试析黄河三角洲滨岸某场区粉土工程特性

卢超健，胡建华

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071）

0 引言

某场区现有突堤南侧及北侧地貌单元为黄河河口冲积与海陆交互沉积地貌，水下地势开阔平坦，属海底平原，从西到东地势逐渐倾斜变低。由于长时期的地壳运动和流水冲刷、沉积，黄河携带大量的泥沙流经此处，在该区形成粉砂质冲积区，呈现出砂土和黏性土多次交叠的现象。而粉土是介于砂性土和粘性土之间的一种过渡类型土，工程性质既与砂性土不同，又与黏性土有较大区别，体现出低粘结性、高分散性、易被水冲刷的特性。由于粉土独特的性质，探索其对场区工程建设的影响具有重要意义[1]。

通过以某一突堤陆域形成工程及其邻近3个工程的粉土为研究对象，在现场原位测试、土工试验的基础上，采用理论分析与试验成果相结合的方法展开对黄河三角洲滨岸粉土的特性探究，以供工程建设借鉴。

1 粉土的成因及分布规律

由于地处黄河入海口，其沉积受海水水位影响波动起伏，加上构造作用，在渤海的基底形成粉砂质的冲积区，地表沉积总厚度在500～900m之间，呈现多次交叠，砂土和黏性土相隔。该区域覆盖层地质属新生界第四系全新统，为黄河冲积与海陆交互沉积。因此，由于板块运动以及潮汐运动导致粉土的沉积呈现出不均匀和无规律性。

通过全断面取芯，结合室内岩土试验，揭示出粉土在该区广泛分布，在垂向上表现出呈层状、分布不均，层厚变化大，局部呈透镜体状零星分布的特点，并混有黏性土、局部夹砂，含云母、偶见贝壳屑[2-4]。勘区粉土层的分布情况见表1。

表1 勘区粉土分层情况表

2 粉土的基本物理力学性质

2.1 原位测试与孔隙比

根据对不同深度粉土的土工试验和标准贯入试验（S.P.T），经统计不同粉土层标准贯入试验与孔隙比基本情况见表2。

由图表中的数据可知：

（1）不同深度的粉土的孔隙比变化幅度不大，始终在0.6～0.8之间规律性起伏；

（2）随着深度的增加，孔隙比呈现出先增加后减小再增加的趋势。其中⑤-2粉土孔隙比最小，说明该层粉土的孔隙所占土的体积最小，饱和状态下，孔隙中含水量最少；

（3）标准贯入击数与孔隙比成反向关系。②、③-3、⑤-2、⑥-2粉土孔隙比平均值小于0.75，其对应标准贯入击数均值超过15击，②-1粉土的锤击数低于10击且孔隙比的平均值大于0.75；

（4） 根据 《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）（2009版）可知粉土的密实度，②、③-3、⑤-2、⑥-2粉土为密实，②-1粉土为中密。对应各层标贯统计指标及物理力学统计值，说明孔隙比越小，土越密实，压缩性越低；孔隙比越大，土越疏松，压缩性越高。

表2 粉土标贯及孔隙比基本情况

2.2 颗粒组成情况

根据该区域粉土的颗粒组成特点，以及不均匀系数CU=的公式计算可知，不均匀系数CU=1.1～1.6，曲率系数CC=0.8～1.0，所有粉土土样均不能同时满足Cu＞5，Cc=1～3的要求，属于级配不良土。 粒径级配见图1。

图1 不同深度粉土粒径级配图

不同深度内粉土粒径组成特点：各种粒径都有，并且出现＞2mm的砾石；各颗粒成分所占百分比不相同，但在该土层中所占的比重趋势基本相同，其粒径组成主要以粉砂 （粒径＜0.075mm）为主。随着深度的变化粉粒含量呈现出先减少再增加的趋势，⑤-2、⑥-2主要以粉粒含量为主，所占比例高达84%以上。粉土基本颗粒组成见图2。

2.3 含水率、液塑限规律

由表3可知：不同深度的粉土的含水率变化幅度不大，始终在23.2～28.7之间起伏。

各层粉土的塑限 （平均值）、液限（平均值）较稳定，变化不大。液限均值在26.2%～29.8%之间，范围值在23.3%～43.5%之间，塑限均值在18.0%～19.7%之间，范围值在15.4%～26.1%之间。塑性指数IP基本满足小于10的条件，大部分试验样本的IP＞8，反应出该场区粉土的塑性指数低，粘性小，粘粒含量少。

