灌区渠道基土工程水敏性试验研究

于忠豪

（新疆水利发展投资（集团）有限公司，新疆 伊宁 835000）

1 试验材料及方法

试验土样为A、B、C 三个灌区表层以下30～50 cm，生石灰CaO含量大于98%。土样矿物成分及物化性质试验根据《土工试验规范》来进行。自由膨胀率结果判别土样膨胀性，交换性钠百分比、针孔、碎块及双比重计等试验判别土样分散性。

2 试验结果

2.1 土样物化性质

物化性质结果如表1（土样化学性质）所示。颗粒组成以黏粒和粉粒为主，根据塑性图分类，土样1到土样4都属于高液限粉土，土样5 位低液限黏土。土样盐含量不高，pH 值5.38～7.76，有机质3.81～15.31 g/kg，有机质含量土样1、2 及3 要比4与5高，而土样1、2及3的pH值要比4与5低。

表1 土样化学性质分析表单位：g·kg-1

2.2 土样矿物成分分析

表2分析结果即是此次研究的土样矿物成分。从表发现，黏土矿物主要是蒙脱石和伊利石，以伊-蒙混层为主，依混层比开展综合性的计算得出蒙脱石14.41%～19.11%，伊利石18.81%～21.71%。有研究表明，蒙脱石在土体汇总如果超过百分之五的含量，那么就会明显影响到土体的工程性能。五组土样基于成分分析得出其存在明显的分散性和膨胀性。

表2 土样矿物成分分析表单位：%

2.3 土样膨胀性

土样阳离子交换量、蒙脱石含量及自由膨胀率结果如表3。从表4看出，五组土样自由膨胀率42%～91%，其中土样2为91%，属强膨胀土；土样3为77%，属中膨胀土；其余属于弱膨胀土。阳离子交换量17.85～25.33 cmol·kg-1，蒙脱石14.41%～19.11%，由此能够得出，五组土样都属于膨胀土，具有一定膨胀潜势。

表3 土样膨胀性表

表4 土样分散性分析结果表

2.4 土样分散性试验判别

土样分散性结果如表4。土样1、2以及3的分散度30%以下，为非分散性土；土样4分散度50%以上，为分散性土；土样5分散度36.71%，为过渡性土。碎块试验表明，土样1水色清澈，崩解后烧杯底部细颗粒状平推。土样2 无崩解，这两者都为非分散性土；其余土样水色有明显的浑浊，崩解之后扩散到烧杯底部。针孔试验表明，土样4 针孔在50 mm 水头下迅速扩大2～3 倍的孔径，水流浑浊，为分散性土；其余土样水流清澈，针孔不扩大，为非分散性土。孔隙水可溶性阳离子试验表明，五组土样的PS 百分比1.61%～15.61%，TDS1.68～4.78。通过PS及TDS关系看出，五组土样都为非分散性土。ESP试验表明，五组土样ESP含量都10%以下，为非分散性土。

①交换性钠离子百分比：ESP 大于15%为高分散性土；ESP7%～10%为中等分散性土。②双比重计试验：分散度30%以下为非分散性土，30%～50%为过渡性土，50%以上为分散性土。③孔隙水可溶性阳离子试验：PS40%以下为非分散性土，40%～60%为过渡性土，60%以上为分散性土。④针孔试验：50 mm水头下针孔迅速扩大，孔径＞1.5倍，水流浑浊，为分散性土；180～380 mm水头下针孔冲蚀较慢，孔径＞1.5倍，水流稍浑浊，为过渡性土；380～1 020 mm 水头下针孔不扩大，水流清澈，为分散性土。⑤碎块试验：土块崩解扩散整个烧杯底部，水浑浊为分散性土；土块崩解后微量浑浊，很少扩散，为非分散性土；土块烧杯底部细颗粒状平推，无浑浊，为过渡性土。

2.5 改性工程性质分析

①改性后的土体掺灰量与自由膨胀率以及养护龄期的关系为：土体自由膨胀率随着石灰掺量的增加而降低。增加养护龄期，自由膨胀率没有明显变化，由此能够看出，对于膨胀土通过掺加石灰能够对土样膨胀性进行降低，有着较好的改性效果。②对于土样也在改性之后进行了碎块以及针孔试验，为分散性土。土样3以及土样5属于抗蚀性差的土，进行碎块试验显示为分散性特征，所以，对于土样3 以及土样5 改性后也进行碎块试验。结果发现，石灰添加到土样再养护3 d，土体分散性逐步下降，而后在针孔与碎块试验中显示为非分散性。由此说明掺加石灰后能够增加土的膨胀性，同时也能加强分散性。

3 结语

在渠道的建设当中，分散性土及膨胀土这种水敏性特殊土经常会遇到。这些土因为其水敏性会明显降低渠基承载力，发生明显渠坡变形及裂缝。因此，需要深入研究渠道工程性质。该工程A灌区具有膨胀性，强弱都有，B灌区不但具有分散性，还具有弱膨胀性；C灌区具有弱膨胀性。施工中建议通过添加3%石灰处理，以此消除土样分散性及膨胀性。