（环境工程专业论文）山东省裂隙粘土成因及水利工程应用研究.pdf

山东省裂隙粘土成因及水利工程应用研究 摘要 本文着重对裂隙粘土的沉积规律、物理力学性质，工程地质问题，渗透 特征，勘察方法、工程处理等进行了系统地研究。是作者近2 0 年来工程实 践经验的总结经查阅，以前尚未有人对这方面进行过系统地研究，因此文 中提出的许多论点属于首次，具有创新性 在水利工程实践过程中，发现山东省黄泛冲积平原区一种高液限粘土， 水文地质及工程地质特征十分突出，其裂隙十分发育，很多特性都与裂隙有 关，水利人定其名为。裂隙粘土”上世纪八十年代人啻丁对裂隙牯土认识不 足，工程处理方案不得当，施工中曾经出现过坝体沉降、塌滑开裂，填筑碾 压困难，运行中坝基产生较强集中渗漏、较严重的渗透变形破坏等等问题， 危机大坝安全，影响到水库的正常运行，给黄泛区进一步修建水利工程的可 行性带来疑问因此选山东省裂踪粘土成因及水利工程应用研究开展工作 经过多年来反复实践和研究，认识到山东省裂隙粘土具有较低的于密 度，高的压缩性，特殊的分散性、弱中等潜势的膨胀性和中等的透水性、 弱的抗渗稳定性、低的抗剪强度等工程特征，基本摸清了研究区裂隙粘土特 殊的岩土工程性质，是产生一系列工程地质问题的根本原因并进一步追根 朔源，分析出裂隙粘土具有这些特征的原因，解决长期以来困扰水利同行的 难题，具有较高的理论价值和实践意义课题研究中提出的裂隙粘土特殊工 程地质性质和一些关键性的物理力学参数，可供后人参考、借鉴，为水利工 程设计优化提供不可多得的系统资料，避免水利工作者在此方面再走弯路， 可为水利工程建设顺利开展节约大量资金 在导师的悉心指导下，采用新的研究思路，论据充分，内容新颖翔实， 着重从八个方面对裂隙粘土展开了研究工作一首先研究裂隙粘土的沉积环 境和徼地貌，首次提出对其沉积环境分为四个区，找出各区的沉积规律，确 定其成因时代类型，纠正黄泛堆积层不过。串湖。的观点；二从裂隙粘土的 矿物成分、化学成分分析人手，进一步研究黄土、古土壤和三趾马红土具备 形成固体径流物的条件，首次提出其物源不仅为黄土，更来源于古土壤和三 趾马红土；三对裂隙粘土的基本物理力学性质进行了研究，确定其具有高含 水量、高液限、高压缩性及低干密度等一般特征，首次总结出了各指标间的 相关性数学公式；四系统提出裂隙粘土具有一定的分散性、膨胀性、水软性 和中等透水性等特殊工程地质特性，对并产生这些特性的机理进行了分析研 究；五采用室内和现场试验对比的手段，确定了裂隙粘土与实际相符的允许 水力比降值，首次提出了裂隙枯土渗透变形型式是。冲蚀管涌型”；六提出 裂隙粘土分布区的勘察方法；七通过多种方案综合比较，提出黄泛地区修建 水工建筑物，常见的工程地质问题及经济、合理、可行的工程处理措施；八 研究裂隙粘土分布区的坝基防渗技术 论文最后根据通篇系统研究结果，首次给山东省境内分布的“裂隙粘土” 下了一个准确、科学、内涵丰富的定义 关键词：裂隙粘土，物源成因，渗透稳定，勘察方法，水利工程处理 措施，防渗方案 5 c a u s eo ff o r m a t i o n & w a t e rc o n s e r v a n c yt e c h n i c a l a p p l i c a t i o nr e s e a r c ho fc r e v a s s ec l a y i ns h a nd o n g p r o v i n c e , c h i n a a b s t r a c t 。c a u s eo ff o r m a t i o n w a t e rc o n s e r v a n c yt a c h n i c a la p p l i c a t i o nr e s e a r c h o fc r e v a s s ec l a y 。，i st h ea u t h o rn e a rf o r2 0y e a rw o r ke x p e r i e n c es u m m a r y a f t e rr e t r i e v a l 。b e f o r ea l s on o b o d yh a sc o n d u c t e dt h i sa s p e c ts y s t e mr e s e a r c h , t h e r e f o r em a n yv i e w p o i n t sa l la r ef i r s tt i m ep r o p o s e i nt h ep l - a c t i c ep r o c e s s ， m y s e l fd i s c o v e r e dy e l l o we x u d e ss i r sa l l u v i a t i o nt h er e g i o no fn or e