延庆规划新城软弱粘性土工程特性研究

黄 骁，陈 刚，王文霞

（北京市地质工程勘察院，北京 100046）

延庆规划新城软弱粘性土工程特性研究

黄 骁，陈 刚，王文霞

（北京市地质工程勘察院，北京 100046）

延庆规划新城存在大面积的软弱粘性土，严重影响了新城土地工程能力。本文主要针对新城地层结构及沉积演化特点，对软弱粘性土的物质成分、微结构特征以及土的物理力学参数等进行了分析，研究了该地区软弱粘性土各项参数之间的相关性，建立了多组参数间的线性回归方程，为日后规划新城大规模的建设，提供了工程地质参考和依据。

软弱粘性土；工程特性；相关性

0 引言

软弱粘性土是软土的一种，主要包括高压缩性的粘土、粉质粘土和粘质粉土[1]，通常是在静水或水流缓慢、地势低平、水体较浅、气候温暖的沉积环境下，形成的第四系沉积物。其具有天然含水率高，孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、渗透性小等特点[2]～[7]。在软弱粘性土分布地段进行土建施工，在地基加固处理、边坡支护及控制工后沉降等方面都需要采用特殊工艺[8]～[11]；同时有软弱粘性土的地段一般为对建筑抗震不利地段，亦需加强结构抗震设防[12],[13]。延庆规划新城位于妫水河中、下游，地基土层以湖沼相与河流相沉积互层为主，具有明显的季节性层理，结构松软，富含有机质,具有明显的粘弱粘性土特征,降低了规划新城的土地工程能力,直接影响规划新城的功能布局[14]。本文对研究区内的软弱粘土从物质组成、结构特征、压缩性、抗剪强度、承载力等方面进行了研究，为规划新城后期的工程建设，提供了可靠的工程地质技术支持。

1 软弱粘性土空间分布特征

研究区的软弱粘性土为新近沉积的粉质粘土、粘质粉土，是在河流缓慢或静水沉积环境下沉积形成的[14],[15]，主要分布在妫水河与蔡家河两岸及其下游地势低洼的广大区域以及靳家堡-西羊坊-上阪泉一带的山前泉水溢出地段。各地厚度不一（图1），西卓家营、郎庄-付余屯-东小河屯、三里河-上水磨、东屯、莲花池等地段软弱粘性土厚度为1～3m，贾家台、小营、大路、西辛庄一带厚度大于5m外，其他地段的厚度均为3～5m。软弱粘性土埋深一般为2～6m（图2），以马庄-西白庙-西屯-东屯-大丰营为分界线，东北部埋深一般为小于4m，局部为4～6m；西南部埋深一般为4～8m，局部大于10m。

图1 研究区软弱粘性土厚度分布图

图2 研究区软弱粘性土埋深分布图

2 软弱粘性土的物质成分及结构特征

（1）物质成分

X衍射试验分析结果（图3）表明，软弱粘性土的矿物成分为石英、长石、云母、碳酸盐以及粘土矿物等；粘土矿物成分以伊利石为主，少量高岭石；有机质含量为3.0%～9.5%。

图3 研究区软弱土X 射线粉晶衍射试验结果

颗粒分析试验（表1）表明，软弱粘性土的以粉粒为主，含量为47%～49%；其次为砂粒，含量30%～40%；粘粒含量11%～22%。

（2）结构特征

电镜显微图像（图4）表明，软弱粘性土以砂粒、粉粒和钙质集粒占优势，含有少量的粘粒及有机质；其微结构主要为粒状胶结结构，石英、长石等颗粒为骨架，伊利石、高岭石以及蒙脱石等片状粘粒主要作为胶结物质，填充于颗粒之间或颗粒表面上。颗粒松散排列，无定向性，有架空现象，孔隙较多，粘土颗粒连接在一起有的形成较大团粒，孔隙很少，有的呈蜂窝多孔状。软弱粘土的这种多孔松散结构，对其强度和稳定性影响较大，表现为承载力较低，压缩变形较大，抗剪强度较低。

表1 延庆新城工作区软弱粘性土的颗粒组成

图4 软弱粘性土微观结构特征

3 软弱粘性土物理力学特征研究

研究区内软弱粘性土的天然密度1.80～2.05g/cm3，平均约1.96 g/cm3；天然含水量20.75%～33.50%，平均25.79%左右；孔隙比为0.78～0.95；液性指数0.75～1.09，平均0.88，属软塑-可塑状态。本文研究了软弱土的压缩模量、抗剪强度、承载力等与其物理指标间的相关性。

