（环境工程专业论文）鲁西平原区粘性土结构与渗透特征研究.pdf

鲁西、l 原区柚性土结构与渗透特 i ! 研究 1 粘性士中普遍存在着宏观孔隙结构，即粘土的裂隙结构和壤土、砂壤土的 大孔隙结构。 2 不同的钻探工艺对粘性土结构会产生不同的影响，只有原状土样才能真实 地反映粘性土的结构特征。 3 “裂隙粘土”由于粘粒含量高，失水时易收缩而形成干裂。壤土的大孔隙 结构形成比较复杂，应从矿物组成、结构形式和渗流规律等方面来分析。 4 粘性土的结构性决定其渗透性。 5 粘性土在一定条件下可由隔水层转化为含水层。 6 除分散性粘性土外，粘性土渗透变形型式主要为流土。 7 粘性土的抗渗坡降应通过现场渗透变形试验确定。 8 裂缝粘土在小的水力比降下裂缝会自行愈合，在缓慢蓄水过程中愈合部分 可渗透压密，抗渗强度会提高。 关键词：粘性土；结构性：渗透性：渗透稳定；平原水库 鲁两、r 原【蔓粘性十结构，渗透特征研究 t h er e s e a r c ho ft h ec o n s t r u c tio na n ds e e p a g ec h a r a c t e r o nc o h e s i m es o ili nt h ep i a i na r e ao fw e s t e r ns h a n d o n g a b s t r a c t t h es e e p a g ep r o b l e mt h a tt h ep l a i nr e s e r v o i ro fw e s t e r ns h a n d o n ge x i s t si s c a u s e db yp e r m e a b i l i t yo f t h ec o h e s i v es o i lo f d a mf o u n d a t i o n t h eu n d e r s t a n d i n gt h a t t h ep e r m e a b i l i t yo ft h ec o h e s i v e o i li so n e s i d e di nt h ep a s t ，w h i l eg e o l o g yi s r e c o r m o i t r e d ，f i n di t sg e n e r a lm a c r o s t r u c t u r e ，i n f l u e n c et h ep e r m e a b i l i t yd i r e c t l y t h i s t h e s i sa n n o u n c e si t ss e e p a g em e c h a n i s mg r a d u a l l yo nt h eb a s i so fs t u d y i n gc o h e s i v e s o i l sc o n s t r u c t i o n ，o f f e rt h er e l i a b l ep r a c t i c eb a s i sf o rt h ef a c tt h a tt h ef o l l o w - u p s e e p a g ei sd e s i g n e d t h er e s e a r c hc o n t e n t si n c l u d et h ec o n s t i t u t i v ep m p e r t y ，c e r m e a b i l i t ya n ds e e p a g e s t a b i l i t yo f t h ec o h e s i v es o i lm a i n l y d i v i d e ds i xp a r t st od e s c r i b et o t a l l y c o h e s i v es o i li sc o n s t i t u t i v ep r u p e r t y ：c o h e s i v es o i lh a v em a c r o s e o p i c a lh o l e c o n s t r u c t i o ng e n e r a l l y ，n a m e l yc l a y sc r e v i c ec o n s t r u c t i o n ，m a e r o p o r ec o n s t r u c t i o no f l o a ma n ds a n d yl o a mo fc l a y ，i n t r o d u c ei t sb a s i cd i s t r i b u t er e g u l a t i o nw i t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so f t h ec o n c o m i t a n tg i n g e rn u t t h eo r i g i nc a u s eo ff o r m a t i o no ft h ec o h e s i v es o