淤泥质土 性质.docx

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淤泥质土性质

西北地区残积淤泥类土的工程地质特性

　　余侃柱

提要　残积淤泥类土分布于我国西北地区，它具有成层性差，结构、构造不均一，厚度变化大，抗剪强度低，中压缩性，非湿陷性，高灵敏性，承载力低，在饱水状态下，还具有触变、流变性等特点。

该文以临厦—临洮、定西—榆中盆地等为代表该类土的资料为基础，深入研究该类土的工程特性。

关键词　残积淤泥类土　工程特性评价　处理措施

ENGINEERINGGEOLOGICALPROPERTIES

OFTHERESIDUEMUCKYSOILINNORTHWESTREGIONS

　　YuKanzhu

　　（InstituteofWaterConservancyandhydropowerInvestigationandDesign,GansuProvince）

Abstract　TheresiduemuckysoilsaredistributedinthenorthwestregionofChina.Theypossessthecharacteristicsofbadstratification,nonuniformityofstrctureandtexture,largevarianceinthickness,lowshearstrength,mediumcompressibility,non-collapsibility,highsensitivityandlowbearingcapacity.Undersaturatedcondition,theyalsopossesscharacteristicsofthixotropyandrheology.ThepapertakesthedatafromLinxia-LintaoandDingxi-Yuzhongbasinsasrepresentativesofthesesoils.Onthisbasis,itdeeplystudiestheengineeringpropertiesofthesesoils.

Keywords　residualmuckysoil;assessmentofengineeringcharacteristics;treatmentmeasures

1　前言

　　我国西北地区一些地槽、盆地中普遍分布着残积淤泥类土，它有别于我国沿海一带分布的典型淤泥质土，它是一种区域性特殊类型土。

该类土天然含水量高，孔隙比大，透水性低，中压缩性，高灵敏性，强度低，固结缓慢，还具有一定触变、流变特性。

近年来，随着水利、交通、工业民用建筑和其它行业进一步开发建设，该类土往往构成各类工程建筑物的地基和边坡，因其特性危害到地基和边坡的稳定性，因而决定着合理的工程设计和地基处理措施。

本文以甘肃省临夏—临洮、定西—榆中、内官—香泉等盆地的该类土为代表，深入研究该类土的工程特性，对工程建设有着重要的意义。

2　残积淤泥类土的分布规律与成因

　　近年来，在临夏—临洮、定西—榆中、内官—香泉等盆地的水利工程如南阳渠灌溉工程、引洮灌溉工程等的勘测设计中发现该类土，并且在甘肃省东部、南部和我国西北地区其它地方也有此类土的分布。

