黃泛區(qū)粉土物理特性區(qū)域差異性試驗(yàn)研究

文 浩

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司， 北京 順義 101300）

0 引言

近幾年，隨著中央?yún)^(qū)域發(fā)展規(guī)劃的部署和實(shí)施，河南中東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，建筑和道路的數(shù)量和等級(jí)也在迅速增加。然而，該區(qū)域大部分地區(qū)屬于黃泛區(qū)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)以粉土為主。由于粉土粒徑較為均一，堆積孔隙缺乏細(xì)粒填充，即使按照現(xiàn)行規(guī)范的壓實(shí)方法也不易形成密實(shí)結(jié)構(gòu)土體，從而導(dǎo)致本區(qū)域內(nèi)路基和地基工程產(chǎn)生多種類型的病害，給當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施的修筑與維護(hù)帶來了極大的困擾。開封、中牟和新鄉(xiāng)這三個(gè)地區(qū)分別在河南的中部偏北、中部和中部偏東，三個(gè)區(qū)域的連線是一個(gè)三角形區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域均為黃泛區(qū)，覆蓋了大部分河南中東部地區(qū)，這三個(gè)區(qū)域粉土主要是1938-1945年黃河多次改道由水成和風(fēng)成雙重作用下形成，并且也是受災(zāi)較嚴(yán)重的地區(qū)。因此，準(zhǔn)確了解這三個(gè)地區(qū)粉土物理特性在各區(qū)域的差異性，對(duì)以后提高河南中東部黃泛區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的使用性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。本文選取開封黃河邊(以下簡(jiǎn)稱開封)、新鄉(xiāng)衛(wèi)輝市(以下簡(jiǎn)稱新鄉(xiāng))和中牟西十里鋪(以下簡(jiǎn)稱中牟)三個(gè)區(qū)域粉土進(jìn)行物理性能研究。

1 不同區(qū)域黃泛區(qū)粉土的顆粒分析

本文既有研究成果表明，雖然不同區(qū)域黃泛區(qū)粉土的粒徑都比較均一，但不同區(qū)域粉土的粒徑比例卻各有差異，而不同粒徑顆粒組成了土體骨架，直接影響土體的可壓實(shí)性和工程使用性。因此研究不同區(qū)域土粒徑比例對(duì)黃泛區(qū)各區(qū)域粉土地基中的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、管理和養(yǎng)護(hù)均具有重要意義。

本文采用《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）規(guī)定方法，對(duì)開封、新鄉(xiāng)和中牟地區(qū)的黃泛區(qū)粉土顆粒級(jí)配進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)測(cè)得三個(gè)區(qū)域粉土的不同粒徑含量如表1所示。

表1 顆粒級(jí)配表

由表1可看出，雖然三個(gè)區(qū)域均為黃泛區(qū)粉土，其顆粒組成卻存在明顯差異，開封區(qū)域粉土最大粒徑基本為2mm，新鄉(xiāng)區(qū)域粉土最大粒徑大于2mm，中牟區(qū)域粉土最大粒徑基本為0.5mm；且開封區(qū)域粉土細(xì)粒(小于0.075mm)含量達(dá)到90%以上，其他兩個(gè)區(qū)域粉土細(xì)粒含量在55%～65%之間，開封和中牟粉土粒徑在2～0.5mm內(nèi)百分含量接近，中牟粉土粒徑在0.5～0.074mm內(nèi)含量迅速增加，是這三個(gè)區(qū)域粉土細(xì)粒含量最少的。

2 不同區(qū)域黃泛區(qū)粉土液塑限分析

土壤塑限和液限分別是土壤處于塑性狀態(tài)時(shí)的最低含水率和最高含水率，液限是土體從粘滯狀態(tài)到可塑狀態(tài)的上限含水率，土體對(duì)變形和剪切力都有一定的阻力，它反映了土體具有可量度的最小強(qiáng)度值，土體從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虪顟B(tài)的界限含水率是塑限。塑限指數(shù)是劃分土的類別及評(píng)價(jià)工程性質(zhì)的重要指標(biāo)。因此，從工程角度來說，土的液限、塑限和塑限指數(shù)有重要的意義。

