不同含泥量风积沙的物理化学性质

宋建华

0 引言

随着我国公路建设的发展，越来越多的高速公路将在沙漠地区进行。如已经通车的榆靖高速公路、榆蒙高速公路通过毛乌素沙漠地区。该地区特殊地基的环境条件不同，风积沙中混合有粘性土，并不断随着当地风沙沉积及降雨入渗浸湿而变化，土体的含水状态也不稳定。这些含泥风积沙的物理力学性质决定了路基的强度和变形，而含泥风积沙的物理力学性质目前研究较少，因此，研究含泥风积沙的物理化学性质有重要的实用价值。本文以陕蒙高速公路风积沙路基填料为研究对象，开展一系列的物理化学试验，揭示含泥量对风积沙填料物理化学性质的影响规律。

1 不同含泥量风积沙的物理性质

试样来自陕西至内蒙界沙漠高速公路的6个试验段及填料取土场，试样料为不同含泥量的风积沙。含泥风积沙的粒径主要分布在0.6 mm～0.074 mm范围内。级配很差，粒度比较均匀。

1.1 不同含泥量风积沙的颗粒级配特征

为了研究陕蒙沙漠高速公路不同含泥量风积沙的工程性质，以下对土样按含泥量依次为5%，15%，30%，40%，50%，60%，70%的7种试样进行人为制备。制备试样的粒径分布见图1。

从图1可以看到：随着含泥量的增加，不均匀系数Cu先增加，后逐渐减小。有效粒径是呈递减趋势的，大部分试样级配不良。

1.2 不同含泥量风积沙的比重试验

采用比重瓶法对不同含泥量的风积沙试样进行比重试验，试验结果如表1所示。从试验结果可以看出：随着含泥量的增加，土粒比重逐渐增大。

表1 试样的比重

1.3 不同含泥量风积沙的界限含水量试验

采用联合测定法来测定所配试样的液限和塑限。对于含泥量小的试样(含泥量不大于5.2%)，由于细颗粒土较少，可以不予考虑其液塑限。试验结果见图2。从图2可以看出：随着含泥量的增加，液限、塑限以及塑性指数也在增大，说明随着含泥量的增大，其稳定性变差。

2 不同含泥量风积沙的矿物特征

在陕蒙沙漠高速公路的三个试验段K15+785，K79+300及K87+800分别采集了不同含泥量的风积沙样进行化学成分试验，试验结果如表2，表3所示。

由表2发现，不同含泥量风积沙的化学组成以SiO2为主，而Al2O3次之，MgO，CaO，K2O，Na2O，Fe2O3等的含量相对较少。与粉粘土相比，不同含泥量风积沙SiO2的含量较多，其颗粒的硬度和强度均较大。因石英抗风化作用的能力强，具有较高的机械稳定性，长石矿物广泛产出于各种成因类型的岩石，陕蒙沙漠高速公路含泥风积沙与下伏沉积物在重矿物组成上有其相似性，说明陕蒙沙漠高速公路含泥风积沙的矿物成分以形成的母质成分为转移，但因风的作用对矿物组成上产生外来物质的混入和本身矿物含量的减少，又造成两者之间的局部差异性。总的来说，陕蒙沙漠高速公路含泥量较小的风积沙颗粒的风化程度并不高，坚硬的石英颗粒，其表面较为平滑，少有风化迹象;而碳酸盐岩屑、泥岩屑等颗粒由于质地软弱或含有可溶蚀的杂质，其表面较多出现溶孔、凹坑、麻点、擦痕等风化迹象;长石与火成岩颗粒表面除可见到一般的腐蚀痕迹外，也能见到主要由褐铁矿组成的厚度为几十毫米的包膜。对于陕蒙沙漠高速公路含泥量大的风积沙(含泥量不小于60%)来说，其矿物成分主要是石英和半氧化物，并且含量基本各占了一半。

表2 不同含泥量风积沙矿物成分对应表

表3 不同含泥量风积沙化学成分对应表 %

从表3陕蒙沙漠高速公路不同含泥量的风积沙化学分析可以看出，含泥量小于5.2%，易溶盐含量为0.061%，中溶盐石膏含量为0.094%;含泥量为30.2%，易溶盐含量为0.043%，中溶盐石膏含量为0.175%。可以认为，随着含泥量的增加，其易溶盐含量逐渐减小，而中溶盐石膏含量逐渐增大。另外，与黄土、粉土相比，含泥风积沙的中溶盐石膏含量较大，再次说明含泥风积沙在含泥量较小时，其硬度和强度均较大。含泥风积沙的pH值基本在9左右，呈碱性。

3 结语

1)随着含泥量的增加，不均匀系数Cu先增加，后逐渐减小。有效粒径是呈递减趋势的。2)随着含泥量的增加，土粒比重逐渐增大，液限、塑限以及塑性指数也在增大，其稳定性变差。3)不同含泥量风积沙的化学组成以SiO2为主，而Al2O3次之，MgO，CaO，K2O，Na2O，Fe2O3等的含量相对较少。与粉粘土相比，其颗粒的硬度和强度均较大。随着含泥量的增加，其易溶盐含量逐渐减小，而中溶盐石膏含量逐渐增大。在含泥量较小时，其硬度和强度均较大。含泥风积沙的pH值基本在9左右，呈碱性。4)含泥量较低的风积沙可作为路堤填料。

［1］ 付兵先.不同含泥量风积砂的路用性能研究［D］.西安：长安大学硕士学位论文，2006.

［2］ 申爱琴，郑南翔，苏 毅，等.含砂低液限粉土填筑路基压实机理及施工技术研究［J］.中国公路学报，2000，13(4)：12-15.

［3］ 李志勇，曹源文，梁乃兴.风积砂的扭实机理［J］.中国公路学报，2006，19(5)：4-11.

［4］ 范红英，边世斌，张 巍.不同含泥量风积砂强度特性试验研究［J］.工程勘察，2009(4)：10-14.

［5］ 张海录.内蒙古地区的风积沙填筑工艺及防护［J］.山西建筑，2010，36(15)：278-279.