不同含泥量風積沙的物理化學性質

宋建華

0 引言

隨著我國公路建設的發展，越來越多的高速公路將在沙漠地區進行。如已經通車的榆靖高速公路、榆蒙高速公路通過毛烏素沙漠地區。該地區特殊地基的環境條件不同，風積沙中混合有粘性土，并不斷隨著當地風沙沉積及降雨入滲浸濕而變化，土體的含水狀態也不穩定。這些含泥風積沙的物理力學性質決定了路基的強度和變形，而含泥風積沙的物理力學性質目前研究較少，因此，研究含泥風積沙的物理化學性質有重要的實用價值。本文以陜蒙高速公路風積沙路基填料為研究對象，開展一系列的物理化學試驗，揭示含泥量對風積沙填料物理化學性質的影響規律。

1 不同含泥量風積沙的物理性質

試樣來自陜西至內蒙界沙漠高速公路的6個試驗段及填料取土場，試樣料為不同含泥量的風積沙。含泥風積沙的粒徑主要分布在0.6 mm～0.074 mm范圍內。級配很差，粒度比較均勻。

1.1 不同含泥量風積沙的顆粒級配特征

為了研究陜蒙沙漠高速公路不同含泥量風積沙的工程性質，以下對土樣按含泥量依次為5%，15%，30%，40%，50%，60%，70%的7種試樣進行人為制備。制備試樣的粒徑分布見圖1。

從圖1可以看到：隨著含泥量的增加，不均勻系數Cu先增加，后逐漸減小。有效粒徑是呈遞減趨勢的，大部分試樣級配不良。

1.2 不同含泥量風積沙的比重試驗

采用比重瓶法對不同含泥量的風積沙試樣進行比重試驗，試驗結果如表1所示。從試驗結果可以看出：隨著含泥量的增加，土粒比重逐漸增大。

表1 試樣的比重

1.3 不同含泥量風積沙的界限含水量試驗

采用聯合測定法來測定所配試樣的液限和塑限。對于含泥量小的試樣(含泥量不大于5.2%)，由于細顆粒土較少，可以不予考慮其液塑限。試驗結果見圖2。從圖2可以看出：隨著含泥量的增加，液限、塑限以及塑性指數也在增大，說明隨著含泥量的增大，其穩定性變差。

2 不同含泥量風積沙的礦物特征

在陜蒙沙漠高速公路的三個試驗段K15+785，K79+300及K87+800分別采集了不同含泥量的風積沙樣進行化學成分試驗，試驗結果如表2，表3所示。

由表2發現，不同含泥量風積沙的化學組成以SiO2為主，而Al2O3次之，MgO，CaO，K2O，Na2O，Fe2O3等的含量相對較少。與粉粘土相比，不同含泥量風積沙SiO2的含量較多，其顆粒的硬度和強度均較大。因石英抗風化作用的能力強，具有較高的機械穩定性，長石礦物廣泛產出于各種成因類型的巖石，陜蒙沙漠高速公路含泥風積沙與下伏沉積物在重礦物組成上有其相似性，說明陜蒙沙漠高速公路含泥風積沙的礦物成分以形成的母質成分為轉移，但因風的作用對礦物組成上產生外來物質的混入和本身礦物含量的減少，又造成兩者之間的局部差異性。總的來說，陜蒙沙漠高速公路含泥量較小的風積沙顆粒的風化程度并不高，堅硬的石英顆粒，其表面較為平滑，少有風化跡象;而碳酸鹽巖屑、泥巖屑等顆粒由于質地軟弱或含有可溶蝕的雜質，其表面較多出現溶孔、凹坑、麻點、擦痕等風化跡象;長石與火成巖顆粒表面除可見到一般的腐蝕痕跡外，也能見到主要由褐鐵礦組成的厚度為幾十毫米的包膜。對于陜蒙沙漠高速公路含泥量大的風積沙(含泥量不小于60%)來說，其礦物成分主要是石英和半氧化物，并且含量基本各占了一半。

表2 不同含泥量風積沙礦物成分對應表

表3 不同含泥量風積沙化學成分對應表 %

從表3陜蒙沙漠高速公路不同含泥量的風積沙化學分析可以看出，含泥量小于5.2%，易溶鹽含量為0.061%，中溶鹽石膏含量為0.094%;含泥量為30.2%，易溶鹽含量為0.043%，中溶鹽石膏含量為0.175%。可以認為，隨著含泥量的增加，其易溶鹽含量逐漸減小，而中溶鹽石膏含量逐漸增大。另外，與黃土、粉土相比，含泥風積沙的中溶鹽石膏含量較大，再次說明含泥風積沙在含泥量較小時，其硬度和強度均較大。含泥風積沙的pH值基本在9左右，呈堿性。

3 結語

1)隨著含泥量的增加，不均勻系數Cu先增加，后逐漸減小。有效粒徑是呈遞減趨勢的。2)隨著含泥量的增加，土粒比重逐漸增大，液限、塑限以及塑性指數也在增大，其穩定性變差。3)不同含泥量風積沙的化學組成以SiO2為主，而Al2O3次之，MgO，CaO，K2O，Na2O，Fe2O3等的含量相對較少。與粉粘土相比，其顆粒的硬度和強度均較大。隨著含泥量的增加，其易溶鹽含量逐漸減小，而中溶鹽石膏含量逐漸增大。在含泥量較小時，其硬度和強度均較大。含泥風積沙的pH值基本在9左右，呈堿性。4)含泥量較低的風積沙可作為路堤填料。

［1］ 付兵先.不同含泥量風積砂的路用性能研究［D］.西安：長安大學碩士學位論文，2006.

［2］ 申愛琴，鄭南翔，蘇 毅，等.含砂低液限粉土填筑路基壓實機理及施工技術研究［J］.中國公路學報，2000，13(4)：12-15.

［3］ 李志勇，曹源文，梁乃興.風積砂的扭實機理［J］.中國公路學報，2006，19(5)：4-11.

［4］ 范紅英，邊世斌，張 巍.不同含泥量風積砂強度特性試驗研究［J］.工程勘察，2009(4)：10-14.

［5］ 張海錄.內蒙古地區的風積沙填筑工藝及防護［J］.山西建筑，2010，36(15)：278-279.