l i e fo n e k i n do fh i g hl i q u i dl i m i tc l a y , t h eh y d r o l o g yg e o l o g ya n dt h ee n g i n e e r i n g g e o l o g yc h a r a c t e r i s t i ci se x t r e m e l yp r o m i n e n t , b e c a u s e i t sc r e v a s s eg r o w s e x t r e m e l y , v e r ym a n yc h a r a c t e r i s t i c s a l lw i t hc r e v a s s er e l a t e d , o u rw a t e r c o n s e r v a t i o np e r s o nc h o o s e san a m ei ti s 。t h ec t e v a s s ec l a y “a sar e s u l to ft o t h eo r e v a s s ec l a yu n d e r s t a n d i n gi n s u f f i c i e n c y , t h ep r o j e c tp r o c e s s i n gp l a ni s f r o mt h ev e r yb e g i n n i n gi n a p p r o p r i a t e 。i nt h ec o n s t r u c t i o no n c ea p p e a r e dt h e c r o s sb o d ys u b s i d e n c e 。c o l l a p s e ss h d e st h ed e h i s c e n c e 。t h er e c l a m a t i o nr o l l e r c o m p a c t i o ni sd i f f i c u l li nt h em o v e m e n tt h ed a m b a s eh a dt h es t r o n gc e n t r a l i s m l e a k a g e 。s e r i o u ss e e p a g ed i s t o r t i o nd e s t r u c t i o na n ds oo nq u e s t i o n ，a f f e c t e dt o t h er e s e r v o i rn o r m a lo p e r a t i o n ，f u r t h e fc o n s t r u c t e dt h eh y d r a u l i ce n g i n e e r i n gf o r t h eh u a n g h er i v e rf l o o d e da r o at h ef e a s i b i l i t yt ob r i n gt h eq u e s t i o n m y s e l fp a s st h r o u g ht h er e p e a t e d l yp r a c t i c et ok n o wt h 碱s u m m a r i z e st h e c f e v a s s ec l a yt oh a v et h el o wd r yw e i g h td e n s i t y , t h eh i g hc o m p r e s s i o n 。t h e s p e c i a ld i s p e r s i v i t y , i sw e a k l n c d i u md i v e st h ep o t e n t i a le x p a n s i b i l i t ya n dt h e m e d i u mw a t e rp e r m e a b i l i t y , t h ew e a ki m p e r v i o u ss t a b i l i t y , t h el o ws h e a r i n g s t r e n g t ha n ds oo n 。b a s i c a l l yh a sf o u n do u tt h ec r e v a s s ec l a yc r a ge a r t hp r o j e c t n a t u r e 。t h o u g h tt h i sh a sas e r i e so fe n g i n e e r i n gg e o l o g yq u e s t i o nb a s i cr e a s o n a n df u r t h e rg e t st ot h er o o to ft h en e wm o o ns o u r c e 。