i l s m a c r o s c o p i cp o r e c o n s t r u c t i o na n a l y s e s ，h a v en a r r a t e dt h ef o r m i n gp r o c e s so ft h el o a m sm a c r o p o r e c o n s t r u c t i o n , a n dh a sc a r r i e do nt h ec o n t r a s tt ot h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i co ft h e c o h e s i v es o i li nt e r m so f s e e p a g ep r e s s u r ew i t hc a p i l l a r yw a t e r p e r m e a b i l i t y o ft h ec o h e s i v es o i l ：c o h e s i v es o i l sc o n s t i t u t i v e p r o p e r t y d e t e r m i n e si t s p e r m e a b i l i t y c o h e s i v es o i l ss e e p a g ec h a r a c t e rt oh a v et y p i c a l a n i s o t r o p i s m ，a n dc o e f f i c i e n t o fp e r m e a b i l i t yi sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n th y d r a u l i c g r a d i e n ta n dp o s i t i o n t h eg e n e r a lc o h e s i v es o i li sr e g a r d e dt h ei s o t r o p i cb o d y a p p r o x i m a t e l y , i t sp e r m e a b i l i t yi sl i t t l e ，b e l o n gt ot h ew e a kg e n e r a ll i t t l ef i l t e rl a y e r b u tc o h e s i v es o i lh a v ec o n s t i t u t i v ep r o p e r t yi sd i f f e r e n t ，i t sc o e f f i c i e n to f p e r m e a b i l i t y i sv e r yg r e a t ，i ti sas t r o n gf i l t e rl a y e r b e g i n sf x o mt h eb a s i cr e g u l a t i o no ft h e i n c o h e s i v es o i la tf i r s t e x t e n d st ot h ed e f i n i t em e t h o dt ot h ec o h e s i v es o i l sc o e f f i c i e n t o f p e r m e a b i l i t y 3 量些：! 坚坚型丝苎型! 望鎏生笙型! 塑 t h es e e p a g ec o n t r o l l e do ft h ec o h e s i v es o i l ：t h es e e p a g eo fd a mf o u n d m i o nc a l l b ed i v i d e di n t ot h r e es t a g e s ，n a m e l yv e r t i c a ls e e p a g es t a g e ，f r e es e e p a g es t a g ea n d c r o s s r a n g es e e p a g es t a g e ；c a l c u l a t et h ef o r m u l aa n dc o u r s e ，t h em e a s m ei su s e dw i t h s e e p a g ec o n t r o lo f d a mf o u n d a t i o ni nt h ep l a i nr e s e r v o i ra tp r e s e n t ，i n c l u d i n gt h el e v e l d e f e n da n dt h ev e r t i c a lc o m b i n a f i v ed e f e n d ；t h ec o m p l e xg e o m e m b r a n ei su s e dw i t h t h ec o m p a c tc o h e s i