710054， Shaanxi， China;

3. Shaanxi Key Laboratory for the Property and Treatment of Special Soil and Rock， Xi'an 710043， Shaanxi， China;

4. Department of Geological Engineering， Chang'an University， Xi'an 710054， Shaanxi， China）

Abstract：?To accurately evaluate the self-weight collapsibility characteristics of the Angola red sand site， a field immersion test for monitoring and studying the deformation of ground surface and strata at different depths and water migration regularity was conducted. The standard penetration test （SPT） blow counts before and after immersion were determined， and the difference between the results field and indoor tests was discussed. Results indicate that after immersion， the ground surface of red sand shows continuous uplift deformation. The deformation curve can be divided into four stages： steep rise， slow rise， unstable， and stable. The red sand stratum with a depth of more than 8 m shows collapsible settlement deformation， with a cumulative collapsible settlement of 5.6 mm， which is far lower than the self-weight collapsible settlement calculated by the indoor test （137 mm）. The vertical and horizontal permeability rates of red sand are large， and the water content of red sand changes rapidly after water immersion and water cutoff. The water holding capacity of red sand is poor. During water immersion， the saturation of red sand formation is less than 80%， which is unsaturated permeability. The SPT blow counts of red sand formation decrease considerably after water immersion， and softening characteristics are evident. The large permeability coefficient and poor water holding capacity of red sand impede the development of a saturation state， and thus， the measured value of the self-weight collapsible settlement is far lower than the calculated value. In general engineering construction， a design based on the softening characteristics of red sand foundation instead of collapsible characteristics is recommended. The results can not only guide engineering construction in red sand sites but also provide a reference for the collapsibility evaluation of other types of sand.

Keywords：red sand; immersion test; permeability characteristics; collapsibility; softening

0 引言

在撒哈拉沙漠以南的許多非洲西海岸國家淺層廣泛發(fā)育一種紅色的粉細(xì)砂（以下簡稱紅砂），又稱格埃路砂（Quelo），是多層建筑的主要持力層［1-2］。隨著“一帶一路”倡議的持續(xù)推進(jìn)，我國企業(yè)在紅砂地區(qū)實(shí)施了大量的工程建設(shè)，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)該紅砂在天然狀態(tài)下具有較好的直立性和強(qiáng)度，其特殊處在于遇水軟化和具有濕陷性［3-4］。目前，我國研究學(xué)者和工程師采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析對紅砂的力學(xué)特性、滲透特性、承載特性和濕陷特性已開展了部分研究［5-9］，均認(rèn)為紅砂具有典型的水敏性并揭示了其滲透系數(shù)，研究結(jié)果有效解決了紅砂地區(qū)的工程建設(shè)難題。

紅砂表現(xiàn)出與中國黃土相似的濕陷性，根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》［10］，目前我國對黃土場地濕陷性的評價方法有室內(nèi)壓縮試驗(yàn)和現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)［11］。按室內(nèi)壓縮試驗(yàn)評價黃土濕陷性簡便、省時、經(jīng)濟(jì)，但存在測試結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測值不一致的問題，不能真實(shí)反映黃土地基的濕陷性;現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)可以確定自重濕陷量的實(shí)測值和分層濕陷量，可判定場地濕陷類型和自重濕陷下限深度，其結(jié)果準(zhǔn)確可靠且能反映黃土地基的自重濕陷性［12-17］。目前，我國學(xué)者對紅砂濕陷性的研究主要采用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，依據(jù)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)結(jié)果并按我國《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》將其定義為自重濕陷性紅砂［1，9］。然而，一方面安哥拉紅砂與中國黃土顆粒大小、礦物成分和地質(zhì)環(huán)境存在較大差異，《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》在紅砂地區(qū)的適用性有待驗(yàn)證;另一方面，由于室內(nèi)試驗(yàn)土樣的尺寸和受力狀態(tài)不能與實(shí)際狀態(tài)完全吻合，根據(jù)黃土濕陷性研究結(jié)果，需要對室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。

基于以上考慮，本文在安哥拉紅砂地區(qū)開展現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)，通過沉降觀測點(diǎn)監(jiān)測表水入滲過程中地表和不同深度地層的變形規(guī)律，利用水分計和室內(nèi)試驗(yàn)分析表水的入滲規(guī)律和浸潤范圍，對比分析浸水前后紅砂場地的標(biāo)貫擊數(shù)，揭示紅砂地基的軟化特征。研究結(jié)果可為紅砂場地工程建設(shè)以及后期制定紅砂地區(qū)建筑規(guī)范提供一定的參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)場地條件