该类土分布一般与周围环境有直接关系，与古地貌形态、水文气象条件、水文地质条件、地层岩性等密切相关。

主要表现在以下几方面：

　　a.分布与地貌密切相关，一般分布于我国西北地区相对封闭盆地、地槽内。

盆地底部相对厚度大，而盆地边缘、丘陵斜坡地带则相对厚度小，且各地厚度不等，厚者达200m，薄者仅0.5m。

　　b.呈间断性、不连续分布。

在分水岭有分布，而在山麓、冲沟中无分布，阶地一侧分布而另一侧无或者厚度差异较大。

　　c.分布区既有半干旱气候区，也有高寒阴湿地区。

气候类型不同，分布厚度相差较大。

一般高寒阴湿地区分布厚度略大于干旱地区。

干旱区颗粒粒度较粗，而高寒阴湿地区颗粒较细。

　　d.该层底部一般为形成该土的母岩第三系红色岩层，岩性以粘土岩、粉质粘土岩、砂岩等为主。

某些地方，该层裸露地表，而某些地方则上覆新近堆积黄土状土或第四系全新统堆积物。

　　e.残积淤泥类土根据地层的成因类型可分为残积、残坡积、洪积、河湖相沉积等。

本区以残积多见。

甘肃省东部、南部盆地中所分布该类土就以残积形成。

湖积土在内官—香泉盆地中亦有分布。

虽然目前对残积淤泥类土的成因说法不一，但这类土的形成与地貌、第四系构造运动、区域性断裂分布、水文气象条件、水文

3　残积淤泥类土的物理性质

　　残积淤泥类土的物理力学性质指标见表1、表2，且有以下特点：

表1　残积淤泥类土物理指标

地点

颗粒组成/%

天然

密度

kN/m3

含

不

量

%

孔

隙

比

饱

和

度

%

液

限

%

塑

限

%

塑

性

指

数

＞0.05

mm

0.05～0.005

mm

＜0.005

mm

西北地区残

积淤泥类土

13～20

61～68

17～24

14.8～18.6

30～89

0.8～1.2

86～97

25～70

16～42

11～37

沿海淤泥类

土经验范围值

55～63

30～45

14.9～18.0

40～85

＞1.0

＞95

35～60

18～27

15～48

表2　残积淤泥类土力学指标

地点

原状快剪

饱和快剪

原状固结快剪

十字

板剪

切试验

Cu

kPa

压缩

系数

200kPa

α1-2

MPa-1

湿陷

系数

200kPa

δs

凝聚力

内摩擦角

凝聚力

内摩擦角

凝聚力

内摩擦角

c

kPa

φ

（°）

c

kPa

φ

（°）

c

kPa

φ

（°）

西北地区残

积淤泥类土

9.8～30

22～30

3.2～16.4

14.6～17.4

9.8～30

3～30

16～20

0.07～0.4

0.007～0.01

沿海淤泥类土

经验范围值

1～8

1.5～10

5～15

2～12

10～40

＞0.5

　　a.颜色呈灰、灰绿、灰兰、青灰、灰褐色，结构不均，颜色各地分布有差异。

　　b.颗粒组成以粉粒为主，含量为61%～68%，粘粒含量17%～24%，砂粒含量为13%～20%。

粘粒主要粘土矿物成分为伊利石、高岭石、蒙脱石、蛭石等。

不同高程，分水岭两侧颗粒组成略有差异，分布越高，粒度越细。

有机质含量各地不同，一般为1%～4%。

局部底部含有植物根茎和树木碎片。

　　c.天然密度高，一般大于1.7t/m3，含水量高，饱和度达86%～97%，呈饱和状态。

天然含水量一般大于液限，一般在30%～89%，呈软塑～流塑状态。

孔隙比一般在0.9～1.2之间。

　　d.力学强度低。

现场十字板剪切强度Cu≤20kPa，干燥状态下抗剪强度稍高。

非湿陷性，中压缩性，承载力低，允许承载力［R］=0.05～0.1MPa。

　　e.透水性低，固结速度缓慢，产生不均匀沉降。

饱和状态下具有流变性、触变性。

　　f.该类土有别于我国沿海一带淤泥类土。

表现在天然含水量、有机质含量、孔隙比接近沿海淤泥类土经验值的下限值；粘粒含量、液限、塑限、塑性指数、压缩系数、灵敏度均小于沿海淤泥类土经验值的下限值；渗透系数、饱和度基本相同；而力学强度明显高于沿海淤泥类土。

4　残积淤泥类土的工程地质特性

4.1　抗剪强度低

　　残积淤泥类土的抗剪强度与其结构、密度、含水量有着密切的关系。

结构密实，孔隙小，有机质含量、含水量较小时，抗剪强度较大。

当含水量为9.8%，原状快剪φmax=34.8°，cmax=43.4kPa，而在饱和状态，φmin=11°，降低68.4%，cmin=0kPa，降43.4%。

从图1知原状快剪和饱和快剪试验粘聚力变化不大，而内摩擦角降低28.4%；原状固结快剪和固结残余快剪粘聚力和内摩擦角变化都不大。

上述四种试验状态除饱和快剪内摩擦角较其它三种较小外，其余三种试验内摩擦角变化不甚明显，而粘聚力变化较大，这是因为土粒间水膜与相邻土粒间的分子引力、土中化合物的胶结作用发生变化，土体中孔隙水压力、土粒间的排列组合结构、联结数量等发生变化有关。