v es o i l ss e e p a g ec o n t r o lo nm a s so f d a m s e e p a g es t a b i l i t yo ft h ec o h e s i v es o i l ：s e e p a g ed e f o r m a t i o np a r e mo fc o h e s i v e s o i li ss o l i f l u c t i o nm a i n l y ，t h ec o h e s i v es o i l sc o s e n tg r a d i e n tr a t i oi sc o n f i r m e db y l o c a l et e s to fs e e p a g ed e f o r m a t i o n t h e s e e p a g ed e f o r m a t i o np r o b l e mf r o mt h e i n c o h e s i v es o i lt ot h ec o h e s i v e s o i l ，i n c l u d e sp a t t e r na n dc o s e n tg r a d i e n tr a t i o c o n f i r m e d ，a n dt h ec o m p a c tc o h e s i v es o i l ss e e p a g ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r a l a r g ea m o u n to fr e s e a r c hw o r kh a sb e e nd o n ei ni n v e s t i g a t i n gp r o c e s sw i t ht h e r e s e r v o i ro fp l a i na r e ao fw e s t e r ns h a n d o n ga n dc o n v e y a n c ec i r c u i t ，t h es t r u c t u r et o t h ec o h e s i v es o i lr e a l i z e s ，h a sc a r r i e do nt h ec o n t r a s tf i o mt h es t r a t u mi ne a c ha r e a , f i n dt h a th a su n i v e r s a l i t y , h a sd o n et h ep h o t or e c o r d i nt h ed e m o n s t r a t i o no ft h e r e l a t i v ea q u i f u g e ，as e r i e so fp u m p i n gl o c a l et e s th a v ed o n et ot h ec o h e s i v es o i l ， s u m m a r i z ei n f l h e n c ef a c t o ra n dc o n v e r s i o nl a wt h a tt h ec o h e s i v es o i l sc o e f f i c i e n to f p e r m e a b i l i t y i no u to fs e e p a g ed e f o r m a t i o n ，l o c a l et e s to fs e e p a g ed e f o r m a t i o nh i g h l y r e l i a b l e ，s oi nl a r g e s c a l er e s e r v o i ri n v e s t i g a t i n gl o c a l et e s ti sd o n et ov a r i o u sk i n d so f c o h e s i v es o i l ，h a v ec o n f i r m e dt h ec o s e n tg r a d i e n tr a t i oi nt h es t u d y i n ga r e a t h r o u g ht h ea b o v er e s e a r c ha p p r o a c h ，d r a wt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n c o h e s i v es o i lh a v em a c r o s c o p i c a lh o l ec o n s t r u c t i o ng e n e r a l l y ，n a m e l yc l a y s c r e v i c ec o n s t r u c t i o n ，m a c r o p o r ec o n s t r u c t i o no f l o a ma n ds a