本次現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)在安哥拉羅安達(dá)平原實(shí)施，鉆探揭示場地地層剖面如圖1所示，地層自上至下依次為：①層耕植土，含有機(jī)質(zhì)，呈淺棕紅色，厚度0.5 m;②層粉砂，顏色較單一，以棕紅色為主，厚度8.3 m;③層粉砂，雜色，分③-1層粉砂和③-2層粉砂兩個亞層;③-1層粉砂以灰白色為主，含黃色和棕色斑點(diǎn)，是②層和③-2層之間的過渡層，厚度2.5 m;③-2層粉砂以灰白色粉砂為主，夾棕黃色和棕紅色斑點(diǎn)，厚度4.0 m;④層砂泥巖，砂巖以灰白色為主，一般含黃色和紅色調(diào)斑點(diǎn)，未揭露最大厚度。自鉆孔Zk1和Zk2頂部以1 m為間隔取樣，測試不同紅砂地層基本物理指標(biāo)和自重濕陷系數(shù)，結(jié)果如表1所列。

統(tǒng)計鉆孔Zk1和Zk2中自重濕陷系數(shù)大于0.015的數(shù)值，按式（1）計算自重濕陷沉降量Δzs，并取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)β0=1，得到鉆孔Zk1自重濕陷沉降量為132 mm，鉆孔Zk2自重濕陷沉降量為141 mm，根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》判定該場地類型屬于自重濕陷性場地。

Δzs=β0∑ni=1δzsihi （1）

式中：Δzs為自重濕陷沉降量計算值;β0為經(jīng)驗(yàn)系數(shù);δzs為自重濕陷系數(shù);hi為第i層土的厚度。

1.2 試坑設(shè)計

考慮到試驗(yàn)場地濕陷性紅砂厚度約為15 m，設(shè)計浸水試驗(yàn)試坑為直徑16 m的圓坑（圖2）。為消除上部耕植土的影響并控制試坑底部高程相等，確定試坑深度為0.5～0.7 m，試坑開挖完成后安裝監(jiān)測儀器。為防止試坑周邊土層坍塌，在試坑周邊砌磚墻和水泥砂漿抹面防護(hù)，最后在試坑底部鋪設(shè)10 cm厚碎石。

1.3 沉降標(biāo)點(diǎn)布置與監(jiān)測

本次試驗(yàn)在試坑內(nèi)外布設(shè)地面沉降觀測標(biāo)點(diǎn)37個，其中1個布設(shè)在試坑圓心，為測點(diǎn)O。另外36個以相同方式布設(shè)在互成120°夾角的3條測線上，每條測線12個標(biāo)點(diǎn)。以測線A為例，5個觀測標(biāo)點(diǎn)位于坑內(nèi)，間距1.5 m；7個位于坑外，A5～A10間距2 m，A10～A12間距3 m，即最遠(yuǎn)處標(biāo)點(diǎn)距試坑邊緣15.5 m，距試坑圓心23.5 m［圖3（a）］。

深層土體沉降標(biāo)點(diǎn)分2組布設(shè)（圖2）：第1組標(biāo)點(diǎn)布設(shè)在以試坑中心為圓心、半徑為3 m的圓周上，共布設(shè)6個（H1～H6），埋設(shè)深度在試坑底以下2～12 m，每間隔2 m布設(shè)1個;第2組布設(shè)在以試坑中心為圓心、半徑為6 m的圓周上，共布設(shè)12個（H7～H18），埋設(shè)深度在試坑底以下2～16 m，2～12 m每間隔2 m布設(shè)1個，12～16 m間隔1 m布設(shè)1個，以監(jiān)測可能出現(xiàn)的濕陷下限深度，其中13 m、15 m各布設(shè)1個深標(biāo)點(diǎn)，14 m、16 m各布設(shè)2個深標(biāo)點(diǎn)。

沉降標(biāo)點(diǎn)變形監(jiān)測采用瑞士產(chǎn)徠卡NA2型高精度精密水準(zhǔn)儀與銦瓦水準(zhǔn)尺，按二級變形測量精度要求進(jìn)行監(jiān)測。