a n a l y z e st h ec r e v a s s ec l a y t oh a v et h e s ec h a r a c t e r i s t i c st h el c a s o n 。s o l v e dh a sp u z z l e dt h ew a t e r c o n s e r v a t i o nc o l l e a g u es i n c el o n ga g ot h ed i f f i c u l tp r o b l e m 。h a dt h eh i g ht h e o r y s i g n i f i c a n c ea n dt h ep r a c t i c es i g n i f i c a n c e 。t h ec r e v a s s cc l a ys p e c i a le n g i n e e r i n g g e o l o g yn a t u r ea n ds o m ec r u c i a lp h y s i c a lm e c h a n i c sp a r a m e t e rw h i c hi nt h e t o p i cr e s e a r c hp r o p o s e d ，m i g h tr e f e rt o t h em o d e lf o r t h ep o s t e f i t y ，t h i sn o to n l y p r o v i d e dt h e r a r es y s t e m m a t e r i a lf o rt h e h y d r a u l i ce n g i n e e r i n gd e s i g n o p t i m i z a t i o n 。m o r e o v e ra l s oa v o i d e dt h ew a t e rc o n s e r v a t i o n w o r k e rl i t t l e d e t o u r i n gi n t h i s a s p e c t 。m i g h t s a v et h em a s s i v ef u n d sf o r t h eh y d r a u l i c e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n u n d e rt e a c h e r sd e v o t e d l yi n s t r u c t i o n ，t h ea u t h o ru s e st h en e wr e s e a r c h m e n t a l i t y , t h ea r g u m e n tf u l l ，t h ec o n t e n tn o v e li sf u l la n da c c u r a t e 。h a sl a u n c h e d t h er e s e a r c hw o r ke m p h a t i c a l l yf r o me i g h ta s p e c t st ot h ec r e v a s s ec l a y o n ew a s f i r s th a sc o n d u c t e dt h er e s e a r c ht ot h ec r e v a s s ec l a ye n v i r o n m e n to fd e p o s i t i o n a n dt h em i c r o g e o m o r p h ，p r o p o s e df u rt h ef i r s tt i m ed i v i d e di n t of o u ra r e a st oi t s e n v i r o n m e n to fd e p o s i t i o n 。d i s c o v e r e dv a r i o u sa r e a st h ed e p o s i t i o nr u l e ，h a d d e t e r m i n e di t so r i g i nt i m et y p e ，c o r r e c t e dy e l l o we x u d e dt h ea c c u m u l a t i v e s t r a t u mo n l y “t h es t r i n gl a k e ”t h ev i e w p o i n t ；t w o 。