黃泛區粉土物理特性區域差異性試驗研究

文 浩

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司， 北京 順義 101300）

0 引言

近幾年，隨著中央區域發展規劃的部署和實施，河南中東部地區經濟發展迅速，建筑和道路的數量和等級也在迅速增加。然而，該區域大部分地區屬于黃泛區區域，區域內地質以粉土為主。由于粉土粒徑較為均一，堆積孔隙缺乏細粒填充，即使按照現行規范的壓實方法也不易形成密實結構土體，從而導致本區域內路基和地基工程產生多種類型的病害，給當地基礎設施的修筑與維護帶來了極大的困擾。開封、中牟和新鄉這三個地區分別在河南的中部偏北、中部和中部偏東，三個區域的連線是一個三角形區域，這三個區域均為黃泛區，覆蓋了大部分河南中東部地區，這三個區域粉土主要是1938-1945年黃河多次改道由水成和風成雙重作用下形成，并且也是受災較嚴重的地區。因此，準確了解這三個地區粉土物理特性在各區域的差異性，對以后提高河南中東部黃泛區基礎設施建設的使用性、耐久性、經濟性具有重大意義。本文選取開封黃河邊(以下簡稱開封)、新鄉衛輝市(以下簡稱新鄉)和中牟西十里鋪(以下簡稱中牟)三個區域粉土進行物理性能研究。

1 不同區域黃泛區粉土的顆粒分析

本文既有研究成果表明，雖然不同區域黃泛區粉土的粒徑都比較均一，但不同區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性和工程使用性。因此研究不同區域土粒徑比例對黃泛區各區域粉土地基中的工程結構設計、施工、管理和養護均具有重要意義。

本文采用《土工試驗規程》（SL237-1999）規定方法，對開封、新鄉和中牟地區的黃泛區粉土顆粒級配進行了試驗，試驗測得三個區域粉土的不同粒徑含量如表1所示。

表1 顆粒級配表

由表1可看出，雖然三個區域均為黃泛區粉土，其顆粒組成卻存在明顯差異，開封區域粉土最大粒徑基本為2mm，新鄉區域粉土最大粒徑大于2mm，中牟區域粉土最大粒徑基本為0.5mm；且開封區域粉土細粒(小于0.075mm)含量達到90%以上，其他兩個區域粉土細粒含量在55%～65%之間，開封和中牟粉土粒徑在2～0.5mm內百分含量接近，中牟粉土粒徑在0.5～0.074mm內含量迅速增加，是這三個區域粉土細粒含量最少的。

2 不同區域黃泛區粉土液塑限分析

土壤塑限和液限分別是土壤處于塑性狀態時的最低含水率和最高含水率，液限是土體從粘滯狀態到可塑狀態的上限含水率，土體對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度值，土體從可塑狀態轉變為半固狀態的界限含水率是塑限。塑限指數是劃分土的類別及評價工程性質的重要指標。因此，從工程角度來說，土的液限、塑限和塑限指數有重要的意義。

由試驗可得到不同區域粉土含水率與錐入深度的關系，見圖1。結合顆粒分析結果，得到不同細粒含量與液塑限之間的關系，見圖2。由圖2可知不同區域黃泛區粉土細粒含量對液限含水率和塑限含水率、塑性指數均有影響。細粒含量越多，液限含水率和塑限含水率也越大，塑性指數總體成上漲趨勢。當細粒含量從55.79%增大到63.69%時，液限含水率、塑限含水率增長較快，塑性指數逐漸增大；當細粒含量從63.69%增大到94.45%時，液限含水率和塑限含水率增長減慢。

圖1 不同區域粉土含水率與錐入深度關系

圖2 不同區域粉土液塑隨細粒含量變化規律

細粒含量增加塑限和液限都有所提高。這可能是因為細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，土壤細粒具有較大的表面積，細粒含量增加，進而影響土壤的儲水能力。細粒含量較高時，粗顆粒較均勻地分布在細粒基質中，土粒間被細粒充填，粗顆粒被隔開，并有利于顆粒的定向排列，弱結合水含量升高，從而增加土壤的液限。

從以上三個區域粉土液塑限進行的對比，可知開封和新鄉液塑限都比較大，路基和堤壩對雨水的沖刷腐蝕具有較高的抵抗能力。

3 不同區域黃泛區粉土最大干密度和最優含水率實驗分析

本文擊實試驗是利用土的壓實與干密度、含水率之間的密切聯系，改變土的干密度、含水率，從而達到改善土的工程性質、提高抗剪力，降低滲透性的目的。因最大干密度的不同會影響土體的壓實度，從而也會影響粉土的滲透系數、孔隙率、抗剪強度、動強度和阻尼比。因此，研究最大干密度和最優含水率對基礎建設具有重要的意義。

本文采用《土工試驗規程》（SL237-1999）規定方法，對開封、新鄉和中牟地區的黃泛區粉土做擊實試驗，試驗得到含水率與干密度的關系如圖3所示，最大干密度和最優含水率的數據如表2所示，結合顆粒分析試驗得到細粒含量與最大干密度和最優含水率的關系。

圖3 含水率與干密度關系圖

表2 最大干密度和最優含水率數據

由圖3可知開封粉土最大干密度和最優含水率分別為1.725g/cm3和16.5%,新鄉粉土最大干密度和最優含水率分別為1.742g/cm3和16.2%,中牟粉土最大干密度和最優含水率為1.96g/cm3和11.2%，其中開封和新鄉粉土最大干密度和最優含水率很接近，中牟粉土的最大干密度最大，最優含水率卻是最小的。新鄉最優含水率最小，最優含水率最大。從機理上分析，中牟粉土的細粒含量最少，當粗粒含量越多干密度越大，因為抵抗變形能力主要由顆粒間的摩擦力、土粒的粘結力和土粒與石質界面的粘聚力組成。

4 結束語

本文通過篩分試驗、液塑限試驗和擊實試驗研究了河南中東部黃泛區三個不同區域粉土的物理特性，得到以下結論：

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

（2）三個區域的最大干密度基本相同，最優含水率有差異，說明粉土最后的壓實度相近，由于細粒含量的不同，不同區域粉土達到最大干密度時的含水率是不同的。