1.4 土壤水分計與水位觀測孔布置

本次試驗(yàn)在試坑內(nèi)外布置土壤水分計30個，采

用長沙億拓土木工程監(jiān)測儀器有限公司生產(chǎn)的YT4801型土壤水分計，布置剖面如圖3（b）所示。試坑內(nèi)布置6個水分計（W1～W6），以試坑中心為圓心，布置在半徑為7.5 m的圓周上，相鄰水分計深度間隔2 m；W1位于試坑底部以下2 m，W12位于試坑底部以下12 m。試坑外淺標(biāo)點(diǎn)布置在試坑西南側(cè)B測線淺標(biāo)點(diǎn)的兩側(cè)，共布置4排，水平上水分計與試坑距離為1.5～13.5 m，豎向上水分計位于試坑底部以下2～8 m。試坑內(nèi)水分計用于監(jiān)測試坑內(nèi)表水向下的滲透過程，試坑外水分計用于監(jiān)測表水的側(cè)向滲透和浸潤過程。水分計監(jiān)測值為體積含水量，試驗(yàn)采用水分計的體積含水量與質(zhì)量含水率為線性關(guān)系。

為監(jiān)測浸水過程中紅砂自由水位的變化特征，在試坑外對稱布置2條水位觀測剖面線。每條測線包括5個觀測孔（S1～S5和S6～S10），試坑外第1個觀測孔與試坑邊緣水平距離為2 m，相鄰觀測孔間距2 m，各觀測孔深度均為16 m。水位觀測孔采用鉆機(jī)成孔后放入直徑75 mm的PVC管，PVC管與鉆孔孔壁間隙用角礫填充。測量水位時采用米尺在PVC管內(nèi)量測。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

試坑浸水前在鉆孔Zk3和Zk4開展標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，試坑浸水后在鉆孔BG1和BG2開展標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。標(biāo)貫試驗(yàn)重錘質(zhì)量為63.5 kg，從76 cm的高度自由下落并擊打插入土中的探頭，測定探頭貫入30 cm所需的擊數(shù)，試驗(yàn)步驟和技術(shù)要點(diǎn)按《巖土工程勘察規(guī)范》［18］實(shí)施。測試深度為地表下1 m，并每間隔1 m測試1次，測試最大深度為15 m。

1.6 浸水試驗(yàn)過程

本次試驗(yàn)共歷時258 d，其中浸水前初值觀測7 d，浸水10 d，停水后觀測241 d。試驗(yàn)累計向試坑注水3 020 m3，平均日注水量為302 m3，注水過程中由于現(xiàn)場試驗(yàn)條件有限，導(dǎo)致試坑在部分階段處于無水階段。試坑無水時，上部紅砂地層由于無水源補(bǔ)給會導(dǎo)致含水率降低，導(dǎo)致淺部水分計變化曲線不光滑，試驗(yàn)過程中盡可能減少試坑無水階段的時間并準(zhǔn)確記錄無水時間，在此期間觀察并記錄水分計變化曲線。試驗(yàn)日注水量、累計注水量和有水時間段如圖4所示。浸水過程中和停水后10 d內(nèi)，每天固定時間固定人員用精密水準(zhǔn)儀對全部沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行測量，停水后10～20 d間隔3 d觀測1次，隨后間隔10～35 d觀測1次。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 地表變形

（1） 地表變形發(fā)展過程

試驗(yàn)過程中，各淺標(biāo)點(diǎn)均產(chǎn)生不同程度的抬升變形且變形發(fā)展過程基本相同，以測線A為例，繪制測線A累計變形量變化曲線如圖5所示。從圖5可知，試驗(yàn)期間地表變形發(fā)展過程可分為4個階段，即變形陡升階段（ab段）、變形緩升階段（bc段）、變形不穩(wěn)定階段（cd段）和變形趨于穩(wěn)定階段（de段）。①變形陡升階段，發(fā)生在浸水期間，該階段地表抬升速率較快，變形曲線表現(xiàn)為斜率較大的直線，地表最大累積抬升位移為6.3 mm，平均抬升速率為0.63 mm/d;②變形緩升階段，為停水后0～20 d，地表抬升速率逐漸減小，變形曲線表現(xiàn)為斜率逐漸減小的弧線，該階段地表最大抬升位移為2.4 mm，平均抬升速率為0.12 mm/d;③變形不穩(wěn)定階段，為停水后20～80 d，地表位移表現(xiàn)為間斷的抬升和下降，但整體表現(xiàn)為抬升變形，變形曲線為傾斜的鋸齒線，該階段紅砂累積最大抬升量為2.6 mm，平均抬升速率為0.043 mm/d;④變形趨于穩(wěn)定階段，為停水后80～241 d，地表變形仍表現(xiàn)為抬升，但變形量逐漸趨于穩(wěn)定，變形曲線表現(xiàn)為斜率較小的直線，該階段累計抬升位移為2.8 mm，平均抬升速率0.017 mm/d，約為浸水期間抬升速率的1/37。