f r o mt h ec l e v a s s cc l a y m i n e r a li n g r e d i e n t , t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o na n a l y s i so b t a i n s ，f 1 f f t h e h a s s t u d i e dt h el o e s s ，t h ea n c i e n ts o i la n dt h eh i p p a r i o nr e ds o i lh a sf o r m st h es o l i d r u n o f fc o n d i t i o n ，p r o p o s e di t st h i n gs o u r c en o to n l yi st h el o e s sf o rt h ef i r s tt i m e 。 o r i g i n a t e sf r o mt h ea n c i e n ts o i la n dt h eh i p p a r i o nr e ds o i l ；t h r e e 。h a sc o n d u c t e d t h er e s e a r c ht ot h ec r e v a s s ec l a yb a s i c p h y s i c sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，h a d d e t e r m i n e di th a st h e h i g hw a t e rc o n t e n t , t h eh i g hl i q u i dl i m i t , t h eh i g h c o m p r e s s i o na n dt h el o wd r yw e i g h td e n s i t ya n ds oo nt h eg e n e r a lc h a r a c t e r i s t i c 。 s u m m a r i z e dd u r i n gv a r i o u st a r g e t sr e l e v a n tm a t h e m a t i c a lf o r m u l af o rt h ef i r s t t i m e ；f o u rw a st h es y s t e m p r o p o s e d t h ec r e v a s s e c l a y h a dt h ec e r t a i n d i s p e r s i v i t y , t h ee x p a n s i b i l i t y , w a t e rs o f t n e s sa n dm e d i u mw a t e r - p e r m e a b l ea n d s oo nt h es p e c i a le n g i n e e r i n gg e o l o g yc h a r a c t e r i s t i c ，t oa n dp r o d u c e dt h e s e c h a r a c t e r i s t i cm e c h a n i s mt oc o n d u c tt h ea n a l y s i sr e s e a r c h ；f i v e ，u s e si nt h e r o o ma n dt h ef i e l dt e s tc o n t r a s tm e t h o d h a dd e t e r m i n e d 也ec i c v a s s cc l a yw i t h t h ep e r m i s s i o nh y d r a u l i cs l o p ev a l u ew h i c ht a l l i e sa c t u a l l y , p r o p o s e df o rt h ef i r s t t i m et h ec r e v a s s ec l a ys e e p a g ed i s t o r t i o np a t w r ui s “e r o d e st h ep i p i n g ”；s i x 。 p r o p o s e dt h ec r e v a s s ec l a yd i s t r i b u t i o na r e ar e c o n n a i s s a n c em e t h o d ；s e v e n ， t h r o u g ht h em a n yk i n d so fp l a n ss y n t h e s i sc o m p a r i s o n , p r o p o s e dt h ey e l l o w p a n 。