黄泛区粉土物理特性区域差异性试验研究

2022-03-02文浩

四川水泥 2022年1期

文浩

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京顺义 101300）

0 引言

近几年，随着中央区域发展规划的部署和实施，河南中东部地区经济发展迅速，建筑和道路的数量和等级也在迅速增加。然而，该区域大部分地区属于黄泛区区域，区域内地质以粉土为主。由于粉土粒径较为均一，堆积孔隙缺乏细粒填充，即使按照现行规范的压实方法也不易形成密实结构土体，从而导致本区域内路基和地基工程产生多种类型的病害，给当地基础设施的修筑与维护带来了极大的困扰。开封、中牟和新乡这三个地区分别在河南的中部偏北、中部和中部偏东，三个区域的连线是一个三角形区域，这三个区域均为黄泛区，覆盖了大部分河南中东部地区，这三个区域粉土主要是1938-1945年黄河多次改道由水成和风成双重作用下形成，并且也是受灾较严重的地区。因此，准确了解这三个地区粉土物理特性在各区域的差异性，对以后提高河南中东部黄泛区基础设施建设的使用性、耐久性、经济性具有重大意义。本文选取开封黄河边(以下简称开封)、新乡卫辉市(以下简称新乡)和中牟西十里铺(以下简称中牟)三个区域粉土进行物理性能研究。

1 不同区域黄泛区粉土的颗粒分析

本文既有研究成果表明，虽然不同区域黄泛区粉土的粒径都比较均一，但不同区域粉土的粒径比例却各有差异，而不同粒径颗粒组成了土体骨架，直接影响土体的可压实性和工程使用性。因此研究不同区域土粒径比例对黄泛区各区域粉土地基中的工程结构设计、施工、管理和养护均具有重要意义。

本文采用《土工试验规程》（SL237-1999）规定方法，对开封、新乡和中牟地区的黄泛区粉土颗粒级配进行了试验，试验测得三个区域粉土的不同粒径含量如表1所示。

表1 颗粒级配表

由表1可看出，虽然三个区域均为黄泛区粉土，其颗粒组成却存在明显差异，开封区域粉土最大粒径基本为2mm，新乡区域粉土最大粒径大于2mm，中牟区域粉土最大粒径基本为0.5mm；且开封区域粉土细粒(小于0.075mm)含量达到90%以上，其他两个区域粉土细粒含量在55%～65%之间，开封和中牟粉土粒径在2～0.5mm内百分含量接近，中牟粉土粒径在0.5～0.074mm内含量迅速增加，是这三个区域粉土细粒含量最少的。

2 不同区域黄泛区粉土液塑限分析

土壤塑限和液限分别是土壤处于塑性状态时的最低含水率和最高含水率，液限是土体从粘滞状态到可塑状态的上限含水率，土体对变形和剪切力都有一定的阻力，它反映了土体具有可量度的最小强度值，土体从可塑状态转变为半固状态的界限含水率是塑限。塑限指数是划分土的类别及评价工程性质的重要指标。因此，从工程角度来说，土的液限、塑限和塑限指数有重要的意义。

由试验可得到不同区域粉土含水率与锥入深度的关系，见图1。结合颗粒分析结果，得到不同细粒含量与液塑限之间的关系，见图2。由图2可知不同区域黄泛区粉土细粒含量对液限含水率和塑限含水率、塑性指数均有影响。细粒含量越多，液限含水率和塑限含水率也越大，塑性指数总体成上涨趋势。当细粒含量从55.79%增大到63.69%时，液限含水率、塑限含水率增长较快，塑性指数逐渐增大；当细粒含量从63.69%增大到94.45%时，液限含水率和塑限含水率增长减慢。

图1 不同区域粉土含水率与锥入深度关系

图2 不同区域粉土液塑随细粒含量变化规律

细粒含量增加塑限和液限都有所提高。这可能是因为细粒可以有效改变土壤颗粒和水分的分布状况，影响土颗粒的排列形式来影响土颗粒的可塑性，土壤细粒具有较大的表面积，细粒含量增加，进而影响土壤的储水能力。细粒含量较高时，粗颗粒较均匀地分布在细粒基质中，土粒间被细粒充填，粗颗粒被隔开，并有利于颗粒的定向排列，弱结合水含量升高，从而增加土壤的液限。

从以上三个区域粉土液塑限进行的对比，可知开封和新乡液塑限都比较大，路基和堤坝对雨水的冲刷腐蚀具有较高的抵抗能力。

3 不同区域黄泛区粉土最大干密度和最优含水率实验分析

本文击实试验是利用土的压实与干密度、含水率之间的密切联系，改变土的干密度、含水率，从而达到改善土的工程性质、提高抗剪力，降低渗透性的目的。因最大干密度的不同会影响土体的压实度，从而也会影响粉土的渗透系数、孔隙率、抗剪强度、动强度和阻尼比。因此，研究最大干密度和最优含水率对基础建设具有重要的意义。

本文采用《土工试验规程》（SL237-1999）规定方法，对开封、新乡和中牟地区的黄泛区粉土做击实试验，试验得到含水率与干密度的关系如图3所示，最大干密度和最优含水率的数据如表2所示，结合颗粒分析试验得到细粒含量与最大干密度和最优含水率的关系。

图3 含水率与干密度关系图

表2 最大干密度和最优含水率数据

由图3可知开封粉土最大干密度和最优含水率分别为1.725g/cm3和16.5%,新乡粉土最大干密度和最优含水率分别为1.742g/cm3和16.2%,中牟粉土最大干密度和最优含水率为1.96g/cm3和11.2%，其中开封和新乡粉土最大干密度和最优含水率很接近，中牟粉土的最大干密度最大，最优含水率却是最小的。新乡最优含水率最小，最优含水率最大。从机理上分析，中牟粉土的细粒含量最少，当粗粒含量越多干密度越大，因为抵抗变形能力主要由颗粒间的摩擦力、土粒的粘结力和土粒与石质界面的粘聚力组成。