（2） 地表變形特征

繪制不同時間測線A、C變形剖面曲線如圖6所示。從圖6可知，試坑內(nèi)外不同測點(diǎn)抬升位移存在差異，變形剖面線近似呈倒“V”字型，最大位移為試坑內(nèi)測點(diǎn)C5，累積抬升位移為19.3 mm。試坑內(nèi)位移整體大于試坑外位移，以測線A為例，試坑內(nèi)測點(diǎn)抬升位移為13.0～15.1 mm，試坑外測點(diǎn)抬升位移為12.5～14.4 mm。試坑內(nèi)外相鄰測點(diǎn)差異變形量較小，最大差異變形量發(fā)生在測點(diǎn)C7和C8之間，相應(yīng)的地表傾斜率為1.03‰;試坑最外側(cè)的測點(diǎn)A12、B12和C12也產(chǎn)生了顯著的抬升變形，最大抬升位移分別為14.4 mm、12.4 mm和15.7 mm。此外，試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)距試坑水平距離為21 m的基點(diǎn)也產(chǎn)生了明顯抬升變形，表明浸水影響的水平距離較大，超過21 m。

2.2 分層變形

繪制不同深度測點(diǎn)位移隨時間變化曲線如圖7所示。由圖7可知，不同深度地層變形均表現(xiàn)為抬升，但變形曲線為鋸齒形，即不同深度地層位移隨深度變化曲線的斜率呈“正負(fù)交替”的現(xiàn)象。其中8 m以上地層抬升位移隨深度增加而增加，表明②層粉砂地層位移為負(fù)值，即為濕陷沉降變形，計算獲得試驗(yàn)期間②層粉砂地層的累計濕陷沉降量為5.6 mm;8～12 m內(nèi)地層抬升位移隨深度增加而減小，表明③-1層粉砂地層位移為正值，即表現(xiàn)為膨脹抬升變形;12～15 m內(nèi)地層抬升位移隨深度即有增加也有減小，表明③-1層粉砂地層兼具膨脹抬升變形和濕陷沉降變形，但整體仍以膨脹變形為主;15 m以下地層抬升位移隨深度增加而減小，表明④層砂泥巖為膨脹抬升變形。此外，深度15m處④層砂泥巖頂部的抬升位移量與地表抬升位移量基本相同，表明紅砂地基的抬升位移主要由下部砂泥巖膨脹抬升變形導(dǎo)致。

2.3 表水入滲規(guī)律

根據(jù)試坑外水分計監(jiān)測結(jié)果和浸水完成后鉆探取樣測試結(jié)果，繪制浸水后不同時間浸潤線如圖8所示。由圖8可知，浸水初期表水以豎直滲透為主，浸水1 d后，水的入滲深度即達(dá)8.5 m，平均豎向入滲速率為0.35 m/h（即9.72×10-3 cm/s），水平入滲距離為1.9 m，平均水平滲透速率為0.079 m/h（即1.31×10-3 cm/s）。但表水入滲至④層砂泥巖頂部時，由于其相對隔水作用，水的優(yōu)勢滲透逐漸變?yōu)樗綕B透，浸水10 d后最終浸潤線與水平線的夾角約為24.4°。

