濕陷性土力學性質成因分析

潘奕舟

（新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

0 前言

北岸干渠細粒土渠道總長約98.6 km，其中，初步設計階段查明的濕陷性黃土分布長度約48.5 km。由近幾年來的勘察發現，伊犁地區一些沖洪積細粒土也具有濕陷性，所以在技術研究階段需要重點對北山坡及沖洪積傾斜平原區（兵團灌區）渠線分布的沖洪積細粒土分布厚度、物理力學性質及濕陷性進行了深入勘察，提升設計的可行性與適用性。

1 北山坡濕陷性黃土的構成

北山坡區渠線東起鐵廠溝，西至朝陽隧洞，分布樁號62+680～98+300。渠道沿線呈溝梁相間的“W”型構造，溝底主要由沖洪積含土碎石層組成；溝兩側坡面則主要由粉土質砂、含砂低液限粉土與低液限粉土組成，厚度由溝底向坡頂逐步變薄，在夾碎石層可以看出有明顯的水流搬運痕跡。

為查明濕陷性土物理力學性質，開展了補充性勘察。在豎井內取樣，進行了密度、液塑限、壓縮、剪力等試驗。試驗成果表明，北山坡濕陷性土定名為低液限粉土（ML）、含砂低液限粉土（MLS），少部分為粉土質砂（SM）。濕陷性土的檢測結果見表1。

2 濕陷性土的影響性因素分析

孔隙比的大小表示土體的致密程度，同時還可以反映出黃土的壓縮性，濕陷性等力學性質，此外還是重要的工程特性指標，黃土孔隙比的大小在很大程度上取決于上覆土層的自重壓力。主要影響因素有:

（1）水量對比塑限與濕陷性關系

北山坡區及果子溝、黑水溝段濕陷性為輕微～強烈，含水率為0.7%～14.7%，塑限為12%～21%，其含水率基本小于塑限。頭道河段濕陷性為輕微，含水率為13%～38%，基本大于塑限。二道河、三道河段為非濕陷性土，含水率為19%～41%，遠大于塑限。研究表明:土含水率小于塑限，具有濕陷性；土含水率略大于塑限，具有輕微濕陷性；土含水率遠大于塑限，基本無濕陷性。

（2）壓縮性影響

對北山坡土質進行室內壓縮試驗可知，天然狀態下壓縮系數av0.1-0.3為0.045 MPa-1～0.370 MPa-1，壓縮模量Es0.1-0.3為5.24 MPa～37.6 MPa，飽和狀態下壓縮系數av0.1-0.3為0.105MPa-1～0.675 MPa-1，壓縮模量Es0.1-0.3為 2.91 MPa～16.72 MPa，基本為中等壓縮性土。由于土的壓縮性越大，土體的濕陷空間就越大，則該段土如果發生濕陷則濕陷性越強，反之則弱。

（3）含鹽量的影響

選取北山坡三個探坑的水溶鹽含量和濕陷性進行相關性分析，比較發現易溶鹽在濕陷發生中起到一定的作用，通過與其它多組易溶鹽含量及濕陷性的縱向比較發現易溶鹽在濕陷發生中不起主要作用，中溶鹽（CaSO4）含量對濕陷發生的影響不大。

（4）假塑性的影響

工程區濕陷性土巖性為低液限粉土（ML）、含砂低液限粉土（MLS），少部分為粉土質砂（SM）。經取樣試驗表明:三種巖性中均有部分粘粒含量為0.1～4.8，但塑性指數為7.2～13.9，不均勻系數為1.3～6.9，曲率系數為0.6～2.4，表層3 m～5 m范圍內濕陷系數為0.0164～0.1454。表明塑性指數高而粘粒含量低的這類假塑性土也有輕～強濕陷性。

表1 濕陷性土的構成統計表

3 北山坡區的濕陷性土成因

該地區粉土層主要分布于沖溝溝底及兩側山坡，層理明顯，為沖洪積物；含砂量較高，占16.1%～49.2%；局部夾有少量碎石，碎石粒徑2 mm～5 mm，含量為0.1%～4.2%；粉土層無明顯孔隙，顆粒組成與普通黃土有較大差別。此外粉土層顆粒組成變化較大，無明顯的大孔及垂直節理，干密度較大（一般1.4 g/cm3～1.64 g/cm3），鉆孔標貫擊數為8～14擊。根據伊犁地區大量黃土試驗資料，干密度1.4 g/cm3～1.5 g/cm3可具有輕微濕陷，大于1.5 g/cm3一般沒有濕陷性。因此粉土的濕陷性具有分布不均勻性。

（1）深度變化

在地表10 m范圍內，濕陷性在垂直方向分布具有一定的規律性，從地面向下隨深度增加，粘粒含量逐漸減少，濕陷性也逐漸減小。表層2 m處粘粒含量一般為10%左右，濕陷性較強，濕陷起始壓力較小；下部粘粒含量一般小于5%，濕陷性相對較弱，濕陷起始壓力相對較大。

（2）浸水量

對該區段試驗時，發現大部分試樣在開始浸水的前幾分鐘內變形較大，之后的變形較小，表明本段粉土膠粒的膠結程度差。該段粉土的濕陷起始壓力較小，也證明了本段粉土膠粒的膠結程度差。

（3）壓力變化

試驗壓力在200 kPa～400 kPa時，隨試驗壓力增加，濕陷系數變化較小；并且部分是隨試驗壓力增加，濕陷系數變小。故高填方渠段（渠基上覆土壓力大于200 kPa）亦可采用200 kPa壓力下的濕陷系數作為濕陷處理依據。

（4）孔隙比的大小

受到基礎土層不同的形成條件及組成的影響，導致該區段密實程度差異性較大，干密度范圍值為1.30%～1.89%，比重的范圍值為2.69～2.72，孔隙比的范圍值為0.432～1.085。通過對161組試樣濕陷系數與孔隙比數值的結合比對，孔隙比＜0.7的試樣其濕陷系數均小于0.015，該試驗點無濕陷性；孔隙比＞0.8的試樣均存在濕陷性。通過對濕陷系數和孔隙比的統計分析得出兩者呈負相關自為營，造成問題責任的推卸與問題探究效率的下降。

4 結論

結合北山坡區濕陷性土的分析研究，可以看出粉土多具有濕陷性，有非自重濕陷，也有自重濕陷，此外還具有東部相對較強，西部相對較弱的特點。造成濕陷性的成因有深度變化、浸水量、壓力與孔隙比等，要改善濕陷性土的現狀，可以結合成因進行預防。