（1）压缩模量

压缩模量是土的力学性质指标之一，是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要参数。研究区软弱粘性土的压缩模量为2.36～6.16MPa，平均值为4.51MPa；属中高-高压缩性土（图5）。

图5 研究区软弱粘性土压缩模量分区图

研究区内软弱粘性土压缩模量与土的孔隙比密切相关。孔隙比反映土松密程度，它与土形成过程中所受的压力、颗粒级配和颗粒排列状况等有关。区内软弱粘性土的孔隙比为0.560～0.935，一般大于0.750。从图6中可知，孔隙比对压缩模量的影响较大，孔隙比越大，压缩模量越小。如研究区内小屯一带的孔隙比较大，为0.75～0.85，其压缩模量为3.14～4.0MPa，属高压缩性土。经拟合，软弱粘性土的压缩模量ES与孔隙比e之间的关系式为：

研究区软弱粘性土压缩模量还与土的含水率密切相关。含水量反映土体含水多少的参数。当土体在受外力作用时，孔隙中的水便会在孔隙水压力作用下排出，土骨架进一步压缩。区内软弱粘性土的含水量为18.8%～31.44%，一般为25.0%左右。从图7中可知，含水量对压缩模量有显著的影响，压缩模量与含水量呈负相关关系，即含水量增高，压缩模量减小，土层的压缩变形加大。经拟合，软弱粘性土压缩模量ES与含水率w之间的关系式为：Es=20e-0.06w。

图6 压缩模量与孔隙比的关系曲线

（2）承载力

承载力是反映土层强度和变形的重要力学指标。研究区软弱粘性土承载力一般为100～130 kPa，最小为70 kPa，最大为130 kPa，总体上强度较低（图8）。

图8 研究区软弱粘性土承载力分区图

图9 承载力与压缩模量的关系曲线

（3）抗剪强度

抗剪强度主要反映土体抵抗剪切破坏的能力，它是土层重要的力学性质指标。研究区软弱粘性土的抗剪强度由原位十字板剪切试验测定。试验结果显示，软弱粘性土的抗剪强度一般为30～40 kPa，最小为24.7 kPa，最大为56.0 kPa（图10）。

研究区软弱粘性土抗剪强度与压缩模量存在密切的关系，从图11可以看出，软弱粘土层抗剪强度与压缩模量成正相关关系，即压缩模量越大，抗剪强度越大。经拟合，软弱粘性土与压缩模量的关系式分别为：τf=30.146Es—97.351。

图10 研究区软弱粘性土抗剪强度分区图

图11 抗剪强度与压缩模量关系曲线

4 结论

（1）研究区新近沉积的粉质粘土、粘质粉土具有软弱粘性土特征，其微结构主要为粒状胶结结构；多孔松散结构影响了软弱粘性土的强度和稳定性，使其具有较低的承载力和抗剪强度，压缩变形较大。

（2）研究表明，软弱粘性土的压缩模量与含水量及孔隙比呈负相关关系；承载力与压缩模量呈线性正相关关系；抗剪强度与压缩模量成正相关关系。

5 问题与探讨

（1）文章仅研究了软弱粘性土的承载力和抗剪强度与压缩模量的相关性，而没有研究承载力和抗剪强度与孔隙比、液性指数等物理指标间的相关性。

（2）研究区软弱粘性土其孔隙比一般都小于1，液化指数普遍也小于1，与传统意义上的软土具有一定的差别，其物理特性的变化是否与地区多年地下水位下降有关，有待进一步开展相关研究。

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Study on Engineering Properties of Soft Clay in the Yanqing Planning New Town

HUANG Xiao，CHEN Gang，WANG Wenxia

( Beijing Institute of Geological Engineering, Beijing 100046)

Yanqing planning new town exists large area of soft clay, which causes a serious impact on the land’s engineering capabilities. In this paper, according to the characteristics of the stratigraphic structure and sedimentary evolution, the soft clay material composition, microstructure characteristics and soil physical and mechanical parameters were studied, and the correlation among the parameters of the weak cohesive clay were analyzed. As a result, we have established a linear regression equation on multiple sets of parameters, which can provide the engineering geology reference and basis for the future construction of the new city.

Soft clay；Engineering properties；Correlation

TU442

A

1007-1903（2014）01-0033-05

黄 骁（1974- ），男，注册土木（岩土）工程师，主要从事岩土工程勘察、设计与施工、地质灾害评估。E-mail: huangxiaomail@163.com