試驗(yàn)過程中試坑內(nèi)外水分計表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，鑒于文章篇幅，本節(jié)主要介紹試坑內(nèi)水分計變化規(guī)律，繪制試坑內(nèi)水分計隨時間變化曲線如圖9所示。由圖9可知，浸水后試坑內(nèi)不同深度水分計的變化時間隨深度增加而相對滯后，濕潤鋒到達(dá)后，水分計均為陡然增加，表明地層含水率增加速率較快，其在30 min內(nèi)即增加至總量的80%。浸水后試坑內(nèi)外②層紅砂的最大含水率約為18%，對應(yīng)飽和度約為79%，③-1和③-2層紅砂的最大含水率為16%，對應(yīng)飽和度分別約為78%和80%，表明紅砂表水入滲為非飽和入滲。②層紅砂上部（深度4 m）含水率變化曲線為鋸齒形，表明試坑內(nèi)間斷供水對其影響較大，而③-1層紅砂（深度8 m）和③-2層紅砂（深度12 m）含水率受試坑內(nèi)間斷供水的影響較小。停水后試坑內(nèi)不同深度紅砂含水率變化曲線相對滯后，②層紅砂上部（深度4 m）含水率在停水后兩天即開始迅速減小，并長期維持在8%左右，③-1層紅砂（深度8 m）含水率在停水后20 d開始下降，但下降速率小于②層紅砂，③-2層紅砂含水率變化曲線較平緩，含水率長期維持在14%左右。據(jù)此推測試驗(yàn)場地紅砂地層上部地層持水性較差，浸水或強(qiáng)降雨期間表水在紅砂地層中迅速下滲，導(dǎo)致紅砂地層含水率迅速增加;但浸水或強(qiáng)降雨過后，上部紅砂地層水分持續(xù)下滲導(dǎo)致其含水率也迅速降低。

浸水后，試坑外不同位置水分計發(fā)生變化的順序?yàn)椋壕嘣嚳釉浇裆钤酱?，含水率越先發(fā)生變化（增加）;與試坑內(nèi)水分計一樣，試坑外水分計也表現(xiàn)為陡然增加，表明含水率增加較快。停水后，含水率降低的先后順序?yàn)椋壕嘣嚳釉竭h(yuǎn)，埋深越淺，含水率越先發(fā)生變化（減?。c試坑內(nèi)水分計一樣，停水后水分計變化較快，表明含水率降低也較快。

2.4 水位變化規(guī)律

試驗(yàn)過程中，試坑外水位監(jiān)測孔表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，繪制S1～S5水位監(jiān)測結(jié)果如圖10所示。由圖10可知，試坑內(nèi)水位監(jiān)測孔的水位均先后抬高，表現(xiàn)出與試坑距離越近，水位越早變化且水位越高的趨勢。停水后，監(jiān)測孔的水位先后降低并趨于一致，且長期位于③-2層紅砂中形成上層滯水。

2.5 浸水前后標(biāo)貫擊數(shù)變化特征

繪制浸水前后試驗(yàn)場地標(biāo)貫擊數(shù)隨深度變化曲線如圖11所示。由圖11可知，天然狀態(tài)下紅砂地基標(biāo)貫擊數(shù)隨深度增加而增加，②層紅砂的標(biāo)貫擊數(shù)平均值為5.7擊，③-1層紅砂標(biāo)貫擊數(shù)平均值為13擊，③-2層紅砂標(biāo)貫擊數(shù)平均值為28擊;浸水后紅砂地基標(biāo)貫擊數(shù)仍隨深度增加而增加，但相同深度標(biāo)貫擊數(shù)均相對減小，②層紅砂的標(biāo)貫擊數(shù)平均值降低為4擊，③-1層紅砂標(biāo)貫擊數(shù)平均值降低為9擊，③-2層紅砂標(biāo)貫擊數(shù)平均值為22.6擊。對比浸水前后標(biāo)貫擊數(shù)，發(fā)現(xiàn)紅砂地基具有明顯的軟化特性，特別是②層紅砂浸水后標(biāo)貫擊數(shù)平均值僅為4擊，表明其浸水后力學(xué)性質(zhì)較差;而③-2層紅砂浸水標(biāo)貫擊數(shù)平均值為22.6擊，表明其仍具有較好的力學(xué)性質(zhì)。