图1　不同试验条件下抗剪强度曲线

注：

1—原状快剪；2—饱和快剪；

　　3—原状固结快剪；4—固结残余快剪

　　含水量对残积淤泥类土抗剪强度指标影响表现为随含水量（w）的增大内摩擦角（φ）和粘聚力（c）都有减小的趋势。

从图2知，随w的增大，φ总的具有降低的趋势；饱水时φ值小于天然土体φ值15～25倍；当w小于塑限而大于9.8%，φ值在34.8°～28°间；当w大于塑限而小于液限时，φ值随w的增高而急剧降低，φ值变幅28°～14°间；当w大于液限时，φ值随w的增高而继续降低，但变幅减小，φ值一般小于14°。

随w进一步增大，φ值最低为2°～1°。

图2　内摩擦角与含水量关系曲线

c值随w增大变化表现为，当w＜3%，c值较大；当w＞3%而小于塑限或者饱和含水率时，c值随w增大急剧降低，c值降低3.5～8倍；当w大于饱和含水量时，c值随w变化不甚明显，但总是趋于降低趋势。

　　残积淤泥类土单轴抗压强度为0.187MPa，原状三轴抗剪强度指标φ=5°，c=127kPa，饱和三轴抗剪强度指标φ=2°～4°，c=8～64kPa。

该类土三轴试验φ值明显小于直剪试验，c值则大于直剪试验。

该类土的强度同其结构有着密切的关系，当土体的结构受到破坏或扰动时，强度迅速降低，十字板剪切试验原状土Cu≤20kPa，重塑土Cu≤14kPa，降低30%，随着深度增加Cu也在增大，但增加幅度不大。

4.2　固结性

　　固结系数平均值Cu=3.12×10-3cm2/s，次固结系数平均值Cu=0.0123，表明初始压缩瞬时完成，主固结变化很微弱，次固结占主导地位，为主要压缩阶段。

固结过程中排水和沉降速率很慢。

按时间平方根法计算，土体固结度达90%时，土体最大排水距离按0.5m和1.0m计算，则固结所需时间t90分别为1.2a和5.14a。

4.3　中压缩性

　　压缩性用压缩系数α1-2来衡量。

α1-2越大则土的压缩性越强。

该土α1-2max=0.4MPa-1，无论在天然或饱和状态下α1-2max均小于0.5MPa-1，属于中压缩性土。

土体结构破坏，含水量增大，压缩系数也增大。

　　压缩指数平均值Cc=0.032，表明压缩过程缓慢，孔隙随压力变化十分缓慢，随压力增大的过程中，孔隙比减少幅度很小。

该土的沉降量与压力增大近似呈线性关系。

　　回弹指数平均值Cs=2.08×10-3，表明回弹过程中，随着压力减小土体回弹不明显，土体弹性部分变化很小，孔隙比变化亦很小，以塑性变形为主。

4.4　非湿陷性

　　湿陷系数δmax=0.001,δzsmax=0.0101，均小于0.015，属非湿陷性土。

湿陷起始压力为252kPa。

非湿陷原因与该土天然含水量大、可溶盐含量小等有关。

4.5　低透水性

　　该类土垂直渗透系数K=10-5～10-6cm/s，由于各向异性，渗透系数水平较垂直向大数倍。

因透水性差，该类土在荷载作用下不易排水固结，建筑物基础易产生沉降和变形，沉降延续时间较长。

4.6　触变性

　　触变性大小用灵敏度St来表示，该类土一般St=2～5，大者达16，属高灵敏性土。

在饱水状态下，经扰动或振动其结构受到破坏，土体的强度显著降低，使土体呈稀释流动状态，产生侧向滑动、沉降及向基底两侧挤出，形成土溜体、滑坡体