n d yl o a m o f c l a y 2 d i f f e r e n td r i l l i n gc r a f t sw i l le x e r tad i f f e r e n ti n f l u e n c eo nt h ec o h e s i v es o i l s c o n s t i t u t i v ep r o p e r t y , u n d i s t u r b e ds o i lc a no n l yr e f l e c t st h ec o h e s i v es o i l sc o n s t i t u t i v e p r o p e r t yt r u l y 3 b e c a u s eo f c r a c k c l a y c l a y c o n t e n t h i g h ，i t c o m e si n t o b e i n gb y d e h u m i d i f y i n g t os h r i n ka n da i r c r a c k a n dt h ef o r m a t i o no nl a r g e m a c r o p o r e c o n s t r u c t i o no f l o a mi sm o r ec o m p l i c a t e d ，a n a l y s e si na s p e c to f m i n e r a lc o m p o s i t i o n 、 c o n s t r u c t i o nf o r ma n ds e e p a g er e g u l a t i o ne t c 4 鲁两、r 原区枯性十耋l ! i 构0 渗透特征研究 4 c o h e s i v es o i l sc o n s t i t u t i v ep r o p e r t yd e t e r m i n e si t sp e r m e a b i l i t y 5 t h ec o h e s i v es o i lc a nt r a n s f o r mf r o mt h ea q u i f u g ei n t ot h ea q u a f e ru n d e r c e r t a i nc o n d i t i o n 6 b e s i d e sd i s p e r s e dc o h e s i v es o i l ，s e e p a g ed e f o r m a t i o np a t t e mo fc o h e s i v es o i l i ss o l i f l u c t i o nm a i n l y 7 t h ec o h e s i v es o i l sc o s e n tg r a d i e n tr a t i oi sc o n f i r m e db yl o c a l et e s to fs e e p a g e d e f o r m a f i o n 8 t h ec r a c kc l a yt h a nf a l lc r a c kc a nh e a lb yo n e s e l fi ns m a l lh y d r a u l i cs l o p e ，a n d h e a lp a r tc a nb ec o n s o l i d a t i o ni nc o u r s eo ff i l ls l o w l y t h ec o s e n tg r a d i e n tr a t i ow i l l h a v ec e r t a i ni m p r o v e m e n t k e yw o r d s ：c o h e s i v es o i l ；c o n s t i t u t i v ep r o p e r t y ；c e r m e a b i l i t y ；s e e p a g e s t a b i l i t y ；t h ep l a i nr e s e r v o i r 5 鲁西甲燎区粘性土结构1 j 淳逢特 i = 徊f 究 o 前言 水利项目中土石坝工程，抗滑稳定与渗透稳定是关系到大坝经济效益和安全 的两大问题。据对谶界大坝破坏事故统计结果，由于渗透稳定造成的破坏与失事， 占憨个事故的4 0 以上，可见，土的渗透稳定问题的研究，对土石坝具有十分重 要的意义。1 3 】 本论文通过平原水库的渗漏问题，研究粘性土的宏观结构、渗透性和渗透稳 定性。目前对于粘性士渗透特征的研究还很薄弱，。成熟的理论很少，勘察规范中 对此规定的内容也有限。在实际应腰过程中，常常套用无粘性土渗透特征的理论 公式解决粘性士的问题，造成计算指标的过于保守，增加了工程的投资造价。 水库主要有山区水库和平原水库两种炎型。山区水库怒在山谷涮的河流上拦 河筑坝，形成人工湖泊，慕本不占耪地，降雨汇流为补水来源，大多数水库为该 类裂。