試析黃河三角洲濱岸某場區粉土工程特性

盧超健，胡建華

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢 430071）

0 引言

某場區現有突堤南側及北側地貌單元為黃河河口沖積與海陸交互沉積地貌，水下地勢開闊平坦，屬海底平原，從西到東地勢逐漸傾斜變低。由于長時期的地殼運動和流水沖刷、沉積，黃河攜帶大量的泥沙流經此處，在該區形成粉砂質沖積區，呈現出砂土和黏性土多次交疊的現象。而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，又與黏性土有較大區別，體現出低粘結性、高分散性、易被水沖刷的特性。由于粉土獨特的性質，探索其對場區工程建設的影響具有重要意義[1]。

通過以某一突堤陸域形成工程及其鄰近3個工程的粉土為研究對象，在現場原位測試、土工試驗的基礎上，采用理論分析與試驗成果相結合的方法展開對黃河三角洲濱岸粉土的特性探究，以供工程建設借鑒。

1 粉土的成因及分布規律

由于地處黃河入?？?，其沉積受海水水位影響波動起伏，加上構造作用，在渤海的基底形成粉砂質的沖積區，地表沉積總厚度在500～900m之間，呈現多次交疊，砂土和黏性土相隔。該區域覆蓋層地質屬新生界第四系全新統，為黃河沖積與海陸交互沉積。因此，由于板塊運動以及潮汐運動導致粉土的沉積呈現出不均勻和無規律性。

通過全斷面取芯，結合室內巖土試驗，揭示出粉土在該區廣泛分布，在垂向上表現出呈層狀、分布不均，層厚變化大，局部呈透鏡體狀零星分布的特點，并混有黏性土、局部夾砂，含云母、偶見貝殼屑[2-4]?？眳^粉土層的分布情況見表1。

表1 勘區粉土分層情況表

2 粉土的基本物理力學性質

2.1 原位測試與孔隙比

根據對不同深度粉土的土工試驗和標準貫入試驗（S.P.T），經統計不同粉土層標準貫入試驗與孔隙比基本情況見表2。

由圖表中的數據可知：

（1）不同深度的粉土的孔隙比變化幅度不大，始終在0.6～0.8之間規律性起伏；

（2）隨著深度的增加，孔隙比呈現出先增加后減小再增加的趨勢。其中⑤-2粉土孔隙比最小，說明該層粉土的孔隙所占土的體積最小，飽和狀態下，孔隙中含水量最少；

（3）標準貫入擊數與孔隙比成反向關系。②、③-3、⑤-2、⑥-2粉土孔隙比平均值小于0.75，其對應標準貫入擊數均值超過15擊，②-1粉土的錘擊數低于10擊且孔隙比的平均值大于0.75；

（4） 根據 《巖土工程勘察規范》（GB 50021—2001）（2009版）可知粉土的密實度，②、③-3、⑤-2、⑥-2粉土為密實，②-1粉土為中密。對應各層標貫統計指標及物理力學統計值，說明孔隙比越小，土越密實，壓縮性越低；孔隙比越大，土越疏松，壓縮性越高。

表2 粉土標貫及孔隙比基本情況

2.2 顆粒組成情況

根據該區域粉土的顆粒組成特點，以及不均勻系數CU=的公式計算可知，不均勻系數CU=1.1～1.6，曲率系數CC=0.8～1.0，所有粉土土樣均不能同時滿足Cu＞5，Cc=1～3的要求，屬于級配不良土。 粒徑級配見圖1。

圖1 不同深度粉土粒徑級配圖

不同深度內粉土粒徑組成特點：各種粒徑都有，并且出現＞2mm的礫石；各顆粒成分所占百分比不相同，但在該土層中所占的比重趨勢基本相同，其粒徑組成主要以粉砂 （粒徑＜0.075mm）為主。隨著深度的變化粉粒含量呈現出先減少再增加的趨勢，⑤-2、⑥-2主要以粉粒含量為主，所占比例高達84%以上。粉土基本顆粒組成見圖2。

2.3 含水率、液塑限規律

由表3可知：不同深度的粉土的含水率變化幅度不大，始終在23.2～28.7之間起伏。

各層粉土的塑限 （平均值）、液限（平均值）較穩定，變化不大。液限均值在26.2%～29.8%之間，范圍值在23.3%～43.5%之間，塑限均值在18.0%～19.7%之間，范圍值在15.4%～26.1%之間。塑性指數IP基本滿足小于10的條件，大部分試驗樣本的IP＞8，反應出該場區粉土的塑性指數低，粘性小，粘粒含量少。