r e g i o n a lc o n s t r u c t i o nh y d r a u l i ce n g i n e e r i n gs t r u c t u r e 。t h ec o m m o n e n g i n e e r i n gg e o l o g yq u e s t i o n ，p r o p o s e di se c o n o m i c a l ，r e a s o n a b l y t h ef e a s i b l e p r o j e c tp r o c e s s i n gm e a s u r e ；e i g h t 。s t u d i e dt h ec r e v a s s ec l a yd i s t r i b u t i o na r e a d a mb a s et og u a r da g a i n s ti n f i l t r a t e st h et e c h n o l o g y f i n a l l ya c t sa c c o r d i n gt o t h ee n t i r ep a p e rt h es y s t e mr e s e a r c ha n dt h ea n a l y s i s 。g a v e “t h ec r e v a s s ec l a y 。t o g i v eas c i e n c ea c c u r a t ed e f i n i t i o nf o rt h ef i r s tt i m e k e yw o r d ： c r e v a s s ec l a y ，t h es o u r c ec a u s eo ff o r m a t i o n ，t h e s e e p a g es t a b l e ，t h er e c o n n a i s s a n c em e t h o d ，t h ew a t e rc o n s e r v a n c y p r o je c tp r o c e s s i n gm e a s u r e ，g u a r d sp l a na g a i n s ti n f i l t r a t e s m 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特另, i d i l 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得 ( 篷i 地邀直基熊盂要鳖型主塑 笪! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者虢砝罚乏 签字目期：。渤g 年么月2b l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查蒯和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位敝储虢西南左 签字日期：0 d 口6 年6 月2 曰 学位论文作者毕业后去向 r 作单位： 嗵讯地址： u 导师签字：翠乞7 0 0 5 r a m ) 含量微不足道，含量小于i ，粗粉粒( 粒径0 0 5 o 0 1 r a m ) 含量 相当高，多在1 5 3 5 ，细粉粒( 粒径0 0 1 0 0 0 5 m m ) 含量小于1 5 ，粘 粒( 粒径0 0 0 5 0 0 0 1 r a m ) 含量1 5 2 5 之间，胶粒( 粒径0 0 0 1 m m ) 含量 最高，在1 5 9 个样品中，有1 0 9 个样品中本粒组含量达3 5 5 0 ，有3 2 个样 品超过5 0 。试验成果表明，几乎所有的古土壤内胶粒含量都较高，而黄土层 内胶粒含量都较少。 各层古土壤的矿物成分等特征值n 2 5 见表3 2 i 。 表3 2 i 黄土中古土壤的矿物成分等特征值一览表 黄土中 伊利石蒙脱石比表面积 用离子 古土壤层 矿物成分交换量 ( )( )( ) f m e 1 0 0 9 ) 全新世 9 2 l o o 1 0 11 5 j 伊利石麋脱石混层、高岭石， 石英、方解石、有机质 伊利石朦脱石混层、高岭石， 上更新统5 24 o i i i2 3 1 绿泥石、方群石、石英 伊利石，蒙脱石混层，高岭石， 中更新统 8 91 3 6 1 6 4 2 2 2 豢脱石、石英、f e 2 0 3 山东省裂隙粘土成因及水利工程应用研究 从表3 2 1 也可以看出，黄土中古土壤层的主要矿物成分与裂隙粘土的矿物 成分基本一致。 