PAGE第62頁(yè)共62頁(yè)緒論1.1研究目的及意義1.1.1土力學(xué)常規(guī)試驗(yàn)對(duì)土工試驗(yàn)中出現(xiàn)的試驗(yàn)問題、物理試驗(yàn)問題、力學(xué)試驗(yàn)問題進(jìn)行分析論述，旨在把影響試驗(yàn)的各種質(zhì)量隱患消除于萌芽中，方能保證測(cè)試成果的最終質(zhì)量。

土工試驗(yàn)是為巖土工程勘察工作，提供有效測(cè)試結(jié)果的手段之一，而測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確程度與否，直接影響著工程質(zhì)量和使用安全。當(dāng)然，由于土體自身存在的復(fù)雜性，在試驗(yàn)中，經(jīng)常出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象，這就需要本著實(shí)事求是的態(tài)度，將土的物理和力學(xué)性質(zhì)緊密結(jié)合起來，對(duì)可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，查找原因，采取補(bǔ)救措施。提交合理準(zhǔn)確的土工試驗(yàn)報(bào)告，這是每個(gè)土工試驗(yàn)工作者必須做到的。1.1.2分散性土分散性土是在低含鹽量水中（或純凈水中）土顆粒間離子排斥力超過吸引力，進(jìn)而導(dǎo)致土顆粒分散的粘性土。分散性土具有抗剪強(qiáng)度低、抗沖蝕能力差的性質(zhì)。因此，在雨水充足的情況下，分散性土地區(qū)水利工程能夠發(fā)生罕見的沖蝕、淋蝕及滲透破壞。典型的有美國(guó)的韋斯特壩、澳大利亞莫韋爾壩等；另外，我國(guó)黑龍江省南部引嫩工程在尚未蓄水的情況下，曾發(fā)現(xiàn)大量被雨水淋蝕的洞穴。這些工程的破壞給國(guó)家和人民帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員的密切關(guān)注。分散性土的常用鑒定方法有碎塊試驗(yàn)、針孔試驗(yàn)、雙比重計(jì)試驗(yàn)和孔隙水可溶鹽試驗(yàn)，但各種鑒定方法之間均有一定的局限性，并且適用條件仍不明晰。這樣就導(dǎo)致分散性土鑒定時(shí)幾種方法同時(shí)使用，不僅浪費(fèi)人力、物力，而且當(dāng)采用不同方法得到的鑒定結(jié)果相互矛盾時(shí)又缺乏綜合鑒定的原則。另外，關(guān)于分散性土分散機(jī)理研究方面，研究中更多關(guān)注的是蒙脫石及鈉離子在土體分散過程中的分散主導(dǎo)作用，對(duì)于其它因素（K+、Ca2+、Mg2+、土體酸堿性等）進(jìn)行系統(tǒng)研究的還較少。綜上所述，本課題的研究目的是探討分散性土不同鑒定方法的適用性，研究分散性土的分散機(jī)理及其與工程破壞形式之間的關(guān)系。對(duì)分散性土的分散機(jī)理開展深入的試驗(yàn)研究和理論探討對(duì)于分散性土地區(qū)的論文、施工以及解決工程中出現(xiàn)的問題具有重要的意義。1.2土工試驗(yàn)簡(jiǎn)介土是一種自然環(huán)境下生成的堆積物，不同地區(qū)不同位置土的性質(zhì)存在差異，有的甚至差異很大。各類建筑物的地基是土體，土石壩是由土體筑成的。土是一種材料，具有強(qiáng)度，在荷載作用下產(chǎn)生應(yīng)力變形甚至破壞。土的性質(zhì)極為復(fù)雜，遠(yuǎn)不同于常用的鋼材、木材或其他人工合成材料。土力學(xué)是研究土的物理性質(zhì)以及在荷載作用下土體內(nèi)部的應(yīng)力變形和強(qiáng)度規(guī)律，從而解決工程中土體變形和穩(wěn)定問題的一門學(xué)科。1.3分散性土的簡(jiǎn)介及性質(zhì)分散性土分布范圍廣泛，在世界各地均有發(fā)現(xiàn)，除了澳大利亞、美國(guó)等普遍發(fā)現(xiàn)有分散性土以外，在以色列、委內(nèi)瑞拉、加納、墨西哥、巴西、南非、泰國(guó)和越南等國(guó)家都已發(fā)現(xiàn)許多分散性土的沉積層。我國(guó)國(guó)內(nèi)分散性土也很普遍，僅在工程上發(fā)現(xiàn)的就有黑龍江、新疆、海南、山東、山西、青海等?。▍^(qū)）。國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)資料[1-3]表明，分散性土在塑性圖上的位置都在A線以上（見圖1.1），屬于粘性土，分布范圍從低液限土(CL)到中液限土(CI)，個(gè)別為高液限土（CH）。另外，在《土工原理與計(jì)算》[4]中，將分散性土作為一種特殊土補(bǔ)充于其中，分散性土所占的位置介于黃土與膨脹土之間，有小部分與黃土重疊。圖1.1我國(guó)特殊土在塑性圖上的分布已有研究表明，分散性土除具有抗剪強(qiáng)度低、抗?jié)B性能差的性質(zhì)外，最為明顯的一個(gè)特性就是分散性，即易被水沖蝕的性質(zhì)。分散性土遇到鹽濃度低的水，土體表面顆粒會(huì)逐漸依次脫落，成為懸液；如果遇到流動(dòng)的水，分散性土脫落的土粒會(huì)被帶走。根據(jù)國(guó)外資料[1]，當(dāng)流速大于10cm/s時(shí)就會(huì)發(fā)生沖蝕，沖蝕現(xiàn)象有時(shí)比細(xì)砂或粉土還嚴(yán)重。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院巖土所在分散性土的研究成果中也指出“以抗沖刷流速而言，各種類型的分散性土之間并無明顯差別，其原因是分散性土顆粒都處于分散狀態(tài)，被沖刷的顆粒大小基本相同，所以抗沖刷速度也基本相同?！狈稚⑿酝恋姆稚⑿再|(zhì)主要是由土體自身因素及外部環(huán)境因素決定的。