2.4 壓縮性

場區不同深度粉土在壓縮性指標上有相同亦有區別。

相同的是各層粉土的壓縮系數處于0.1MPa＜a1-2＜0.5 MPa之間。其中②、⑤-2、⑥-2粉土的壓縮系數分別為0.12、0.13、0.12，與之對應的壓縮 模 量 分 別 為 14.489、13.300、14.400。反應出不同深度的三層粉土的壓縮系數幾乎相等，說明壓縮性幾乎相同，且壓縮模量也近似相等。

②-1與③-3粉土的壓縮系數較大，壓縮模量較小。說明較之②、⑤-2、⑥-2三層粉土具有較高壓縮性，土體結構強度較差，土質較松軟。

綜上所述，該區域的粉土總體為中等壓縮性土[5-7]（②、⑤-2、⑥-2粉土為中偏低壓縮性土、②-1中偏高壓縮性土、③-3粉土為中等壓縮性土）。

圖2 粉土基本顆粒組成

表3 物理、力學指標統計值

圖3 粉土含水率、液塑限規律

2.5 抗剪強度

根據抗剪強度的庫侖定理公式τf=σtanΦ+c加上表4中的試驗數據分析可知，試驗中施加的剪切面法向應力一定時，抗剪強度與粘聚力和內摩擦角成正比。直接剪切實驗中，②-1、③-3、⑤-2不同深度三層粉土的粘聚力平均值相同，根據理論公式分析可知，該三層土體的抗剪強度近似相等，而⑥-2土的粘聚力平均值最大，該層土的抗剪強度最強。通過比較直接剪切和固結快剪試驗可知，②、③-3、⑤-2三層不同深度的粉土，兩種試驗的抗剪強度波動很小，近似相等，而②-1土層有明顯變化，進一步說明，土體固結在一定程度上有利于增加土體的抗剪強度。

表4 粉土直接快剪和固結快剪數據統計

3 工程特性

通過現場鉆探和室內試驗，對該區淺層粉土的基本性質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，濕，密實，分布較穩定，厚度變化不大，中偏低壓縮性，有一定強度；

②-1粉土，濕，中密，呈透鏡體狀分布，厚度變化大，中偏高壓縮性，工程性質較差，強度較低；

③-3粉土，濕，密實，局部密實，該層分布不均，厚度不均，中等壓縮性，力學強度中等；

⑤-2粉土，濕，密實，呈透鏡體狀零星分布于⑤粉質黏土中，中偏低壓縮性，力學性能較好，但分布不穩定、層厚不均；

⑥-2粉土，濕，密實，呈透鏡體狀零星分布于⑤粉質黏土中，中偏低壓縮性，力學性能較好，但分布不穩定、層厚不均。

綜合分析可知：粉土是一種具有特殊工程性質的土，該區域粉土的成因復雜、鉆探取樣困難、分布不均、層厚變化大，力學性能較穩定，粉土塑性指數低、中等壓縮性、粘性小、粘粒含量少、低粘結性、高分散性，但是粉土的工程特性與它的形成條件、物質成分、堆積年代、所處的地理環境與空間分布規律密切相關，所以不同區域不同深度的粉土，屬性上存在著較大的差異。②、②-1、③-3土層工程性質較差，作為天然的工程地基有所欠缺，⑤-3、⑥-2該土層性質相對較穩定，基本滿足設計對持力層的要求。由于粉土性質的特殊性，針對于不同的工程項目而言，對于粉土的要求也有所差別。

4 結論

通過鉆探、原位測試以及室內試驗，獲得了該場區粉土的分布規律、基本物理力學性質等成果：

（1）粉土分布不均，層厚變化大，局部呈透鏡體狀零星分布?；煊叙ば酝?、局部夾砂，含云母，偶見貝殼屑。

（2）不同深度的粉土的孔隙比變化幅度不大，在0.6～0.8之間；

（3） 粉土的不均勻系數C∪=1.1～1.6，曲率系數Cc=0.8～1.0，所有粉土土樣均不能同時滿足 Cu＞5，Cc=1～3的要求，屬于級配不良土；

（4）部分粉土具高粉粒含量的特性，其物理力學性質主要受粉粒影響，其最大含量達到84%以上；

（5）粉土總體為中等壓縮性土[5-7]。

反應出不同深度、相同深度的粉土性質上的差異，其成果為工程建設提供了地質基礎資料，亦可為同類工程借鑒。