由試驗(yàn)可得到不同區(qū)域粉土含水率與錐入深度的關(guān)系，見圖1。結(jié)合顆粒分析結(jié)果，得到不同細(xì)粒含量與液塑限之間的關(guān)系，見圖2。由圖2可知不同區(qū)域黃泛區(qū)粉土細(xì)粒含量對(duì)液限含水率和塑限含水率、塑性指數(shù)均有影響。細(xì)粒含量越多，液限含水率和塑限含水率也越大，塑性指數(shù)總體成上漲趨勢(shì)。當(dāng)細(xì)粒含量從55.79%增大到63.69%時(shí)，液限含水率、塑限含水率增長(zhǎng)較快，塑性指數(shù)逐漸增大；當(dāng)細(xì)粒含量從63.69%增大到94.45%時(shí)，液限含水率和塑限含水率增長(zhǎng)減慢。

圖1 不同區(qū)域粉土含水率與錐入深度關(guān)系

圖2 不同區(qū)域粉土液塑隨細(xì)粒含量變化規(guī)律

細(xì)粒含量增加塑限和液限都有所提高。這可能是因?yàn)榧?xì)粒可以有效改變土壤顆粒和水分的分布狀況，影響土顆粒的排列形式來影響土顆粒的可塑性，土壤細(xì)粒具有較大的表面積，細(xì)粒含量增加，進(jìn)而影響土壤的儲(chǔ)水能力。細(xì)粒含量較高時(shí)，粗顆粒較均勻地分布在細(xì)粒基質(zhì)中，土粒間被細(xì)粒充填，粗顆粒被隔開，并有利于顆粒的定向排列，弱結(jié)合水含量升高，從而增加土壤的液限。

從以上三個(gè)區(qū)域粉土液塑限進(jìn)行的對(duì)比，可知開封和新鄉(xiāng)液塑限都比較大，路基和堤壩對(duì)雨水的沖刷腐蝕具有較高的抵抗能力。

3 不同區(qū)域黃泛區(qū)粉土最大干密度和最優(yōu)含水率實(shí)驗(yàn)分析

本文擊實(shí)試驗(yàn)是利用土的壓實(shí)與干密度、含水率之間的密切聯(lián)系，改變土的干密度、含水率，從而達(dá)到改善土的工程性質(zhì)、提高抗剪力，降低滲透性的目的。因最大干密度的不同會(huì)影響土體的壓實(shí)度，從而也會(huì)影響粉土的滲透系數(shù)、孔隙率、抗剪強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度和阻尼比。因此，研究最大干密度和最優(yōu)含水率對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)具有重要的意義。

本文采用《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）規(guī)定方法，對(duì)開封、新鄉(xiāng)和中牟地區(qū)的黃泛區(qū)粉土做擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)得到含水率與干密度的關(guān)系如圖3所示，最大干密度和最優(yōu)含水率的數(shù)據(jù)如表2所示，結(jié)合顆粒分析試驗(yàn)得到細(xì)粒含量與最大干密度和最優(yōu)含水率的關(guān)系。

圖3 含水率與干密度關(guān)系圖

表2 最大干密度和最優(yōu)含水率數(shù)據(jù)

由圖3可知開封粉土最大干密度和最優(yōu)含水率分別為1.725g/cm3和16.5%,新鄉(xiāng)粉土最大干密度和最優(yōu)含水率分別為1.742g/cm3和16.2%,中牟粉土最大干密度和最優(yōu)含水率為1.96g/cm3和11.2%，其中開封和新鄉(xiāng)粉土最大干密度和最優(yōu)含水率很接近，中牟粉土的最大干密度最大，最優(yōu)含水率卻是最小的。新鄉(xiāng)最優(yōu)含水率最小，最優(yōu)含水率最大。從機(jī)理上分析，中牟粉土的細(xì)粒含量最少，當(dāng)粗粒含量越多干密度越大，因?yàn)榈挚棺冃文芰χ饕深w粒間的摩擦力、土粒的粘結(jié)力和土粒與石質(zhì)界面的粘聚力組成。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過篩分試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)研究了河南中東部黃泛區(qū)三個(gè)不同區(qū)域粉土的物理特性，得到以下結(jié)論：

（1）不同區(qū)域黃泛區(qū)粉土的液塑限存在顯著差異，這主要與土體的細(xì)粒含量有關(guān)，細(xì)粒含量越多，液塑限越大；

（2）三個(gè)區(qū)域的最大干密度基本相同，最優(yōu)含水率有差異，說明粉土最后的壓實(shí)度相近，由于細(xì)粒含量的不同，不同區(qū)域粉土達(dá)到最大干密度時(shí)的含水率是不同的。