湿陷性土力学性质成因分析

2020-08-17潘奕舟

陕西水利 2020年5期

潘奕舟

（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，新疆乌鲁木齐 830000）

0 前言

北岸干渠细粒土渠道总长约98.6 km，其中，初步设计阶段查明的湿陷性黄土分布长度约48.5 km。由近几年来的勘察发现，伊犁地区一些冲洪积细粒土也具有湿陷性，所以在技术研究阶段需要重点对北山坡及冲洪积倾斜平原区（兵团灌区）渠线分布的冲洪积细粒土分布厚度、物理力学性质及湿陷性进行了深入勘察，提升设计的可行性与适用性。

1 北山坡湿陷性黄土的构成

北山坡区渠线东起铁厂沟，西至朝阳隧洞，分布桩号62+680～98+300。渠道沿线呈沟梁相间的“W”型构造，沟底主要由冲洪积含土碎石层组成；沟两侧坡面则主要由粉土质砂、含砂低液限粉土与低液限粉土组成，厚度由沟底向坡顶逐步变薄，在夹碎石层可以看出有明显的水流搬运痕迹。

为查明湿陷性土物理力学性质，开展了补充性勘察。在竖井内取样，进行了密度、液塑限、压缩、剪力等试验。试验成果表明，北山坡湿陷性土定名为低液限粉土（ML）、含砂低液限粉土（MLS），少部分为粉土质砂（SM）。湿陷性土的检测结果见表1。

2 湿陷性土的影响性因素分析

孔隙比的大小表示土体的致密程度，同时还可以反映出黄土的压缩性，湿陷性等力学性质，此外还是重要的工程特性指标，黄土孔隙比的大小在很大程度上取决于上覆土层的自重压力。主要影响因素有:

（1）水量对比塑限与湿陷性关系

北山坡区及果子沟、黑水沟段湿陷性为轻微～强烈，含水率为0.7%～14.7%，塑限为12%～21%，其含水率基本小于塑限。头道河段湿陷性为轻微，含水率为13%～38%，基本大于塑限。二道河、三道河段为非湿陷性土，含水率为19%～41%，远大于塑限。研究表明:土含水率小于塑限，具有湿陷性；土含水率略大于塑限，具有轻微湿陷性；土含水率远大于塑限，基本无湿陷性。

（2）压缩性影响

对北山坡土质进行室内压缩试验可知，天然状态下压缩系数av0.1-0.3为0.045 MPa-1～0.370 MPa-1，压缩模量Es0.1-0.3为5.24 MPa～37.6 MPa，饱和状态下压缩系数av0.1-0.3为0.105MPa-1～0.675 MPa-1，压缩模量Es0.1-0.3为 2.91 MPa～16.72 MPa，基本为中等压缩性土。由于土的压缩性越大，土体的湿陷空间就越大，则该段土如果发生湿陷则湿陷性越强，反之则弱。

（3）含盐量的影响

选取北山坡三个探坑的水溶盐含量和湿陷性进行相关性分析，比较发现易溶盐在湿陷发生中起到一定的作用，通过与其它多组易溶盐含量及湿陷性的纵向比较发现易溶盐在湿陷发生中不起主要作用，中溶盐（CaSO4）含量对湿陷发生的影响不大。

（4）假塑性的影响

工程区湿陷性土岩性为低液限粉土（ML）、含砂低液限粉土（MLS），少部分为粉土质砂（SM）。经取样试验表明:三种岩性中均有部分粘粒含量为0.1～4.8，但塑性指数为7.2～13.9，不均匀系数为1.3～6.9，曲率系数为0.6～2.4，表层3 m～5 m范围内湿陷系数为0.0164～0.1454。表明塑性指数高而粘粒含量低的这类假塑性土也有轻～强湿陷性。

表1 湿陷性土的构成统计表

3 北山坡区的湿陷性土成因

该地区粉土层主要分布于冲沟沟底及两侧山坡，层理明显，为冲洪积物；含砂量较高，占16.1%～49.2%；局部夹有少量碎石，碎石粒径2 mm～5 mm，含量为0.1%～4.2%；粉土层无明显孔隙，颗粒组成与普通黄土有较大差别。此外粉土层颗粒组成变化较大，无明显的大孔及垂直节理，干密度较大（一般1.4 g/cm3～1.64 g/cm3），钻孔标贯击数为8～14击。根据伊犁地区大量黄土试验资料，干密度1.4 g/cm3～1.5 g/cm3可具有轻微湿陷，大于1.5 g/cm3一般没有湿陷性。因此粉土的湿陷性具有分布不均匀性。

（1）深度变化

在地表10 m范围内，湿陷性在垂直方向分布具有一定的规律性，从地面向下随深度增加，粘粒含量逐渐减少，湿陷性也逐渐减小。表层2 m处粘粒含量一般为10%左右，湿陷性较强，湿陷起始压力较小；下部粘粒含量一般小于5%，湿陷性相对较弱，湿陷起始压力相对较大。

（2）浸水量

对该区段试验时，发现大部分试样在开始浸水的前几分钟内变形较大，之后的变形较小，表明本段粉土胶粒的胶结程度差。该段粉土的湿陷起始压力较小，也证明了本段粉土胶粒的胶结程度差。

（3）压力变化

试验压力在200 kPa～400 kPa时，随试验压力增加，湿陷系数变化较小；并且部分是随试验压力增加，湿陷系数变小。故高填方渠段（渠基上覆土压力大于200 kPa）亦可采用200 kPa压力下的湿陷系数作为湿陷处理依据。

（4）孔隙比的大小

受到基础土层不同的形成条件及组成的影响，导致该区段密实程度差异性较大，干密度范围值为1.30%～1.89%，比重的范围值为2.69～2.72，孔隙比的范围值为0.432～1.085。通过对161组试样湿陷系数与孔隙比数值的结合比对，孔隙比＜0.7的试样其湿陷系数均小于0.015，该试验点无湿陷性；孔隙比＞0.8的试样均存在湿陷性。通过对湿陷系数和孔隙比的统计分析得出两者呈负相关自为营，造成问题责任的推卸与问题探究效率的下降。