山区水库坝基地层除河床的砂层外均为岩石，埂体一般为粘土心墙砂壳坝， 河床砂层为强透水层，是导致水库坝基渗漏、渗透变形破坏的根源，因此山区水 库渗流研究的对氖为无粘性土。 有关砂性土的渗流和渗透稳定理论已非常完熬、成熟。从1 8 9 2 - - 1 8 9 5 年达嚣 定律的问傲，首次揭示了渗流的本构莱系，是渗流理论发展的基础，在此强调， 达两定律的试验对浆是均匀砂样。k 太沙基的无粘性土破坏永力比洚理论，b c 依斯托美娜的不均匀系数与渗透破坏形式和破坏水力比降的关系理论，b h 康 德拉且夫关于双蜂土和单峰土与渗透破坏形式的关系的研究理论等，这些经典理 论对于渗流力学的发展超了重要的作用。1 1 2 1 1 1 4 1 平原水库为一种新的建库型式，它是利用粘性士筑成封闭的豳堤来蓄水，为 解决引黄供水工程的调蓄经务，山东省在平原地区兴建了一批平原东库。通过地 质勘察发现，鲁西平原区水库的工程地质条件与山区水库截然不同，坝基为篇四 系松散堆积物糨性土，其渗透性强，力学强度低，因此平源水库以研究粘饿土的 性质为主。 “山区水库研究砂，平原水库研究土”，这是对两类水库工稷地质问题研究 对蒙的概括。目荫对粘性土的渗透特征研究得较少，几乎没有系统的理论。原因 有二：一是认为粘性土的渗透性差，研究粘性土渗流的意义不大；丽砂性土为中 等强透水层，是渗漏的集中通道，直接影响工程效益的发挥，包括地震液化闷 鲁西、r 原区柚件十结构1 ，渗透特征研究 题。二是粘性土的成分、成因、分布对其性质影响很大，包括湿陷性土、分散性 土、红粘土等特殊性土，因而，无法取得共性并得出统一的理论：而砂性土的性 质主要由颗粒组成控制，较简单，易掌握。 在鲁西平原区地质勘察过程中，作者做了大量的研究工作，包括现场抽水试 验、渗透变形试验等，对粘性土的基本性质有了更深入的认识，初步揭示粘性土 结构和渗透性关系的基本规律。 器鞭卜撤挺社摊十结构4 j 渗透特哿 究 1 鲁嚣平愿送地膜概述 幽于近年涞山东普遍缺水，黄河成为薰臻的客水来源，靠遄黄河的鲁溺平原 避嚣辍辍逡设零l 焚供承互鼷，以解浃缺承煞瓤，兴建了大援平鞭蹙溺瑟零瘁。荬 中规模较大的肖：济南市鹊山水库和玉清湖水库、德州市丁东水库和丁庄水库、 淄辩市浙城水库、薄泽市臀泽瀚永痒等，遮麓工程已经建成运行。 髓着黄河断浚的频繁发冀曼，把长江水撵为灏的褰水来源，翻簸正在进行的南 水北调永线第一期工程，题将长江水调到j b 方缺水干旱地区，该工裰山东段输水 泻逡麓霞于爨鞭平原溪，并拟建3 痰大型乎艨承疼，弹游痊索寒滋承艨、德列帝 大屯水库和辫光市双王城水库。上述水库靡密均在4 0 0 0 万m 3 以上，围坝长度超 过1 0 k r a ，联赢在8 0 m 隧上，溪黧一簸为均袋壤，王程规模较大。 1 + 1 地彩地虢 研究区镥西平原疑裙折状环绕着释中南睡陵，鼹牮北平原的组成部分。地貌 零元悉豳翁颥斜平器鞠筵泛冲获平缀，魄形乎邈，溺滚众多，栽搂较大，浚舞大 都向系，黄河为该区规模最大的河流，呈j b 东向斜贯入海，见图1 。 躁1 研究送鲁弱乎躁位鼹瀚 1 2 第四系地层澍性 卺落平艨透第潮系难襁耪浮度遮3 0 0 , - 4 0 0 m ，稳播全耨缝稻爨灏绫，滚狡类 型裔黼相、海陆交互棚，成阏类型多样，以焚河冲积相或浅湖相为主，北部夹滨 3 蛰两擎擐选糖牲主站掏j 渗透特糕咎 究 海耀。按奠廷层时代分述如下： 1 2 1 全新统( q 4 ) 全蠢绕广毒全区，滠鞭类型激狰瑷为主，余为狰洪积、漤滔积、海苏、挣 风积。 岩性为荻黄色秸土、壤和移壤土。上部为祆黄黄色壤、砂壤、粉 砂，中部为扶黑色淤泥或淤泥质壤土或砂壤土，下部为土黄色粉砂细砂。 1 22 上更新统( q 3 ) 上更载统沉积类型主要为冲积糖、濑软靼、海积耀。慧性为灰黄、椽黄色壤 土、砂壤土与砂层，含姜石。 。2 。3 中受瑟绞( 娆) 中更新统沉积类型主要为冲积、湖积、海积等。岩性为灰黄、土黄色砂壤土、 棕红糟、壤土夹耪细砂，两帮遗逸有自琶灰质淀糨镪或辩滤淀积及石膏，含铁 锰质结核。 1 2 4 下更新统( q i ) 下更麟绞沉积类型主要为渖毅、溯沼积、海积及玄武装等。岩性力棕焚、竭 黄德壤土、杂色粘土央砂壤土、普遍含灰质结核或铁锰质结核或次质淀积物，粘 銎致塞袋滚，震疆，县毅色羽纹、锈荧琵条纹。1 4 l 1 3 水文地质条件 本区地下水类型为松散岩类孔隙水。含水层岩性为粉砂、细砂及中砂，砂层 厚1 0 3 0 m ，富水镶中强；吉河邋阕萤及衷部近滨海地区，含承鼷岩性以厚度 小于l o m 的粉细砂为主，砂层薄、颗粒细，富水性弱，水位埋深一般l 4 m ，局 部大予4 m 。由蓠；串漠狡乎簇及浮谷除逑，含拳滢爱注为中凝涉、繇石，鞭粒褪 大，砂层厚度一般5 3 0 m ，富水性强极强：山麓地带坡洪积物，弱富水，水位 堙滚2 8 m 。 区内地下水运动及水化学类型，自山前冲洪积平原至黄泛平原具有一定变化 规律。山前冲洪积平原，含水砂层颗粒粗大，地下水径流畅通，地下水不仅得到 大气降球敬蘧壹渗入於绘，还寿由睡鲍侧晦睾 绘。鼹此，其毒良好懿於给裁径淀 条件，地下水沿地酾倾斜方向自西南而东北流向黄泛平原。 黄泛平覆，建嚣乎毽，砂痿黩簸缨，大气海东渗入磊，戳0 1 , - - 0 。