紹興平原粉土工程地質特性初探

摘要：本文針對紹興平原地區沖海積粉土進行了現場原位測試及室內的土工試驗分析，得出了其含水量一般隨深度逐漸減小、密度和孔隙比一般隨深度逐漸增加，壓縮模量和抗剪強度一般隨深度逐漸增大，密實度一般隨深度逐漸增高，對該區域工程建設具有實際意義。

關鍵詞：粉土，物理性質，力學性質，透水性

紹興平原位于紹興地區北部，曹娥江東部，錢塘江南部。區內地勢平坦，河網密布，地勢上呈自西向東傾斜，為第四系濱海-海灣相沉積地層。由于濱海海涂地基土層的形成時代、成因和工程性質差異較大，土層成分復雜。一般地基土以濱海粉土、粉砂為主，上層土易液化，但承載力較粘土為高[1]。

粉土的性質復雜，既不同于粘性土，又有別于砂土，具有一系列獨特的工程性質。粉土的工程特性比粘土或砂更加難確定。至今對粉土工程性狀的研究尚不成熟，特別是在粉土地區大幅度降低地下水位時，因細小顆粒被帶走，極易發生流砂、管涌事故，常給工程造成意想不到的重大損失[2]。

1. 粉土的物理性質

粉土是介于砂性土和粘性土之間的一種過渡類型土，工程性質既與砂性土不同又與粘性土有較大區別。國內曾將之歸為黏土類，稱之為輕亞黏土，改革開放以后隨著認識的深化才獨立劃分為粉土。

現行《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001）（2009年版）規定，粒徑大于0.075mm的顆粒質量不超過總質量的50%，且塑性指數等于或小于10的土，應定名為粉土。

《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）定名粉土為塑性指數Ip≤10且大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%的土。浙江省《建筑地基基礎設計規范》（J10252-2003）定名粉土，當塑性指數Ip≤7，且粒徑d<0.005mm的顆粒含量不超過全重10%的為砂質粉土；當塑性指數7< Ip≤10且粒徑d<0.005mm的顆粒含量超過全重10%的為粘性粉土。

根據現場鉆孔取樣及粉土成因類型和物理力學性質，可將粉土層分為Ⅱ1砂質粉土和Ⅱ2砂質粉土，其中Ⅱ1砂質粉土，灰黃色為主，局部灰褐色，含植物根莖，偶夾淤泥團塊，濕～很濕，總體稍密，局部中密，中等壓縮性為主。土層均勻性偏差，搖震反應迅速～中等，干強度、韌性低。Ⅱ2砂質粉土，灰黃色為主，總體中密，局部密實，中等壓縮性為主，局部低壓縮性，土層均勻性偏差，搖震反應中等，干強度、韌性低。天然砂質粉土的物理性質指標見表1，總體上看，含水量一般隨深度逐漸減小、密度和孔隙比一般隨深度逐漸增加。

表1 粉土的物理性質指標

土層

含水量

比重

濕密度

干密度

飽和度

孔隙比

顆粒分析（mm）

0.25-0.075

0.075-0.005

<0.005

W（%）

Gs（—）

ρ（g/cm3）

ρd（g/cm3）

G（%）

e（—）

（%）

Ⅱ1砂質

粉土

22.1～37.4

2.70～2.71

1.84～1.98

1.31～1.56

85.0～100.0

0.754～1.005

6.77

85.88

7.37

Ⅱ2砂質

粉土

16.8～30.7

2.69～2.71

1.86～2.10

1.45～1.78

83.0～100.0

0.511～0.768

31.84

60.68

7.48

2. 粉土的力學性質

粉土中的粉粒對工程性質起著控制作用。其粒徑一般在0.075mm～0.005mm之間，多由含量≥60%的石英、長石、云母組成，表面活動性弱，但有一定的結構性[3]。

2.1 壓縮性指標

土的壓縮性是指土在靜力作用下體積縮小的特性，其不但與土的組成、狀態、結構等土的基本性質有關，也與土的受力條件有關，一般以壓縮系數、壓縮模量表示[4]。天然砂質粉土的壓縮性指標見表2。

表2 天然砂質粉土的壓縮性指標

土層

壓縮系數av（MPa-1）

壓縮模量Es（MPa）

Ⅱ1砂質粉土

0.104～0.274

6.25～17.66

Ⅱ2砂質粉土

0.084～0.195

8.92～19.82

2.2 抗剪強度指標

粉土的構成特點是粒間的連接很弱，主要表現為物理連接，它對含水率非常敏感。土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，其數值等于剪切破壞時滑動面上的剪應力。場區粉土的抗剪強度指標見表3。

表3 天然砂質粉土的抗剪強度

土層

快剪

固結快剪

凝聚力C（kPa）

摩擦角φ（度）

凝聚力C（kPa）

摩擦角φ（度）

Ⅱ1砂質粉土

8.0～12.5

27.0～31.6

10.2～18.8

30.3～32.8

Ⅱ2砂質粉土

9.9～16.3

30.5～33.5

8.8～19.9

30.5～33.6

2.3 原位測試試驗指標

場區的粉土原位測試試驗主要采用靜力觸探試驗和標準貫入試驗。天然砂質粉土原位測試指標見表4。根據現場標準貫入試驗可知，Ⅱ1砂質粉土總體稍密，局部中密，Ⅱ2砂質粉土一般中密，局部密實。

表4 天然砂質粉土原位測試指標

土層

標準貫入試驗

靜力觸探

擊數

錐尖阻力

MPa

側壁摩阻力

kPa

Ⅱ1砂質粉土

7～17

0.59～9.24

9.55～98.10

Ⅱ2砂質粉土

16～29

3.0～16.65

41.95～170.2

3 粉土的透水性

粉土的透水性一般以滲透系數K表示，物理意義為當水力梯度等于1時的滲透速度。粉土的滲透系數一般采用室內試驗方法測定。天然粉土的滲透性見表5。

表5 天然砂質粉土的滲透性指標

土層

垂直滲透系數Kv

cm/s

垂直滲透系數Kv

cm/s

Ⅱ1砂質粉土

2.27E-06～1.78E-04

1.47E-06～1.92E-04

Ⅱ2砂質粉土

3.99E-06～1.62E-04

1.33E-05～1.41E-04

4 結論

本文針對紹興平原地區沖海積粉土進行了現場原位測試及室內的土工試驗分析，得出了其物理性質、力學性質及透水性等相關工程地質特性，對該區域水利水電工程建設及路基、橋梁設計等具有實際意義。

參考文獻

[1]張芳. 紹興地區工程地質特性及地基基礎方法調查研究[D]. 浙江大學碩士論文. 2005

[2]楊迎曉. 錢塘江沖海積粉土工程特性試驗研究[D]. 浙江大學博士論文. 2011

[3]劉健，張天寶，謝媛. 錢塘江沿岸上部粉土的工程特性[J]. 公路，2011，8（8）：222-223.

[4]陳仲頤，周景星，王洪瑾. 土力學[M]. 北京：清華大學出版社，2012

Abstract： Based on in-situ Measurement and laboratory soil test about silt soil from Shaoxing northern plain， the result shows that water content generally decreases， and density and porosity increase gradually with depth， compression modulus， shear strength and compactness increase gradually with depth.

Key words： silt，physical properties，mechanical properties，permeability

作者簡介：陳亮（1985- ），男，助理工程師，任職于浙江省水利水電勘測設計院，目前主要從事水利水電工程地質勘察及土工試驗方面的工作。