黄土中的古土壤其特有的颜色、较高的胶粒含量，与裂隙粘土惊人的一致， 还有其较大的厚度和相近的矿物成分含量，这些均表明古土壤是裂隙粘土较主 要的物源之一。 3 2 3 物源之三三趾马红土 将三趾马红土亦定为黄河下游淤积物的物源，尤其追寻其为裂隙牯土的物 源，没有查阅到前人对这方面的分析研究。因此试图重点从三趾马红土易被侵 蚀方面，辅以分析其矿物成分和化学成分等方面j 寻求其为裂隙粘土物源的证 据。 三趾马红土，即第三系红层，广泛分布于黄河中上游，呈紫红色，砖红色， 黄棕色等，是由于含有铁的氧化物或氢氧化物之故，这也表明当时沉积环境为 氧化及强氧化之故，其中黄色常见于炎热干燥气候条件下的陆相沉积物中，而 红色常见于炎热潮湿气候条件下的陆相或海相沉积物中，另外色素离子f c 与 f c 3 + 含量比例不同，也可以出现不同的颜色，测试结果当审矿：f e 2 + 3 0 时，岩 石呈红色，f e “：f e 2 , - = 3 o 1 6 时，呈现紫红色、砖红色 2 2 1 。三趾马红土易风 化剿落，厚3 0 1 0 0 m t n ，均为红色碎屑岩建造，属断陷盆地内河流及湖泊相沉 积。岩性主要为以红色为基调的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂砾岩等。 3 2 3 1 三趾马红土被侵蚀性一 三趾马红土的被侵蚀，可以从黄河中上游高原区的地形地貌、红土的节理 裂隙发育情况，以及其高含盐量和分散性来分析。 黄河中上游属于相对隆起的山地高原区，地面高差大，水能也大，边坡也 高，易引起大量的水力侵蚀和重力侵蚀。因此漫长的地质时期里，黄土高原不 断遭受到流水、重力和风力侵蚀，冲沟密度大、比降陡，沟塬高差大，切割侵 蚀强烈，地形逐渐破碎，沟谷的侵蚀多深入第三纪红土层中【l 】，这是造成三趾 马红土侵蚀的基本因素。由于三趾马红土抗冲蚀及风蚀能力低，一旦红土层上 覆有胶结较好、抗冲蚀能力相对强的砂砾岩时，常形成。蘑菇顶”、“龟背顶” 等微地貌；而受风蚀作用，在山包顶部或迎风坡地，砂砾质泥岩、砂砾岩表层 山东省裂隙粘土成因及水利工程应用研究 风化的细颗粒被风带走后，丘顶只残留下砾石薄层( 一般数厘米厚) ，形成。石 漠”微地貌( 见照片3 2 3 1 ) 。 照片3 2 3 1 风蚀形成的“石漠”微地貌 三趾马红土在成岩过程中或在成岩之后，在风化、卸荷、收缩等力的作用 下，形成了构造裂晾、原生节理、风化节理、卸荷节理、滑塌节理等。根据宁 夏中宁电厂供水水库场区勘察资料，红土中除构造裂隙不发育，且切层较深外， 其他裂隙都比较发育，虽然发育深度较浅，但随着冲沟冲蚀深度的加深，节理 裂隙深度也随之逐步加深。这些节理裂隙在冲沟边坡和底板叠加发育( 见照片 3 2 3 2 ) ，造成边坡不断塌滑( 见照片3 2 3 3 ) ，下切不断加深，冲沟规模 逐渐增大，逐渐向上游延伸，三趾马红土冲蚀后的固体径流物不断流人黄河， 形成了较丰富的物源。 山东省裂隙粘土成因及水利工程应用研究 照片3 2 3 2 红冲沟边坡和底板节理裂隙发育，冲蚀严重 照片3 2 3 3 节理裂隙造成三趾马红土冲沟边坡不断坍塌 根据宁夏中宁电厂供水水库勘察资料，三趾马红土含盐量较高，采集l o 组 红土样品，进行了全盐分析。据测定水溶盐含量一般在1 s 3 2 ，p h 值平均 值为8 4 ，呈弱碱性，p h 值较高有利于粘土颗粒形成较厚的水泥膜层，影响粘 土间的结合力。各离子的具体含量见表3 2 2 。红土中水溶盐含量较高( 见照 片3 2 3 4 ) ，极易受雨水溶解，造成了红土的抗冲蚀能力的大大减弱，也使 得红土极易遭受雨水淋蚀。 2 7 山东省裂隙牯土成因及水利工程应用研究 表3 2 2 三趾马红土中水溶性离子含量一览表 水溶性 i 【+ n a c m g *c o ) rh c 0 3 。 c i s 0 2 p i l 全盐量 离子古量 平均值 5 8 49 81 364 04 9 4 38 4 2 3 1 l 范围值 舡1 0 1 l3 0 2 0 53 - 2 9锚3 6 - 4 57 s s 6 02 0 5 1 5 鹤8 2 8 j 1 4 5 8 - 3 2 晒 注：表中离子含量单位为每1 0 0 克红土中古离子的毫克散 根据调查，红土层中常含有石膏，存在形式以薄膜、团粒、斑点和假菌丝 出现，而且沿石膏薄膜层常形成冲蚀小沟( 见照片3 2 3 5 ) ，沿表层石膏团 粒集中处，形成淋蚀小坑穴。红土中由于含有蒙脱石和适量的钠离子，因此通 常具有一定的分散性。采用双比重计进行的分散性试验，结果表明，红土的分 散度4 1 4 6 9 1 ，平均值为5 7 o ，属于分散性土红土具有分散性，雨水 进人红土的裂隙中，钠的作用使包围着各个红土颗粒的双电层的厚度增加，从 而减弱了土颗粒之间的吸引力，使土颗粒轻易从红土中析离，形成固体径流物。 