2.6 紅砂場地工程特性討論

分析以上試驗(yàn)結(jié)果，可以得出浸水后僅②層紅砂表現(xiàn)出濕陷沉降，但自重濕陷沉降量僅為5.6 mm，遠(yuǎn)小于根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)獲得的紅砂自重濕陷沉降量計算值132 mm和140 mm，根據(jù)中國《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》可將試驗(yàn)場地定為非自重濕陷性紅砂場地。浸水過程中紅砂滲透速率較快且持水性差，導(dǎo)致紅砂地層飽和度均不足80%，未達(dá)到飽和狀態(tài);而我國濕陷性黃土浸水后試坑下部一定深度黃土層的最大飽和度均大于90%［19-20］，達(dá)到了飽和狀態(tài)。據(jù)此推測浸水過程中紅砂地層未達(dá)到飽和狀態(tài)是導(dǎo)致紅砂場地自重濕陷沉降量實(shí)測值與室內(nèi)試驗(yàn)計算值存在差異的因素之一。室內(nèi)試驗(yàn)時紅砂土樣可達(dá)到飽和狀態(tài)，土樣能產(chǎn)生充分的濕陷變形，現(xiàn)場浸水試驗(yàn)紅砂地層未達(dá)到飽和狀態(tài)，導(dǎo)致地層不能產(chǎn)生充分的濕陷變形。浸水前后紅砂場地標(biāo)貫擊數(shù)存在顯著差異，表明紅砂地基具有顯著的軟化特性。

夏玉云等［9］通過室內(nèi)試驗(yàn)和浸水載荷試驗(yàn)揭示了安哥拉紅砂地基的濕陷系數(shù)，發(fā)現(xiàn)浸水載荷試驗(yàn)獲得的濕陷系數(shù)是室內(nèi)試驗(yàn)的0.59倍，具有濕陷性。喬建偉等［21］通過室內(nèi)試驗(yàn)認(rèn)為紅砂黏土礦物的存在是紅砂具有濕陷性的內(nèi)在因素，含水率增加后黏土礦物聯(lián)結(jié)作用的減弱是產(chǎn)生濕陷變形的主要原因。現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)結(jié)果表明紅砂為非自重濕陷性紅砂，但具有顯著的軟化特性，據(jù)此本文推測紅砂的濕陷變形主要由浸水后承載力顯著降低，地基失穩(wěn)破壞引起的，與于永堂等［5］通過直剪試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含水率增加后抗剪強(qiáng)度顯著降低吻合，與彭友君等［3］通過現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)浸水后紅砂地基承載力顯著降低吻合。

綜上，本文推測紅砂地基的濕陷變形主要由浸水后承載力降低導(dǎo)致的地基失穩(wěn)、變形引起的，建議一般工程建設(shè)可不考慮紅砂地基的濕陷特性，而將其按軟化特性進(jìn)行設(shè)計。

3 結(jié)論

（1） 紅砂場地浸水后表現(xiàn)為膨脹抬升變形，變形曲線由4段組成，變形速率隨時間增加逐漸減小;試坑內(nèi)抬升變形量整體大于試坑外，但相鄰標(biāo)點(diǎn)差異變形量小，地表最大傾斜率為1.03‰。

（2） 紅砂地基抬升變形主要由下覆砂泥巖的膨脹抬升變形導(dǎo)致，僅②層紅砂出現(xiàn)濕陷沉降，但濕陷沉降量遠(yuǎn)小于室內(nèi)試驗(yàn)計算值，因此判定紅砂地基為非自重濕陷性紅砂場地。

（3） 紅砂豎向滲透速率和水平滲透速率均較大，浸水和停水后紅砂含水率變化較快，紅砂持水性較差，紅砂最終浸潤線與水平面夾角為24.4°;浸水過程中紅砂地層的飽和度小于80%，為非飽和滲透。

（4） 紅砂標(biāo)貫擊數(shù)隨深度增加而增加，浸水前后紅砂標(biāo)貫擊數(shù)變化較大，具有顯著的軟化特性。

（5） 紅砂地基的濕陷變形主要是由浸水后承載力降低導(dǎo)致的地基失穩(wěn)變形引起的，建議一般工程建設(shè)可不考慮紅砂地基的濕陷特性，而將其按軟化特性進(jìn)行設(shè)計。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］ 劉爭宏，廖燕宏，張玉守.羅安達(dá)砂物理力學(xué)性質(zhì)初探［J］.巖土力學(xué)，2010，31（增刊1）：121-126.

LIU Zhenghong，LIAO Yanhong，ZHANG Yushou.Preliminary study on physical and mechanical properties of Luanda sand［J］.Rock and Soil Mechanics，2010，31（Suppl01）：121-126.

［2］ 劉智，祝伯學(xué)，唐國藝，等.安哥拉Quelo砂強(qiáng)夯法處理地基承載力試驗(yàn)研究［J］.工程勘察，2018，46（12）：16-20.