4 o 熬农力 4 鲁两、l 原区粘悱土结构与渗透特缸刊f 究 等原因，地下水动态有所改变。地下水排泄主要表现为垂直蒸发、河流排泄、人 工丌采等多种形式。 粘性土的水文地质特点如下： 1 3 1 从粘性土的结构特征分析，一般具孔隙、裂隙结构，或夹有透水的姜 石层，或兼而有之； 1 3 2 从现场水文试验资料分析，多数土层都具中等透水性，局部还具强透 水性： 1 3 3 从分层止水测得的稳定水位值基本一致，以及土层结构特征分析，各 透水层间通过不同形式均有密切的水平或垂直的水力联系，相互串通； 1 3 4 从降雨后地下水位回升情况，一般迅速回升o 5 m 1 5 m ，表明上部土 层透水性较强。 地下水水质分析成果见表1 。山前冲洪积平原及古河道带主要为矿化度小于 l 叽的重碳酸盐型水，古河道间带为矿化度1 以g l 的重碳酸盐氯化物型水及重 碳酸献硫酸盐型水，无腐蚀性。滨海地区为矿化度大于5 班的氯化物型水，具 分解结晶类硫酸镁型和普通水泥的结晶类硫酸盐型强腐蚀。 鲁西，r 蟓区粘忭十结构j 渗透特征研究 名水样矿化度侵蚀性c 0 2 p h 值水化学类型 腐蚀性 稍；编0 g lr n g l 判定 z 3 7 06 2 无 77 2 h c 0 3 一c i c a - m g 型 无 z 4 90 6 6无7 7 9 h c 0 3 - c i c a m g 型 无 济南市 z 6 405 1 无 76 2 h c 0 3 - c i - c a - n a - m g 型 无 东湖z 8 4o5 5无77 4 h c 0 3 - c i - c a - m 【g - n a 型 尤 水库d h 4 09 6无 7 6 5 h c 0 3 - c i - c a - n a - m g 型 无 k n 90 6 8无7 7 4 h c 0 3 - c l c a - n a 型 无 k n l 306 6无75 0 h c 0 3 - c a - m g 型 无 z k l 一29 0 4 无 8 3 5 c i n a 型 普通水泥的 z k 41 28 9 无 7 7 7 c - n a 型 结晶类硫酸 d l1 7 0 4 无 7 8 9 c i n a 型 盐型强腐蚀 z k 2 275 4无7 7 2c 1 - n a 型 舟光市 z k l 06 03 l无7 6 3c i - n a 型 双j ! 城 分解结晶类 z k l 67 8 3 2无7 4 7 c l n a 型 水库 硫睃镁型和 z k l 9 - 25 6 9 8 无 7 - 3 9 c i - n a - m g 型 普通水泥的 z l ( 2 8 26 1 0 0 无 74 8 c 1 n a 型 结t 品类硫陵 z k 3 l6 0 1 5 无 76 2 c j - n a 型 盐型强腐蚀 b 1 28 7 7 2无75 1c i - n a 型 a 3 70 8 5无7 6 6 h c 0 3 - c 1 - s 0 4 - c a - m g 型 无 淄博市 e 11 0 2无77 0 h c 0 3 c l s 0 4 - c a - m g 型 无 斩城e 30 7 6无77 4 h c 0 3 - s o - c l c a - m g - n a 型 无 水库e 606 3 无 7 7 4 h c 0 3 - c i - c a - m g - n a 型 无 e 1 009 8 无 7 7 5 h c 0 3 - c i - n a - c a 型无 k w 31 0 8 无 7 2 9 h c o 】- c a - m g 型 无 k w 90 9 9无 7 6 6 h c 0 3 - c i - c a - m g 型 无 菏泽市 k w l |0 8 3无7 8 7 h c 0 3 - c a 型 无 雷汗湖 k w l 40 7 4无79 5 h c 0 3 - c a - m g 型 无 水库 k w 2 10 8 6 无 77 9 h c o 、- c i - c a - m g 型 无 k w 2 71 0 8 无 75 4 h c 0 3 - c i - c a - m g 型 尤 k 2 50 3 2 无 77 5 h c 0 3 - n a - c a 型尢 k o ll2 0无7 9 0 h c 0 3 - c i c a - n a 型 无 g b 4 09 2 无 7 7 7 h c 0 3 一c 1 一c a - m g - n a 型 无 郓城县 b 40 6 7无76 1 h c 0 3 - c a 型 无 杨序集 j z 206 5 无 77 4 c i h c 0 3 - n a - c a 型无 水库 k 5i 0 8 无 7 9 1 h c 0 3 一c i c a - m g - n a 型 无 k 708 2 无 7 8 4 h c 0 3 - c i c a - n a 型光 k 1 40 8 8无77 9h c o m c ic a - m g 型无 6 鲁西r 原区粘性土结构。j 渗透特 正1 i j 究 2 鲁西平原区粘性土的性质 2 1 水利工程中粘性土的分类 根掘水利水电规程士的分类标准，粘性土划分为粘土、壤土和砂壤土，而砂 性土分为砂类土和砾类土，二者的基本特征比较见表2 。 