2.4 压缩性

场区不同深度粉土在压缩性指标上有相同亦有区别。

相同的是各层粉土的压缩系数处于0.1MPa＜a1-2＜0.5 MPa之间。其中②、⑤-2、⑥-2粉土的压缩系数分别为0.12、0.13、0.12，与之对应的压缩 模 量 分 别 为 14.489、13.300、14.400。反应出不同深度的三层粉土的压缩系数几乎相等，说明压缩性几乎相同，且压缩模量也近似相等。

②-1与③-3粉土的压缩系数较大，压缩模量较小。说明较之②、⑤-2、⑥-2三层粉土具有较高压缩性，土体结构强度较差，土质较松软。

综上所述，该区域的粉土总体为中等压缩性土[5-7]（②、⑤-2、⑥-2粉土为中偏低压缩性土、②-1中偏高压缩性土、③-3粉土为中等压缩性土）。

图2 粉土基本颗粒组成

表3 物理、力学指标统计值

图3 粉土含水率、液塑限规律

2.5 抗剪强度

根据抗剪强度的库仑定理公式τf=σtanΦ+c加上表4中的试验数据分析可知，试验中施加的剪切面法向应力一定时，抗剪强度与粘聚力和内摩擦角成正比。直接剪切实验中，②-1、③-3、⑤-2不同深度三层粉土的粘聚力平均值相同，根据理论公式分析可知，该三层土体的抗剪强度近似相等，而⑥-2土的粘聚力平均值最大，该层土的抗剪强度最强。通过比较直接剪切和固结快剪试验可知，②、③-3、⑤-2三层不同深度的粉土，两种试验的抗剪强度波动很小，近似相等，而②-1土层有明显变化，进一步说明，土体固结在一定程度上有利于增加土体的抗剪强度。

表4 粉土直接快剪和固结快剪数据统计

3 工程特性

通过现场钻探和室内试验，对该区浅层粉土的基本性质和工程特性有了一定的了解。不同深度粉土分析如下：

② 粉土，湿，密实，分布较稳定，厚度变化不大，中偏低压缩性，有一定强度；

②-1粉土，湿，中密，呈透镜体状分布，厚度变化大，中偏高压缩性，工程性质较差，强度较低；

③-3粉土，湿，密实，局部密实，该层分布不均，厚度不均，中等压缩性，力学强度中等；

⑤-2粉土，湿，密实，呈透镜体状零星分布于⑤粉质黏土中，中偏低压缩性，力学性能较好，但分布不稳定、层厚不均；

⑥-2粉土，湿，密实，呈透镜体状零星分布于⑤粉质黏土中，中偏低压缩性，力学性能较好，但分布不稳定、层厚不均。

综合分析可知：粉土是一种具有特殊工程性质的土，该区域粉土的成因复杂、钻探取样困难、分布不均、层厚变化大，力学性能较稳定，粉土塑性指数低、中等压缩性、粘性小、粘粒含量少、低粘结性、高分散性，但是粉土的工程特性与它的形成条件、物质成分、堆积年代、所处的地理环境与空间分布规律密切相关，所以不同区域不同深度的粉土，属性上存在着较大的差异。②、②-1、③-3土层工程性质较差，作为天然的工程地基有所欠缺，⑤-3、⑥-2该土层性质相对较稳定，基本满足设计对持力层的要求。由于粉土性质的特殊性，针对于不同的工程项目而言，对于粉土的要求也有所差别。

4 结论

通过钻探、原位测试以及室内试验，获得了该场区粉土的分布规律、基本物理力学性质等成果：

（1）粉土分布不均，层厚变化大，局部呈透镜体状零星分布。混有黏性土、局部夹砂，含云母，偶见贝壳屑。

（2）不同深度的粉土的孔隙比变化幅度不大，在0.6～0.8之间；

（3） 粉土的不均匀系数C∪=1.1～1.6，曲率系数Cc=0.8～1.0，所有粉土土样均不能同时满足 Cu＞5，Cc=1～3的要求，属于级配不良土；

（4）部分粉土具高粉粒含量的特性，其物理力学性质主要受粉粒影响，其最大含量达到84%以上；

（5）粉土总体为中等压缩性土[5-7]。

反应出不同深度、相同深度的粉土性质上的差异，其成果为工程建设提供了地质基础资料，亦可为同类工程借鉴。