LIU Zhi，ZHU Boxue，TANG Guoyi，et al.Experimental study on bearing capacity of Angola Quelo sand foundation treated by using dynamic compaction method［J］.Geotechnical Investigation & Surveying，2018，46（12）：16-20.

［3］ 彭友君，岳棟，彭博，等.安哥拉格埃路砂地層的承載力研究［J］.巖土力學(xué)，2014，35（增刊2）：332-337.

PENG Youjun，YUE Dong，PENG Bo，et al.Research on bearing capacity of Angola Quelo sand strata［J］.Rock and Soil Mechanics，2014，35（Suppl02）：332-337.

［4］ 唐國藝，劉智，劉爭宏，等.低能級強(qiáng)夯在安哥拉Quelo砂中的應(yīng)用［J］.巖土力學(xué)，2019，40（增刊1）：203-209.

TANG Guoyi，LIU Zhi，LIU Zhenghong，et al.Application of low-level dynamic compaction in Quelo sand in Angola［J］.Rock and Soil Mechanics，2019，40（Suppl01）：203-209.

［5］ 于永堂，鄭建國，劉爭宏.安哥拉Quelo砂抗剪強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2012，33（增刊1）：136-140.

YU Yongtang，ZHENG Jianguo，LIU Zhenghong.Experimental study on shear strength characteristics of Quelo sand in Angola［J］.Rock and Soil Mechanics，2012，33（Suppl01）：136-140.

［6］ 劉爭宏，王華山，周遠(yuǎn)強(qiáng)，等.安哥拉Quelo砂場地非飽和滲流試驗(yàn)與計算［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2018，45（4）：79-85，93.

LIU Zhenghong，WANG Huashan，ZHOU Yuanqiang，et al.Test and calculation of unsaturated seepage in the Angola Quelo sandy soil site［J］.Hydrogeology & Engineering Geology，2018，45（4）：79-85，93.

［7］ 劉爭宏，于永堂，唐國藝，等.安哥拉Quelo砂場地滲透特性試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2017，38（增刊2）：177-182.

LIU Zhenghong，YU Yongtang，TANG Guoyi，et al.Experimental study on permeability characteristics of Quelo sand site in Angola［J］.Rock and Soil Mechanics，2017，38（Suppl02）：177-182.

［8］ 唐國藝，唐立軍，劉智，等.安哥拉羅安達(dá)濕陷性砂的載荷試驗(yàn)研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2018，45（5）：108-113.

TANG Guoyi，TANG Lijun，LIU Zhi，et al.Research on collapsible sand under plate load test in Luanda，Angola［J］.Hydrogeology & Engineering Geology，2018，45（5）：108-113.

［9］ 夏玉云，喬建偉，劉爭宏，等.安哥拉紅砂濕陷特征試驗(yàn)研究［J］.工程勘察，2022，50（3）：1-6.

XIA Yuyun，QIAO Jianwei，LIU Zhenghong，et al.Experimental study on collapse characteristics of Angora red sand［J］.Geotechnical Investigation & Surveying，2022，50（3）：1-6.

［10］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB 50025—2018）［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

The State Standards of the People's Republic of China.Code for building construction in collapsible loess regions （GB 50025—2018）［S］.Beijing：China Architecture & Building Press，2018.

［11］ 武小鵬.基于試坑浸水試驗(yàn)的大厚度黃土濕陷及滲透特性研究［D］.蘭州：蘭州大學(xué)，2016.

WU Xiaopeng.Study on the characteristics of collapse and permeability of large thickness loess ground based on water immersion test［D］.Lanzhou：Lanzhou University，2016.

［12］ 蘇忍，張恒睿，張穩(wěn)軍，等.蘭州地鐵大厚度濕陷性黃土地層的現(xiàn)場浸水試驗(yàn)研究［J］.土木工程學(xué)報，2020，53（增刊1）：186-193.

SU Ren，ZHANG Hengrui，ZHANG Wenjun，et al.Immersion tests on self-weight collapsible loess site with large depth of Lanzhou metro line［J］.China Civil Engineering Journal，2020，53（Suppl01）：186-193.

［13］ AN P，ZHANG A J，XING Y C，et al.Experimental study on settling characteristics of thick self-weight collapsible loess in Xinjiang Ili region in China using field immersion test［J］.Soils and Foundations，2018，58（6）：1476-1491.