大多數(shù)分散性土中含有蒙脫石成分，蒙脫石由于同晶置換的結(jié)果會(huì)在土體顆粒表面產(chǎn)生負(fù)電荷，這樣就需要吸附陽(yáng)離子來平衡電荷，吸附陽(yáng)離子的蒙脫石顆粒（鈉蒙脫）之間引力和斥力同時(shí)存在，引力通常不受鹽濃度的影響，顆粒表面的雙電層隨著水中鹽濃度的增高而受到壓縮，斥力隨水中鹽濃度的增大而顯著減小，但引力卻保持不變，在鹽濃度達(dá)到一定程度以后，斥力小于引力，鈉蒙脫土就由分散轉(zhuǎn)為不分散。然而在鹽濃度低的水中，鈉蒙脫土的斥力大于引力，使得土顆粒產(chǎn)生分散。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院巖土所在研究黑龍江省南部引嫩工程的分散性土?xí)r，將土分別泡在蒸餾水和北京的自來水中，泡在蒸餾水中的土全部變成渾濁的懸液，而泡在北京自來水中的土兩天后現(xiàn)象幾乎沒有變化，其主要原因是北京的自來水中含鹽量較高，而且主要是鈣鹽。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀上世紀(jì)60年代，在雨水等外部環(huán)境因素的作用下，分散性土地區(qū)修建的許多水利工程破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，這一現(xiàn)象受到了工程界的廣泛關(guān)注。澳大利亞率通過大量的調(diào)查研究，首次從機(jī)理上對(duì)分散性土的分散特性進(jìn)行了闡述。之后，美國(guó)在1971~1972年也開展了廣泛的調(diào)查研究，研究中提出分散性土的性質(zhì)與土的物理化學(xué)性質(zhì)及土顆粒表面的電化學(xué)性質(zhì)直接相關(guān)；并指出工程上常用的土工試驗(yàn)方法不能夠反映土的化學(xué)狀態(tài)和土顆粒表面的電化學(xué)性質(zhì)，制定出了多種簡(jiǎn)易有效的分散性土鑒別試驗(yàn)方法（碎塊試驗(yàn)、針孔試驗(yàn)、雙比重計(jì)試驗(yàn)和孔隙水可溶鹽試驗(yàn)），這些方法對(duì)于判別土體是否分散起到了至關(guān)重要的作用。我國(guó)于20世紀(jì)70年代在黑龍江省松嫩平原水利工程上也發(fā)現(xiàn)了分散性土的存在，在深入試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程問題提出了多種防治措施。綜上所述，從國(guó)內(nèi)外已有的研究成果來看主要集中于鑒別方法、分散機(jī)理以及工程處理措施三個(gè)方面。1.3.1分散性土鑒別方法研究分散性土的鑒別，通常是通過野外鑒別和室內(nèi)試驗(yàn)兩方面來進(jìn)行的。通過野外調(diào)查來鑒別分散性土具有重要作用。在美國(guó)舉行的“分散性土管涌及沖蝕”專題討論會(huì)上，專家一致認(rèn)為鑒別分散性土應(yīng)當(dāng)從野外調(diào)查開始，通過分散性土地區(qū)土體的表觀現(xiàn)象作出初步判別。大量的野外調(diào)查研究表明，降雨過后，分散性土地區(qū)路旁的水溝、水坑和河道里的水都是渾濁的，水坑里的水很久都不會(huì)澄清；水坑干涸以后坑底會(huì)留下很細(xì)的粘粒沉積，干燥后呈現(xiàn)龜裂；有坡度的地方會(huì)出現(xiàn)沖溝、孔洞等異常沖蝕形成的表面跡象。澳大利亞在野外查勘識(shí)別分散性土?xí)r也總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)：“池塘中水如呈藍(lán)色，四周土即為非分散性土；如呈黃色或者咖啡色，即為膠體溶液，四周土被認(rèn)為是分散性土；若池塘邊坡上沖溝很多，土也可能具有分散性?！蔽覈?guó)學(xué)者王觀平結(jié)合黑龍江省南部引嫩工程中觀察到的一些分散性土的現(xiàn)場(chǎng)特征也做了一些總結(jié)：（1）分散性土地區(qū)的集水溝，原本十分整齊的邊坡棱角線遭到破壞，出現(xiàn)了大小不同的豁口。（2）降雨過后，分散性土地區(qū)的壩坡出現(xiàn)孔洞和深沖溝。（3）雨水從壩頂?shù)母煽s裂縫、凍縮裂縫和施工各工段接頭等薄弱環(huán)節(jié)處滲入壩體，在壩腳出口處流出物中，較近處為粉粒，較遠(yuǎn)處為粘粒。（4）一些草皮護(hù)坡坡面，草長(zhǎng)得很茂盛，但雨后仍會(huì)出現(xiàn)一些孔洞，且孔洞直徑一般大于10cm。以上是分散性土地區(qū)野外鑒別時(shí)常見表觀現(xiàn)象的總結(jié)。但是沒有出現(xiàn)上述的表觀象并不能夠保證土體就是非分散的，還需要結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)做進(jìn)一步的判別。早期澳大利亞在分散性土的研究中曾將可交換鈉離子百分比作為鑒別分散性土的一種方法，并給出了相關(guān)的判別標(biāo)準(zhǔn)，這種方法曾是農(nóng)業(yè)土壤的一種常規(guī)試驗(yàn)方法。20世紀(jì)70年代，在分散性土的大量研究中，美國(guó)提出了至今國(guó)內(nèi)外一直借鑒與沿用的分散性土鑒別試驗(yàn)方法，主要有碎塊試驗(yàn)[5]、針孔試驗(yàn)[6]、雙比重計(jì)試驗(yàn)[7]和孔隙水可溶鹽試驗(yàn)[1]、交換性鈉百分比試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)圓筒試驗(yàn)、ζ-電位法等。其中碎塊試驗(yàn)[5]、針孔試驗(yàn)[6]、雙比重計(jì)試驗(yàn)[7]和孔隙水可溶鹽試驗(yàn)[1]是最為常用的方法。以上這些方法都有給定的判別標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)一些學(xué)者在國(guó)外研究的基礎(chǔ)上對(duì)其中的試驗(yàn)方法（主要是針孔試驗(yàn)）結(jié)合工程實(shí)際也提出了自己的見解。