在此指出，水利工程上粘性土有两种状态，即原状土和压实填土。原状土指 坝基土，本文所讲的粘性土如无特殊指明均为原状十；压实填土指坝体土，包括 均质土坝坝体和分区坝的防渗体，本文将压实填土称为压实粘性土。由于原状土 和压实填土的性质截然不同，本文将以两种土分别进行论述。 i 磊2 娄名称 粘性土 砂娄土砾粪土 、 粘土壤土砂壤土 粘j 盘含置( ) 3 0l o q 03 1 0 j 77 1 73 7 膨胀和憧缩量很大小报小平叫显 水中崩解 较慢慢根快散开 毛细水af q 高度( m )4 51 5 4i l5极小 透水性弱中等强极强 压缩性中等，岛压缩中等低低 缺定性质的主要冈素联结( 稠度) 和密窦度粒崖成分和簿实度 2 2 粘性土的基本性质 粘性土的基本性质包括：物理性质、水理性质和力学性质。 221 物理性质是指土处于某种自然状态，表现出不同的轻或重、干或湿、松 或密等。土是有固体颗粒、水、气体三部分组成，它们所占的比例不同，各项物 理性质也随之i m 异。物理性指标包括： 理性质也随之而异。物理性指标包括： 蛰疆、f 城篷糖牲j 二结构j j 渗透特征蜡究 2 鲁嚣平原区糙性土的性质 2 ，1 水利工程中粘性土的分类 根据水利水电规程的分类标准，粘性土划分为粘士、壤土和砂壤土，而砂 燃土分为砂类鞠砥类，二者瓣基本特征比较见表2 。 在此指出，水利工程上粘性土有两种状念，即原状土和压实填土。原状土指 壤鏊土，本文爨诱豹麓瞧主蘩无特薅撂骥甥为器羧；厦实填撵竣矮，包瑟 均质土坝坝体和分区坝的防渗体，本文将压实填土称为愿实粘性士。由于原状土 和压实填的往袋截然不同，本文将戳两释土分涮遴荦亍论述。 磊l 若、坌类名称 粘性土 砂类砾粪土 j 赣土壤主珍壤t 粘粒含置( ) 3 0l o 3 03 l o 1 77 一1 73 0 膨胀和收缩量报大小很，j 、 不嘴皿 水中崩解较馒 慢 很快 散开 毛粕承二拜赢缱( m )4 - 51 5 鹰l 1 5l 檄垂 透水性弱中等强极强 压缩健中等离挺缩中等低低 决定性质的未螫因素联缩( 稠艘) 和密嶷魔 粒度戚分和密实麓 2 2 粘性土的基本性质 藕毪主教基本往矮龟羟：秘瑷经屡、承理毽质耱力学经葳。 2 2 1 物理性质是指土处于某种自然状态，表现出不同的轻或熏、干或湿、松 或密等。土是有馘体颗粒、水、气体三部分组成，它们所占的眈例不同，各项物 理性质也髓之嚣髯。物理性指标包括： 鲁西r 晾区粘性十结构与渗透特征研究 ( 1 ) 土的重量天然密度、干密度、土粒比重： ( 2 ) 土的含水性天然含水量、饱和度： ( 3 ) 土的密实度孑l 隙比等。 2 2 2 水理性质是指土与水相互作用时所表现出来的性质。水理性指标包括： ( 1 ) 土的稠度和塑性界限含水量( 液性限度和塑性限度) 、塑性指数、液 性指数和含水比等： ( 2 ) 土的膨胀和收缩一般砂壤土的收缩和膨胀量较小，而崩解较易，粘 土的收缩和膨胀量较大，但崩解较难； ( 3 ) 土的毛细性和透水性渗透系数。 2 2 3 力学性质是指土在压力作用下所表现出来的性质，变形或滑动。力学性 指标包括： ( 1 ) 土的压缩性压缩系数和压缩模量： ( 2 ) 土的抗剪强度粘聚力和内摩擦角，试验方法有快剪法、慢剪法、固 结快剪和三轴剪切等。 鲁西平原区各地表层粘性土的物理力学性指标见表3 。 2 3 粘性土的矿物组成 粘性土的固体颗粒由不同的矿物组成，不同矿物与水的作用能力是不同的， 根据矿物与水作用的能力不同，粘性土中矿物可分为三类。 2 3 1 不溶于水、亲水性强的次生矿物主要是蒙脱石、水云母、高岭石等。 它们是由原生矿物经过化学作用而形成的次生矿物，多呈薄片形状，遇水膨胀， 强烈吸水，尤以蒙脱石最甚。这些次生矿物是组成粘粒的主要矿物成分，是决定 粘土性质的主要因素。 23 2 溶于水的次生矿物主要是各种不同程度溶于水的水溶盐类矿物，如 氯化钠、石膏和碳酸钙等。它们是溶液中所含的化学成分沉淀而成的，对土起胶 结作用，但遇水后被溶解，使土的孔隙增多强度降低，对工程将产生不良后果。 2 3 3 亲水性强的有机物是由动植物新陈代谢产生的物质和生物遗体分 解形成的产物。通常混杂在土中，经过完全分解的叫腐殖质，部分分解的叫泥炭。 腐殖质和泥炭与水作用强烈，因而使土具有极强的压缩性和很弱的透水性。同时， 由于有机质遇水后还会继续分解，使土的性质继续变化，对工程非常不利。 