照片3 2 3 4 红土中的盐分析出形成白霜 山东省裂隙牯土成因及水利工程应用研究 照片3 2 3 5 沿红土中的石膏膜形成冲蚀小沟 仔细观察，降雨后在红土冲沟积水洼地内，积水一般呈浑浊的棕红色胶体 状，水蒸发后，洼地表面沉积有数毫米到数厘米的棕红色粘土，风干后于缩特 别发育，其特征极似裂隙粘土。 三趾马红土地区高低起伏的地形地貌、较发育的节理裂隙、较高的含盐量 和具有分散性，使红土易遭受雨水侵蚀，形成丰富的固体径流物流入黄河。 3 2 3 2 三趾马红土的成分 笔者在黄河中游地区采集了2 6 组红土进行了颗粒分析，赵志祥等在黄河 上游第三系红层的工程特性( 工程地质，1 9 9 9 年l 期) 阎一文中对黄河上游 地区红土颗粒组成也进行了分析，分析结果详见表3 2 3 。红土主要由粒径 0 0 7 5 0 0 0 5 m m 的粉粒组成，含量平均值超过5 0 ，其次为小于0 0 0 5 r a m 的 粘粒，含量范围值1 2 2 5 6 o ，平均值1 7 9 3 6 ， 0 0 7 5 m m 的砂粒， 含量一般小于2 0 。 山东省裂隙粘土成因及水利工程应用研究 表3 2 3 三趾马红土的粒度组成【) 数值 砾石粒 租砂粒 中砂粒 细砂粒 粉粒 牯粒 胶粒 位置 类别 2 2 0 0 0 5 0 0 1 5 0 0 2 5 0 2 5 o 0 7 50 0 7 5 伽0 5卸0 0 5锄0 0 2 平均值0 4 72 5 63 4 21 8 3 35 7 3 6 1 7 8 6 黄河中游 最小值0 0 00 0 0o 0 01 2 8 04 0 7 01 2 2 0 地区 最大值1 5 0 1 26 0 1 4 5 0 3 83 0 7 43 02 6 5 0 平均疽1 1 35 2 73 6 01 9 5 黄河上游 最小值 5 03 9 02 3 51 0 3 地区 最大值 1 7 75 885 6 03 1 6 经电镜鉴定、差热、x 光衍射和薄片鉴定等多种手段分析验证，三趾马红 土岩石的矿物成分主要由长石、石英、方解石组成，此类矿物占全部矿物含量 的4 5 7 0 ，粘土矿物成分以伊利石( 水云母) 为主，部分为高岭石、蒙脱 石等。含石英、长石、绿帘石、白云母等混人物有时较多【1 3 1 。对比可以看出， 三趾马红土的矿物成分与裂隙粘士也基本一致。 三趾马红土的化学成分s i 0 2 含量4 1 8 2 5 6 8 0 、a 1 2 0 3 含量2 4 8 7 3 2 6 3 、m g o 含量5 0 4 1 3 1 0 、f e 2 0 3 含量1 5 3 4 9 3 、c a o 含量0 8 3 2 2 0 、k 2 0 + n a 2 0 含量 3 稍透明 1 5 散土 1 0 2 05 1 5 8性土 5 0l o0 8 1 o 稍浑浊 l j 4 过渡 l 51 , 4 2 7较透明1 54 登土 3 8 051 8 3 2较透明1 56 t 0 2 05 3 稍透明 1 5 。 2非分 t 0 2 05 0 3 的土属分散性土； k 0 2 的土属于非分散土。 进行了16 组裂隙粘土的孔隙水可溶盐试验，试验成果详见表5 2 3 。有2 5 0 的试验样品落在a 区，1 8 8 落在b 区，其余的5 6 2 落在c 区。落在b 区者，其k 值也超过了0 3 。孔隙水可溶盐试验也基本确定了裂隙粘土具有分 散性或处于过渡状态。 表5 2 4孔隙水阳离子可溶盐试验成果表 各阳离子含量m 叽) t d sp s 数值类别 k i rn a +c m 产 ( m c g f l ) ( ) 统计钼觳1 61 61 61 61 61 61 6 平均值 1 0 6 ln 9 i5 0 36 砸2 2 6 34 8 2 93 8 l 0 3 0 7 2 0 2 1 0 -3 2 1 5 s 2 2 0 晒i 4 2 范围值 1 2 8t 5 l n 6 01 3 2 03 0 7 3研5 37 鹏 注；1 t d s 为k 、n a + ，c a z + 、m 矿之和；2 p s 为n a 百分含量 综合上述四种基本试验方法，以及前述在塑性图上裂隙粘土与典型分散性 土有较大重叠的现象，可以确定裂隙粘土具有一定的分散性，一般处于过渡状 态，个别具有较强的分散性。对于黄泛下游不同地区分布的裂隙粘土均应采用 四种基本试验方法，测定其分散性，谨防出现因分散性造成水工建筑物出现渗 透破坏、冲蚀破坏等现象。 5 3 膨胀性 裂隙粘土失水后常呈棱形土块状、碎片状，其矿物成分以次生牯土矿物伊 利石为主，且含有较高的、起控制作用的蛭石成分，具有较高的粘粒含量，这 些特征与典型的膨胀土有相似之处。这就不难理解裂隙粘土为何具有一定的胀、 缩性。