秦曰章[8-9]（1981、1984）提出將針孔試驗(yàn)的原4級(jí)水頭改為9級(jí)水頭，認(rèn)為土的分散性與土的物理指標(biāo)有著明顯的關(guān)系，并提出用鈉量比判別土的分散性。1989年，吳中偉[10]提出用高分子材料護(hù)面改進(jìn)針孔試驗(yàn)方法以判別低凝聚性土（這種土易于出現(xiàn)類似分散土的分散性現(xiàn)象）。樊恒輝[11-13]（2001，2003，2005）提出試驗(yàn)用水對(duì)針孔試驗(yàn)結(jié)果有一定的影響，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在實(shí)驗(yàn)室模擬工程實(shí)際情況來研究土料的分散性；研究結(jié)果表明，土樣沖蝕用水對(duì)土樣的分散性將產(chǎn)生顯著影響，而制樣用水則影響較少，并對(duì)分散性土專用改性劑作了一定的研究工作。2003年，楊昭[14]研究了氯鹽漬土、硫酸鹽漬土對(duì)針孔試驗(yàn)的影響，認(rèn)為前者因其膠結(jié)作用，孔徑和流量變化不大，但是后者由于膨脹作用，孔徑和流量減小。2008年，魏迎奇[15]通過資料的分析，探討了目前常用的試驗(yàn)方法的局限性，并提出了提高針孔試驗(yàn)方法的一些建議措施。1.3.2分散性土分散機(jī)理的研究對(duì)于土體的分散機(jī)理研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要是研究土體分散性的影響因素。目前對(duì)土體分散性的影響因素主要集中在土體中的鈉離子和蒙脫土兩方面。蒙脫土的礦物晶格是由兩片SiO2內(nèi)夾一片Al2O3所組成2：1的三層定向排列組構(gòu)，晶格間以O(shè)2-基相連接。因此，晶格層間結(jié)合力極弱，有很大的活動(dòng)性，水分子可自由進(jìn)入層間。另外，鈉離子的存在，使土顆粒表面擴(kuò)散雙電層厚度增大，顆粒間斥力大于引力，最終導(dǎo)致土顆粒分散。對(duì)于土體分散的具體影響因素，各國(guó)學(xué)者都提出了自已的研究成果。美國(guó)研究學(xué)者認(rèn)為，土體的分散主要是由于土體中鈉離子導(dǎo)致的；澳大利亞學(xué)者英格爾斯、艾奇遜等則認(rèn)為，導(dǎo)致土體分散的原因不是鈉離子而是與可交換鈉離子有關(guān)；以色列關(guān)于分散性土機(jī)理方面的研究，觀點(diǎn)與澳大利亞學(xué)者基本一致。然而，謝拉德認(rèn)為土體的分散機(jī)理不只是由一種因素決定的，而是與土顆粒表面的電化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。我國(guó)學(xué)者對(duì)于土的分散性機(jī)理也進(jìn)行了一些研究。研究結(jié)果表明，分散性土的分散，主要是由土中鈉離子與蒙脫石相結(jié)合生成鈉蒙脫石的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)造成的。鈉蒙脫石具有高度分散性，在水中無需經(jīng)過任何處理就會(huì)很容易地分散成極薄的片，幾乎可以接近一個(gè)或幾個(gè)晶胞的厚度。例如，黑龍江省南部引嫩工程是我國(guó)分散性土比較典型的地區(qū)，在對(duì)其機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)，土體中蒙脫石礦物成分含量為37%~43%，平均為40.5%，礦物成分以蒙脫石為主；且大量試驗(yàn)結(jié)果表明，90%以上的試樣，分散性土孔隙水中鈉離子含量在80%以上；約70%的試樣，鈉離子含量在90%以上。例如，武漢地質(zhì)學(xué)院的試驗(yàn)結(jié)果是鈉離子含量在97%~99%，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所對(duì)南部引嫩工程17號(hào)壩土樣的試驗(yàn)結(jié)果是鈉離飽和土[1]。另外，研究發(fā)現(xiàn)分散性土礦物成分不全是以蒙脫土為主，也有以伊利土為主或伊利土加蒙脫土為主，如棘洪灘水庫(kù)高塑性土和黑龍江南部引嫩工程分散性土。就微觀結(jié)構(gòu)來說，伊利土與蒙脫土一樣，也是2：1三層定向排列組構(gòu)，通常伊利土層間結(jié)合不是O2-基，而是K+基。K+連接在晶格中間，雖然連接力比蒙脫土較為牢固，但伊利土是不穩(wěn)定的中間過渡產(chǎn)物，它可以通過晶層間的擴(kuò)散或晶格破裂而釋放出K+，如土體長(zhǎng)期遭淋溶或耕作都能釋放出鉀。如果伊利土全部脫鉀，其性質(zhì)與蒙脫土一樣，部分脫鉀就部分具有蒙脫土性質(zhì)。關(guān)于分散性土的其它影響因素，國(guó)內(nèi)學(xué)者劉杰認(rèn)為高pH值的堿性介質(zhì)環(huán)境會(huì)對(duì)分散性土的分散產(chǎn)生促進(jìn)作用。王觀平認(rèn)為Ca2+和Mg2+會(huì)抑制土體的分散。1.3.3分散性土工程處理措施研究分散性土修建的水利工程一旦發(fā)生破壞，就會(huì)給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳柏?cái)產(chǎn)安全帶來巨大威脅。如何防范災(zāi)難發(fā)生，國(guó)內(nèi)外工程人士對(duì)其工程處理措施作了積極的探索，結(jié)合分散性土的分散機(jī)理，從防止分散性土破壞的內(nèi)外因角度提出了各種有效的方法。水利工程中對(duì)于分散性土的工程處理措施通常有以下四種。第一，工程隔離措施。采用防滲土工膜、塑料、橡皮制品等隔水材料，也可以用非分散性土將大壩進(jìn)行包裹。第二，水質(zhì)改造。將低溶鹽庫(kù)水改造成高溶鹽庫(kù)水，以此來確保大壩安全。如澳大利亞墨爾本城建局在維多利亞洲卡迪尼亞河修建的大型新的城市供水水庫(kù)，就是用分散性土筑成的壩。另外，美國(guó)一些工程也曾采用類似的方法對(duì)分散性土進(jìn)行處理。第三，土質(zhì)改良。主要是向土中摻加石灰（消石灰Ca（OH）2或生石灰CaO）或摻加硫酸鋁（Al2（SO4）3）等化學(xué)藥品。美國(guó)俄克拉何馬州和密西西比州通過在分散性土中摻加石灰，把分散性土改造成非分散性土，并經(jīng)過8年的運(yùn)用，證明是成功的。此外，工程處理措施還有反濾措施。主要是在壩后設(shè)置砂反濾層來阻止壩體的集中滲流破壞。1.4土工試驗(yàn)中在的問題1土工試驗(yàn)的問題