鲁西、r 原睦粘件士结构o j 渗透特缸研究 物理性质水理性质j i 学愫最 名 岩天然十解十粒扎隙波性型性型件压缩压缩粘聚内摩 常度度比重比限度限度指数系数模量力擦捕 称忡 p 口 pd g s 吣l up 1 pa l _ 2 e sc u中1 1 g c m 3 m p a o m p ak p a 济南市桔土 1 9 7l5 32 7 508 5 54 9 22 6 32 2 9o 3 26o2 6967 玉清湖壤土 20 51 6 62 7 2o 7 0 03 4 61 9 9 1 4 7 o 2 76 o2 0 o1 l0 水库 砂壤土 2 0 5 1 7 02 7 005 8 40 1 41 1 61 7 01 3 _ 3 德州市粘十 1 8 5l4 027 50 9 7 l4 l32 3 o1 8 30 4 8421 4 080 丁东壤土l7 21 4 42 7 208 9 33 0 3i8 o1 230 5 434 水库 砂壤十 1 9 3l5 427 00 7 5 60 2 1 9 1 9 61 9 4 济南市粘土 l7 9 1 3 02 7 511 3 34 8 22 6 12 2 206 41 1 880 东湖壤十2 0 01 6 2 2 7 2 0 6 8 73 3l1 9 61 350 3 3 1 2 _ 3 i j 6 水库 砂壤土 18 3l4 72 6 80 8 3 00 2 67 11 8 0 寿光市粘_ 十 1 9 014 52 7 40 9 0 0 4 4 8 2 4 1 2 07 0 4 44 6l o _ 859 双一j 一城壤土 1 9 715 92 7 20 7 2 03 331 9 8 1 3 7 0 4 25l1 4 738 水库砂壤土2 0 316 42 7 00 6 5 0o 1 41 4 41 0 92 2 2 淄博市粘土 16 813 42 7 61 1 4 45 l92 7 62 4 409 11 8 94 9 新城 壤土 1 8 2l5 82 7 20 7 7 23 1 61 8 31 3 - 305 76 66 0 水库 砂壤土 19 8l7 1 2 7 l0 6 2 40 2 4 5 5 1 1 0 巨野县 粘土1 8 41 3 52 7 50 9 4 04 9 62 6 72 3 00 6 59 250 大野壤土 2 0 2 1 6 62 7 20 7 2 03 4 11 9 91 4 203 79 51 20 水库 砂壤土 1 9 l1 4 926 8o 8 1 00 2 84 01 3 o 郓城县 粘土】9 0j 4 527 510 1 74 , 0 22 2 8j 7 30 4 93 】2 0 89 l 杨庄集 壤土 1 8 91 4 72 7 20 9 4 93 632 0 91 5 40 5 4361 3 01 6 - 8 水库 砂壤土 l9 8 1 5 82 6 807 5 70 2 28 35 62 3 0 菏泽市枯_ =1 8 7l4 02 7 510 0 64 602 512 0 906 48 04 0 雷洋湖壤土1 9 8i 5 62 7 008 1 73 l61 9 31 2 305 89 4l o 0 水库 砂壤士 1 9 7l5 32 6 60 7 9 706 37 91 7 0 2 4 粘性土的联结形式 粘性土的联结以结合水联结为主，有时为胶结联结。 2 4 1 结合水联结土中固体颗粒尺寸很小且靠得很近时，粒间分子力起作 用。当颗粒表面有水膜时则通过水膜与相邻土粒联结起来，水膜越厚，联结亦越 弱，土的强度越低。 2 4 2 毛细水联结是一种由于毛细水的作用而形成的联结，当水量过大或 干燥时，联结就消失。 鲁两甲棘区枯性十结构，渗透特征研究 2 4 3 胶结联结是由于土中某些盐分的结晶将土粒胶结起来，使土的强度 增大；但盐分被水溶解后，联结便剧减，土的强度随之降低，如黄土的湿陷性。 2 5 粘性土的结构形式 粘性土的结构指土壤中土粒的排列，士粒与有机胶体、无机胶体的相互胶结 形式。常见的有团粒状、块状、片状和柱状等结构。 土粒由于联结作用而结合成较大的次生颗粒单元( 称为团粒) ，由一团团的 颗粒集合体而组成多孔的土，这种排列方式叫做团粒结构。粘土矿物一般呈片状。 它们之间的接触方式主要有面面、边一边、边一面三种基本类型。面对面的片状堆 积结构称为分散结构或片堆结构( 叠聚体) 。以边一面、边边联结的结构称为凝 聚结构或片架结构( 絮凝体) 。 土壤结构体的形成过程可分为两个阶段，第一阶段是土粒在自身的粘结、凝 聚或和外物胶结作用下粘聚形成次生复粒( 微团聚体) 或致密土体；第二阶段是 团聚体进一步粘结形成结构体或致密土体在外力作用下破碎成型。 2 5 1 土粒的粘聚 阳离子的凝聚作用：土壤胶粒通常带有负电荷，带负电荷的土壤胶粒在阳离 子作用下，发生相互凝聚。阳离子凝聚能力的大小与阳离子的价数有关，通常是 高价离子凝聚能力大于低价离子。同价离子的凝聚能力取决于离子的水化半径， 水化半径大的离子与胶粒表面的距离大，凝聚能力弱，反之则较强。根据阳离子 的凝聚能力可排列成以下顺序： f e 3 + a 1 3 + c a 2 + m 9 2 + h + n h 4 + k 十 n a + 水膜的粘结作用：土粒在水膜的作用下，粘结在一起形成土团。在土粒接触 处形成弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团聚在一起。但必须指出， 水膜粘结作用形成的土团是没有水稳性的，水分增多，会造成土粒分散。 胶结作用：土壤中很多物质都具有胶结作用，使土壤形成结构。胶结物质主 要有：简单的无机胶体、粘粒和有机质。 土壤中的f e 2 0 3 x h 2 0 、a 1 2 0 3 - y h 2 0 、s i 0 2 z h 2 0 等，常以胶膜形态包被 在一起。由于凝胶的不可逆性，由此形成的结构体也具有相当程度的水稳性。但 这样