［14］ WANG L Q，SHAO S J，SHE F T.A new method for evaluating loess collapsibility and its application［J］.Engineering Geology，2020，264：105376.

［15］ 邵生俊，李駿，李國良，等.大厚度自重濕陷黃土濕陷變形評價方法的研究［J］.巖土工程學(xué)報，2015，37（6）：965-978.

SHAO Shengjun，LI Jun，LI Guoliang，et al.Evaluation method for self-weight collapsible deformation of large thickness loess foundation［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2015，37（6）：965-978.

［16］ 姚志華，黃雪峰，陳正漢，等.關(guān)于黃土濕陷性評價和剩余濕陷量的新認(rèn)識［J］.巖土力學(xué)，2014，35（4）：998-1006.

YAO Zhihua，HUANG Xuefeng，CHEN Zhenghan，et al.New recognition of collapsibility evaluation and remnant collapse of loess［J］.Rock and Soil Mechanics，2014，35（4）：998-1006.

［17］ 王麗琴，劉鑫，王正，等.試樣厚度對室內(nèi)測定黃土濕陷性指標(biāo)的影響［J］.地震工程學(xué)報，2021，43（5）：1190-1196.

WANG Liqin，LIU Xin，WANG Zheng，et al.Influence of specimen thickness on laboratory determination of loess collapsibility indexes［J］.China Earthquake Engineering Journal，2021，43（5）：1190-1196.

［18］ 中華人民共和國建設(shè)部.巖土工程勘察規(guī)范：GB 50021—2001［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

Ministry of Construction of the People's Republic of China.Code for investigation of geotechnical engineering：GB 50021—2001［S］.Beijing：China Architecture & Building Press，2004.

［19］ 姚志華，黃雪峰，陳正漢，等.蘭州地區(qū)大厚度自重濕陷性黃土場地浸水試驗(yàn)綜合觀測研究［J］.巖土工程學(xué)報，2012，34（1）：65-74.

YAO Zhihua，HUANG Xuefeng，CHEN Zhenghan，et al.Comprehensive soaking tests on self-weight collapse loess with heavy section in Lanzhou region［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2012，34（1）：65-74.

［20］ 楊華.裂隙性黃土滲透特性試驗(yàn)研究［D］.西安：長安大學(xué)，2016.

YANG Hua.Experimental research on the permeation properties of fissured loess［D］.Xi'an：Chang'an University，2016.

［21］ 喬建偉，夏玉云，劉爭宏，等.安哥拉紅砂濕陷性影響因素試驗(yàn)研究［J］.長江科學(xué)院院報，2023，40（3）：93-97，104.

QIAO Jianwei，XIA Yuyun，LIU Zhenghong，et al.Experimental study on influencing factors of Angora red sand collapsibility［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2023，40（3）：93-97，104.

（本文編輯：賈源源）

基金項(xiàng)目：陜西省創(chuàng)新能力支撐計劃項(xiàng)目（2022-KJXX-05，2023-CX-TD-34，2023-CX-PT-46）;自然資源部陜西西安地裂縫與地面沉降野外科學(xué)觀測研究站開放課題（2022-02）;國機(jī)集團(tuán)青年科技基金重點(diǎn)項(xiàng)目（QNJJ-PY-2022-41，QNJJ-ZD-2022-17）;西安市英才計劃青年項(xiàng)目（2022XAYC-03）;CMEC科技孵化項(xiàng)目（CMEC-KJFH-2018-02）;自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目（ZD20220203）

第一作者簡介：喬建偉（1990-），男，博士，高級工程師，主要從事工程地質(zhì)和特殊巖土工程特性方面的研究工作。E-mail：15029207728@163.com。

通信作者：劉爭宏（1980-），男，碩士，教授級高級工程師，長期從事特殊巖土工程性質(zhì)與地基處理的研究工作。E-mail：liu_zh2004@163.com。

喬建偉，劉爭宏，夏玉云，等.安哥拉紅砂現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)研究［J］.地震工程學(xué)報，2024，46（3）：521-528.DOI：10.20000/j.1000-0844.20220915002

QIAO Jianwei，LIU Zhenghong，XIA Yuyung，et al.Field immersion test on the Angora red sand［J］.China Earthquake Engineering Journal，2024，46（3）：521-528.DOI：10.20000/j.1000-0844.20220915002