解決土工問題的一般步驟是：論文單位提出比較原則的要求，論文人員接受土工任務(wù)后，向勘探和試驗(yàn)單位下達(dá)勘探取樣和試驗(yàn)任務(wù)。鉆探取樣人員往往按照勘測(cè)規(guī)范的一般要求進(jìn)行勘探和取樣，然后把了解到的情況寫成報(bào)告連同土樣送交試驗(yàn)室。試驗(yàn)人員則按照《試驗(yàn)規(guī)程》來完成試驗(yàn)任務(wù)的，而論文和試驗(yàn)人員很少與勘探人員一起參加部分野外鑒別工作，試驗(yàn)計(jì)劃也不是三方共同制訂，這樣就會(huì)出現(xiàn)一些問題，勘探人員對(duì)土層的變化了解的多，但由于對(duì)工程情況知道得不多，因此，容易忽略其中很薄的、但對(duì)該工程卻頗為重要的土層。在試驗(yàn)過程中，論文人員不是經(jīng)常到試驗(yàn)室去了解試驗(yàn)方法是否與所采用的論文計(jì)算方法相協(xié)調(diào)或試驗(yàn)細(xì)節(jié)是否需要改造，他們主要從勘探報(bào)告中了解地層情況，從試驗(yàn)報(bào)告中選擇土性指標(biāo)作為論文依據(jù)建立在這樣基礎(chǔ)上的論文，難免出差錯(cuò)。巖土自身的不均勻性，取樣、運(yùn)輸過程中的擾動(dòng)以及試驗(yàn)儀器和操作方法的差異及試驗(yàn)人員的素質(zhì)不同，使得土工試驗(yàn)中測(cè)試的結(jié)果存在這樣那樣的問題，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真，在一定程度上影響工程論文的準(zhǔn)確性。不論是哪個(gè)工程，碰到的土都可能有特殊性質(zhì)，或可能要求進(jìn)行特種試驗(yàn)，而勘探取樣、試驗(yàn)項(xiàng)目和方法都基本相同，試驗(yàn)重點(diǎn)也不太明確。因此，在某一項(xiàng)工程的土工試驗(yàn)之前，應(yīng)制訂好試驗(yàn)規(guī)劃，決定哪一些土是主要研究對(duì)象，需要測(cè)定哪些性質(zhì)指標(biāo)，采用哪幾種試驗(yàn)才能測(cè)得這些指標(biāo)，選擇哪種試驗(yàn)方法最能反映實(shí)際情況，至少應(yīng)進(jìn)行多少數(shù)量的試驗(yàn)，在必要時(shí)甚至可推薦《試驗(yàn)規(guī)程》中尚未規(guī)定的，但更適合該工程的新試驗(yàn)項(xiàng)目，其目的是使試驗(yàn)成果既具有要求的精度，又與論文計(jì)算方法相配合，試驗(yàn)計(jì)劃制訂得切合實(shí)際，不但能大大提高試驗(yàn)成果的質(zhì)量，而且可省掉許多不必要的試驗(yàn)工作量。

2土的物理試驗(yàn)問題

2．1在土的物理試驗(yàn)中，比重、密度、含水量是三個(gè)最基本的實(shí)測(cè)指標(biāo)，用它們可以換算土的干密度、孔隙比、孔隙度、飽和度等指標(biāo)。它們的變化，不僅影響其它指標(biāo)的變化，而且將使土的一系列力學(xué)性質(zhì)隨之而異。因此，準(zhǔn)確測(cè)定這三項(xiàng)指標(biāo)，有著重要的意義。在這三個(gè)基本指標(biāo)中，比重是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，它決定于土的礦物成分，一般砂土為2.6~2.69，粉土2.70~2.71，粉質(zhì)粘土為2.72~2.73，粘土為2.74~2.76，同一地區(qū)同一類型的比重基本相同。值得注意的是當(dāng)土中含有有機(jī)質(zhì)時(shí)，土的比重可降到2.4以下，此時(shí)應(yīng)改用中性液體測(cè)定，如煤油、汽油甲苯和二甲苯，并采用抽氣法排氣。含水量是最不穩(wěn)定的，不同的土有不同的含水量，而且由于各種因素，如土層的不均勻，取樣不標(biāo)準(zhǔn)，取土器和筒壁的擠壓，土樣在運(yùn)輸和存放期間保護(hù)不當(dāng)?shù)鹊龋紩?huì)影響成果的準(zhǔn)確度。在這些影響因素中，有的屬于土樣客觀存在，有的屬于人為造成。無論屬于哪種，都需要試驗(yàn)人員結(jié)合實(shí)際情況，克服不利因素，準(zhǔn)確測(cè)出這一指標(biāo)。土的密度指標(biāo)，雖然也是一個(gè)變化值，不同的土樣密度值不同，但對(duì)于某一個(gè)土樣來說，它的值比較穩(wěn)定和易于準(zhǔn)確測(cè)定。要注意在開土過程中，減少人為因素，保證這項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