后面将按照有关规定标准，确定裂隙牯土是膨胀土。 裂隙粘土的膨胀和收缩机理：裂隙粘土粘粒含量高，所含矿物吸水能力强， 山东省裂隙粘土成因及水利工程应用研究 颗粒小，比表面积大，当其含水量发生变化时，水分子与土粒相互作用，颗粒 负电场与极性水分子间的吸引作用，或由于阳离子的水化作用，体积会出现膨 胀、收缩现象。由于水分子的增加，裂隙粘土的体积增大，称为裂隙牯土的膨 胀性；由于水分子的减小或消失，裂隙粘土的体积会缩小，称为裂隙牯土的收 缩性。 通常认为膨胀土多分布在地形平缓无明显自然陡坎的二级及二级以上的阶 地、山前丘陵和盆地边缘”。裂隙粘土具有一定的膨胀性，但却分布在黄河下 游冲积平原之上。裂隙粘土在湿度变化时有较大的体积变化，变形受约束时产 生较大的内应力。随着季节性气候变化影响产生胀缩变形，会造成建筑物上下 反复升降，造成开裂破坏。资料表明，膨胀土地基上的建筑物一般建成三、五 年才出现裂缝，甚至一二十年才出现开裂，也有少数未竣工就开裂的。 采用室内试验对裂隙粘土的膨胀指标进行了测定，主要测定指标为自由膨 胀率6 小5 0 k p a 压力下的膨胀率6 。和活动度a 。自由膨胀率是以人工制备的 松散的、干燥试样，在纯水中膨胀后的体积增量与原体积之比；膨胀率是指试 样在有侧限条件下p 压力下膨胀的增量与初始高度之比值；活动度是塑性指数 与胶粒含量之比，活动度表示土的含水量变化时土的体积相应变化的程度，其 值越大变化程度越大。 。 膨胀土的判定标准：根据国家标准膨胀土地区建筑技术规范 ( g b j l l 2 - 8 7 ) 地2 3 2 条规定，结合其他行业标准，对自由膨胀率大于或等 于4 0 ，液性限度大于或等于4 0 的土，应判为膨胀土。 裂隙粘土的膨胀潜势判定标准见表5 3 1 。 表5 3 1裂隙粘土膨胀潜势判定标准 自由膨胀率k 髟胀潜势 活动度 ( )( ) 膨胀搭势 4 0 嗜| r 6 5 弱a n 7 5 不活动粘土 6 5 菹d 9 0 中 0 7 5 - a r 1 2 5正常活动牯土 i ，帅 强a o ! 2 5活动牯土 随机统计了山东境内1 8 0 组裂隙粘土的有关膨胀试验指标，结果详见表 5 3 2 。 4 7 山东省裂隙粘土成因及水利工程应用研究 表5 3 2裂隙粘土膨胀试验成果统计表 统计液性限度塑性指散牯粒含量自由膨胀率彩胀率 活动度 指标t h ( ) k ( ) ( )( )( ) 乎均值 4 8 62 5 1 1o 9 6 4 2 3 2 ，配 蓖围值 4 1 2 5 5 j 1 9 8 2 6 63 8 1 6 7 5o 5 6 1 3 3 3 6 7 醴3 o | 7 2 4 5 2 统计结果表明裂隙粘土的液性限度和自由膨胀率均超过了4 0 ，可划为膨 胀土之列。裂隙粘土一般具有弱膨胀潜势，占1 5 6 的试样具有中等膨胀潜势， 膨胀率在0 7 2 4 5 2 之间，为中等膨胀土；从活动度指标分析，裂隙粘土一般 属于正常活动粘土，占3 6 7 试样属于活动性粘土。一般说来，裂隙牯土干密 度越大，孔隙率越小，含水率越小，土就具有高或者相对较高的膨胀潜势；液 限越高，膨胀性越强。 由此认为裂隙粘土膨胀性比较复杂，由于资料比较少，经验尚不成熟，建 议对其进行室内膨胀试验时，要全面测定自由膨胀率、一定压力下的膨胀率、 收缩系数和膨胀力等指标，不宜采用单一方法，从实际出发，以是否造成工程 的损害为最直接的标准，综合考虑现场特征，积累经验，在多种测试数据的基 础上进行综合分析和综合评价。 5 4 软弱性 裂隙粘土是在泛滥洼地静水或缓慢流水环境中的沉积物，成因类型上属于 河滩沉积的河漫滩相和牛轭湖相，黄河三角洲地区沉积的裂隙粘土属于单一三 角洲相或者河漫滩与三角洲交互相。具有天然含水量高、压缩性高、承载力低、 抗剪强度低的特点。通常所指的软弱粘性土( 有的称为软土、软粘土) ，通常一 般认为是淤泥、淤泥质土等。碾压式土石坝设计规范( s l 2 7 4 - 2 0 0 1 ) 将软弱 粘性土定义为：天然含水率大，呈软塑流塑状态，具有抗剪强度低，压缩性 大，透水性小，灵敏度高的粘土给定软弱粘性土的标准是： 液性指数k o 7 5 ： 无侧限抗压强度q n 一5 0 k p a ： ， 标准贯入击数n 6 3 j 4 ； 灵敏度s 4 。 4 9 山东省裂隙牯土成因及水利工程应用研究 统计教性指教无饲限抗压强度灵敏度标准贯人 剪切渡建 指标 ( 一) k p a ) ( 一) 击散( 击)( m s ) 平均值0 8 93 7 53 9 3 69 5 0 范围值0 j 6 8 1 1 22 1 o 6 2 01 1 8 4 6 2 0 5 38 1 2 1 1 9 o 大量的工程实践资料表明，裂隙粘土具有软弱粘性土的特征。在统计的8 6 组裂隙粘土样品中，标准贯入击数n 6 3 s 4 0 击的占7 2 以上，液性指数k 0 7