2．2土的液限與塑限。液限、塑限分別是細(xì)粒土處于可塑狀態(tài)的上限和下限含水量。對(duì)于工程來說，土的液限、塑限有著比較重要的實(shí)用意義，用它可計(jì)算塑性指數(shù)和液性指數(shù)，評(píng)價(jià)細(xì)粒土地基的容許承載力，并可按塑性指數(shù)或塑性圖進(jìn)行土質(zhì)分類。而當(dāng)前對(duì)土的液限、塑限的測(cè)定，存在不少問題。如：測(cè)定土的液限、塑限時(shí)如何選取標(biāo)準(zhǔn)樣的問題，規(guī)程上大多規(guī)定土要過0.5mm的篩孔，才能進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)際操作中，有一些土用眼睛觀察含有較多砂粒，一旦過0.5mm篩后做試驗(yàn)，測(cè)出的土塑性指數(shù)可能很大，不能反映土的實(shí)際情況。因此，對(duì)于這種土最好能采用篩分法確定砂粒含量，如果砂粒含量已達(dá)到確定該土為砂土的標(biāo)準(zhǔn)，那么就不必再做液、塑限試驗(yàn)，反之則可進(jìn)行相應(yīng)的液、塑限試驗(yàn)來確定土的名稱。再比如，對(duì)于塑性指數(shù)小于10的土，以前叫做輕亞粘土、砂土等，而新規(guī)程統(tǒng)稱粉土。這種土存在是否會(huì)產(chǎn)生液化的問題，就需要根據(jù)工程要求，進(jìn)行相關(guān)的粘粒含量測(cè)定。

2．3土的物性指標(biāo)之間的對(duì)比分析。土的物理指標(biāo)間是相互關(guān)聯(lián)的，因此，當(dāng)測(cè)出這些指標(biāo)以后，可將其放到一起，進(jìn)行綜合的分析，對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行判別。比如，在有些成果中，會(huì)出現(xiàn)飽和度超過100%的現(xiàn)象，這就說明，在某些試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，存在誤差或者錯(cuò)誤，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)要重做試驗(yàn)。再如本來在開土的時(shí)候描述土是處在堅(jiān)硬狀態(tài)，而測(cè)試結(jié)果卻是土處在流塑狀態(tài)，液性指數(shù)>1，這種情況，就要對(duì)含水量、液限、塑限的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。通過一系列對(duì)物性指標(biāo)間關(guān)系的統(tǒng)一分析，可使試驗(yàn)成果的精度進(jìn)一步提高，為工程建設(shè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

3土的力學(xué)試驗(yàn)問題

土的力學(xué)試驗(yàn)主要有固結(jié)試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。其測(cè)定的力學(xué)性指標(biāo)如粘聚力、內(nèi)摩擦角、壓縮模量和滲透系數(shù)等等，用于計(jì)算土體強(qiáng)度、變形、滲透及穩(wěn)定性，是地基基礎(chǔ)論文、深基坑邊坡支護(hù)等論文中很重要的參數(shù)值，直接影響論文的可靠、合理及工程的安全和造價(jià)。

3．1土的固結(jié)試驗(yàn)是測(cè)定土體在壓力作用下產(chǎn)生變形的過程。首先要抓好土樣的取樣、驗(yàn)收和管理工作，注意觀察試樣是否擾動(dòng)。在試驗(yàn)過程中，要嚴(yán)格按國(guó)標(biāo)進(jìn)行操作，消除各種不利因素。一旦出現(xiàn)問題要及時(shí)解決。如果在開土記錄中寫到土質(zhì)均勻，測(cè)出的含水量較低，液性指數(shù)<0.25為硬塑土，而測(cè)出的壓縮系數(shù)卻偏大，壓縮模量偏小。這說明試驗(yàn)操作中有錯(cuò)誤或誤差，要及時(shí)查找原因，包括讀數(shù)記錄及儀器設(shè)備方面等原因。如果查不出原因，應(yīng)通知野外技術(shù)人員進(jìn)行補(bǔ)樣。

3．2土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)是測(cè)定土體在外力作用下抵抗剪切破壞的極限能力。土的抗剪強(qiáng)度是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一，粘聚力和內(nèi)摩擦角是土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)?？辜魪?qiáng)度的試驗(yàn)方法主要有直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓試驗(yàn)。室內(nèi)抗剪試驗(yàn)測(cè)出c值有時(shí)出現(xiàn)異常情況，如c為負(fù)值，主要原因在于取標(biāo)準(zhǔn)樣時(shí)，所取試樣的性質(zhì)相差太大所致，故開樣時(shí)盡量取同一種性質(zhì)的土進(jìn)行試驗(yàn)。另外，應(yīng)減少土樣在采取、運(yùn)輸、保管及安裝儀器等各環(huán)節(jié)中的擾動(dòng)。

3．3土的固結(jié)試驗(yàn)成果和抗剪強(qiáng)度之間也有著一定的關(guān)系。一般情況下，土的壓縮性越高，壓縮模量越低，而它的快剪強(qiáng)度則越小。利用這種關(guān)系可以直接判斷壓縮結(jié)果和抗剪結(jié)果是否準(zhǔn)確。如要求做固結(jié)快剪，這種結(jié)果可能就不成立，需按實(shí)際測(cè)出的強(qiáng)度情況判斷。

1.5土的分散性研究中存在的不足各種鑒別試驗(yàn)方法對(duì)于土體是否分散的判定及分散性土分散機(jī)理的理論研究都取得了比較豐富的研究成果。但是分散性土的發(fā)現(xiàn)是在20世紀(jì)60年代，且分散性土體本身的物理力學(xué)性質(zhì)與一般土體有很大的不同。因此，土的分散性研究，目前仍然處于起步階段，本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)以下方面還有待進(jìn)一步研究和探討。（1）分散性土常用鑒別方法的適用條件還不十分清楚。目前國(guó)內(nèi)外常用的鑒別分散性土的試驗(yàn)方法有碎塊試驗(yàn)、針孔試驗(yàn)、雙比重計(jì)試驗(yàn)和孔隙水可溶鹽試驗(yàn)。各種鑒別試驗(yàn)方法從不同角度都有自己的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，就單一試驗(yàn)方法而言，用于鑒別土體是否分散都是可行的。但在實(shí)際鑒別試驗(yàn)過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種試驗(yàn)方法鑒別結(jié)論不一致，最終綜合鑒別結(jié)論很難確定，或確定缺乏原則。因此，很有必要對(duì)各種鑒別試驗(yàn)方法的適用條件做進(jìn)一步的探討。（2）分散性土分散機(jī)理研究考慮的影響因素不夠全面，研究手段還有待豐富。目前分散性土分散機(jī)理的研究主要考慮的是土體本身礦物成分（蒙脫石）和陽(yáng)離子（鈉離子）的影響，對(duì)于其它影響因素研究的還較少。另外，對(duì)影響因素的研究通常都是采用地區(qū)分散性土進(jìn)行的。由于各種影響因素相互摻合在一起，單一因素對(duì)分散性的影響很難通過地區(qū)分散性土來獲取。因此，采取其它研究手段研究單一因素對(duì)土體的分散作用是必要的。1.6技術(shù)路線本課題的技術(shù)路線圖如下：環(huán)境水土樣環(huán)境水土樣及水樣取樣基本性質(zhì)試驗(yàn)鑒別試驗(yàn)結(jié)論與建議沖蝕破壞試驗(yàn)分散機(jī)理物理化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)化學(xué)分析試驗(yàn)雙比重計(jì)試驗(yàn)針孔試驗(yàn)碎塊試驗(yàn)孔隙水可溶鹽試驗(yàn)針孔沖蝕試驗(yàn)粘粒含量礦物分析試驗(yàn)礦物成分PH值陽(yáng)離子土樣的各性質(zhì)指標(biāo)及與典型分散性土各指標(biāo)對(duì)比分析土樣的綜合鑒定結(jié)果及鑒別試驗(yàn)方法的適用性分析土體分散的各影響因素分析常見破壞形式及工程處理措施總結(jié)圖1.1土樣分散性研究技術(shù)路線圖2土樣的基本性質(zhì)試驗(yàn)通過土工試驗(yàn)得到地區(qū)天然土樣的基本物理化學(xué)及礦物成分指標(biāo)，將其與已有研究成果中分散性土的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，從而對(duì)地區(qū)天然土樣的分散性情況做出初步判定；同時(shí)，地區(qū)天然土樣的基本性質(zhì)試驗(yàn)也為最終土樣鑒定結(jié)果及分散機(jī)理研究提供了可靠依據(jù)。2.1土樣的基本物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)（1）土樣的基本物理性質(zhì)土樣的基本物理指標(biāo)是土樣分散性研究的基礎(chǔ)，且為后面土樣的分散機(jī)理研究提供了必要的支撐。本次試驗(yàn)所選用的土樣為黑龍江、新疆等水利工程地區(qū)的土樣。土樣編號(hào)、取土位置及說明如表2-1所示。表2-1土樣外觀描述土樣編號(hào)土樣位置土樣描述T1東北表觀呈黑色，無明顯雜質(zhì)，草根T2新疆西郊水庫(kù)附近表觀呈淺黃色，無明顯雜質(zhì)草根T3新疆某地區(qū)磚廠附近呈灰褐色，無明顯雜質(zhì)、草根表2-2給出了土樣的基本物理性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果。表2-2地區(qū)土樣基本物理性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果土樣編號(hào)比重(Gs)顆粒組成（%）液限wL(%)塑限wP(%)塑性指數(shù)(IP)最優(yōu)含水率(%)最大干密度(g/cm3)自由膨脹率(%)>0.075mm0.075~0.005mm<0.005mmT12.710.770.828.542.320.521.818.61.6445T22.7913.741.744.637.819.018.816.91.725T32.757.344.648.141.519.721.818.81.6720從表2-2中可以看出三種土樣的粘粒含量在28.5%~48.1%之間。各土樣的顆粒分析曲線如圖2.1所示，從土的液限和塑性指數(shù)來看，屬于低液限土，其中T1土樣的自由膨脹率為45%，大于40%，具有弱膨脹性。而T2和T3土樣的自由膨脹率較小，土樣膨脹率較弱。圖2.1各土樣的顆粒級(jí)配曲線國(guó)內(nèi)外一些水利工程中分散土的物理性質(zhì)指標(biāo)如表2-3所示。表2-3國(guó)內(nèi)外水利工程分散性土物理性質(zhì)匯總工程名稱比重(Gs)粘粒含量(%)(<0.005mm)液限wL(%)塑限wP(%)塑性指數(shù)(IP)最優(yōu)含水率(%)最大干密度(g/cm3)黑龍江南部引嫩工程2.67~2.7115.0~46.520~4216~247~20——風(fēng)城北高水庫(kù)—14.5~4322.7~38.913.3~18.28.9~17——某圍涂工程和水庫(kù)2.67~2.7328.2~60.428.7~45.713.7~22.18.2~23.9——非洲巴爾德拉工程2.69~2.7119~3824~37—8~19——山東棘洪灘工程2.7742.5~5743~45.82617~19.8——新疆東大龍口2.75~2.7615~1824~25—8~10——黑龍江安照新河2.69~2.7219~2624~28—10~13——某大壩2.70~2.7215.8~25.024~26.514.2~16.38~12——非洲索馬里某經(jīng)援工程—24~5221.1~55.214.2~326.9~25.6——海南嶺落水庫(kù)—15.5~35.521.5~38.011.7~18.08.1~20.3——青島官路水庫(kù)—22~32—————青海斑多水庫(kù)—10~2528.4~29.615.4~17.612~1313.5~15.51.72~1.81新疆某工程—14.5~28.5——9.2~11.7——陜西黑河引水金盆工程—24.0~27.538.5~4121.5~24.416.6~17.0——浙江天子崗工程2.67~2.7328.2~60.422.4~37.213.7~20.57.2~16.8——寧夏馬家樹水庫(kù)—16~1925~26.714.6~16.410.2~11.8——寧夏南坪水庫(kù)2.7120~33.828.5~3015.2~17.512.5~13.313.2~13.51.85~1.89青海寧木特水庫(kù)2.7~2.7212~1824.3~29.412.8~16.18.7~16.6——山西上馬水庫(kù)2.72~2.7521.5~52.826.3~50.316.0~25.210.3~25.1——寧夏文家溝水庫(kù)2.71~2.7216~21.526.5~28.212.6~13.813.6`14.213.8~15.01.75~1.78表2-3中數(shù)據(jù)表明，具有分散性土的比重在2.67~2.76之間，粘粒含量為10%~60.4%。從界限含水率來看，液限含水率為20%~55.2%，塑限含水率為11.7%~32%，塑性指數(shù)為6.9~25.6，其中粘粒含量和塑性指數(shù)區(qū)間跨度范圍較大。將T1、T2、T3三種土樣的物理性質(zhì)指標(biāo)與已有文獻(xiàn)中匯總的物理性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，如表2-4所示。表2-4三種試驗(yàn)土樣物理性質(zhì)指標(biāo)與已有文獻(xiàn)中匯總物理性質(zhì)指標(biāo)對(duì)比名稱比重粘粒含量(<0.005mm)液限wL(%)塑限wP(%)塑性指數(shù)(IP)最優(yōu)含水率(%)最大干密度(g/cm3)自由膨脹率(%)文獻(xiàn)匯總數(shù)據(jù)2.67~2.7610%~60.4%20%~55.2%11.7%~32%6.9~25.6———T12.7128.542.320.521.818.61.6445T22.7944.637.819.018.816.91.725T32.7548.141.519.721.818.81.6720從表2-4中可知，三種土樣各物理性質(zhì)指標(biāo)中的粘粒含量、界限含水率、塑性指數(shù)均在文獻(xiàn)匯總的分散性土各指標(biāo)范圍內(nèi)。三種土樣中T2土樣的自由膨脹率與T1和T3土樣有明顯差別，其它各項(xiàng)指標(biāo)相差不大，僅從物理性質(zhì)指標(biāo)看，可初步判斷T2土樣與T1、T3土樣的分散性會(huì)有所不同。（2）土樣的化學(xué)性質(zhì)土樣的化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)包括易溶鹽總量及各離子含量、中溶鹽、難溶鹽、有機(jī)質(zhì)和PH值等。已有研究表明，土樣的化學(xué)性質(zhì)與其分散性密切相關(guān)，其中Na+對(duì)于土樣分散性的促進(jìn)作用以及Ca2+、Mg2+對(duì)于土樣分散性的抑制作用，已有定性的認(rèn)識(shí)。表2-5給出了土樣的化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果。表2-5地區(qū)土樣化學(xué)分析結(jié)果土樣編號(hào)各化學(xué)成分含量（g/kg）pH易溶鹽含量（g/kg）CO32-HCO3-Cl-SO42-Ca2+Mg2+Na+K+中溶鹽難溶鹽有機(jī)質(zhì)T10.300.150.0230.0430.0340.010.0520——13.97.25T226.700.2684.3834.3652.3480.2339.6840.029——4.78.60T327.400.29310.5952.8711.4581.4499.8440.072——5.78.58從表2-5可以看出，T1土樣陽(yáng)離子中Na+的含量最大，Ca2+、Mg2+離子含量次之，但是Ca2+、Mg2+離子的總含量與Na+含量進(jìn)行比較，兩者相差不大，而K+的含量為零；有機(jī)質(zhì)作為土中膠結(jié)物之一，三者相比較而言，T1土樣中有機(jī)質(zhì)含量最大；從土的酸堿程度上看，T1土樣屬于堿性偏弱的土。T2、T3土樣中Na+的含量要明顯偏高，T2土樣中Na+、K+的總含量與Ca2+、Mg2+離子比值在三種土樣中最高，T2土樣的PH值較大，屬于強(qiáng)堿性土，有機(jī)質(zhì)的含量是三種土樣中最低的。國(guó)內(nèi)外水利工程中分散性土的化學(xué)性質(zhì)匯總?cè)绫?-6所示。表2-6國(guó)內(nèi)外水利工程地區(qū)分散性土化學(xué)性質(zhì)匯總表工程名稱易溶鹽含量（g/kg）Ca2+（g/kg）Mg2+（g/kg）Na+（g/kg）K+（g/kg）中溶鹽（g/kg）難溶鹽（g/kg）有機(jī)質(zhì)（g/kg）PH值非洲巴爾德拉工程————————9.36~10.34山東棘洪灘工程————————8.56~9.17某工程5.5~12.40.474~3.0040.109~0.1410.075~1.8730.071~0.0941.68~30.25116.2~130.48.9~12.28.23~8.44新疆東大龍口工程————————8.55~8.72黑龍江安照新河————————8.61~9.81東北南部引嫩工程1.06~3.420.021~0.0330.01~0.030.367~1.4390.003~0.146———9.39~10.09青海斑多水庫(kù)1.786~2.0560.032~0.0440.02~0.0440.532~0.5560.017~0.0270.83~1.67165.86~169.651.95~2.819.17~9.46陜西黑河引水金盆工程0.1——————3.6~6.78.08~8.23寧夏馬家樹水庫(kù)0.55~1.490.02~0.070.01~0.050.13~0.280~0.040.2~1.998.5~112.92~3.59.09~9.62寧夏南坪水庫(kù)3.03~8.460.148~0.2620.013~0.2490.156~2.3290.007~0.0141.5~6.6—1.9~3.18.51~9.28青海寧木特0.234～0.440.044～0.0730.009～0.0310.005～0.0140.002～0.0050.5～0.66103.23～148.792.25～4.028.66～9.07山西上馬水庫(kù)0.59～0.9—————1.8～21.75.6～10.57.2～7.8寧夏文家溝水庫(kù)0.655～2.6710.012～0.0280.005～0.0320.258～0.8180～0.0040.54～0.751.83～2.19.06~9.26表2-6中給出的易溶鹽的含量范圍為0.1g/kg~12.4g/kg，可見分散性土中既可能為非鹽漬土，也有可能為鹽漬土；對(duì)于土的分散性起到一定抑制作用的Ca2+、Mg2+離子的含量分別在0.012g/k~3.004g/kg和0.005g/k~0.249g/kg之間，起到分散促進(jìn)作用的Na+含量在0.005g/k~2.329g/kg之間；K+含量在0~0.146gT1、T2、T3三種土樣的各化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)與相關(guān)工程中分散性土的指標(biāo)對(duì)比情況如表2-7所示。表2-7三種土樣化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)與相關(guān)工程分散性土相應(yīng)指標(biāo)的對(duì)比名稱Ca2+（g/kg）Mg2+（g/kg）Na+（g/kg）K+（g/kg）有機(jī)質(zhì)（g/kg）PH文獻(xiàn)匯總值0.012~3.0040.005~0.2490.005~2.3290~0.1461.83~12.27.2~10.34T10.0340.010.052013.97.25T22.3480.2339.6840.0294.78.60T31.4581.4499.8440.0725.78.58由表2-7可知，T1土樣中各陽(yáng)離子（Ca2+、Mg2+、Na+、K+）的含量均在文獻(xiàn)匯總值范圍以內(nèi)，有機(jī)質(zhì)的含量略高于匯總值的上限值，PH值基本與匯總下限值相當(dāng)；T2、T3土樣中Na+離子含量要遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)匯總數(shù)據(jù)中的最大值，同時(shí)T3土樣中Mg2+含量也較高。因此，從化學(xué)性質(zhì)上看，T2土樣的分散程度與T1和T3土樣相比要大一些。2.2土樣的礦物成分一些典型礦物類型，比如蒙脫石類、伊利石類、高嶺石類等是土體中物理化學(xué)性質(zhì)活躍的物質(zhì)，對(duì)于土的工程性質(zhì)有著顯著的影響[1]；同樣，土樣中的礦物成分也是影響土體分散的重要因素。因此，分析土樣的各礦物成分，有助于從微觀角度研究土體分散性的內(nèi)在因素。土樣的礦物成分試驗(yàn)主要包括土樣中粘土礦物及非粘土礦物的類型和含量。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見表2-8。表2-8地區(qū)取土礦物成分分析結(jié)果土樣編號(hào)各種成分在全土中含量/%蒙脫石伊利石高嶺石綠泥石石英與其它非粘土礦物含量T14120480T2215171650T3218211940表中數(shù)據(jù)表明，三種土樣粘土礦物成分中伊利石的含量占據(jù)主導(dǎo)地位，分別占全土的12%、15%、18%。在非粘土礦物中主要以石英和長(zhǎng)石為主，T1、T2、T3土樣中蒙脫石和伊利石的總含量基本一致。表2-9給出了國(guó)內(nèi)水利工程分散性土礦物成分匯總表。表2-9國(guó)內(nèi)水利工程分散性土礦物成分匯總工程名稱蒙脫石（％）伊利石（％）高嶺石（％）綠泥石（％）東北南部引嫩工程4～38.03～55.717.0～28.6—山東棘洪灘2.72～4.8443.75～57.3815.26～29.0211.39~25.41青海斑多水庫(kù)—14.6～14.82.1～2.53.1～3.2陜西黑河引水金盆工程6.8～10.45.7～5.80.5～0.70浙江天子崗水庫(kù)06.5～16.50～5.60～3.4寧夏馬家樹水庫(kù)2.2～2.814.8～18.32.4～3.14.3～5.0寧夏南坪水庫(kù)0.4～5.618.1～20.11.5～3.92.7～7.5青海寧木特4.3～5.712.4～15.01.5～2.32.8～3.6山西上馬水庫(kù)0.91～3.547.35～20.060.98～4.43—寧夏文家溝水庫(kù)7.0～9.511.2～13.32.2～2.63.4～3.9某圍涂工程和水庫(kù)06.5～27.00～5.60～14.9某水利工程11.4~3.52.4~3.40.3~0.60.3~0.8某水利工程2013.9～14.62.0～2.94.3～4.9某水利工程34.3～5.712.4～15.01.5～2.32.8～3.6表2-9表明，分散性土中典型的礦物成分蒙脫石，并非在各個(gè)水利工程中都是高含量，從數(shù)據(jù)上看，在蒙脫石含量很低的情況下，通常粘土礦物伊利石的含量較高。如山東棘洪灘工程，蒙脫石含量?jī)H為2.72%~4.84%，但是伊利石含量卻高達(dá)43.75%~57.38%。三種土樣各粘土礦物成分與國(guó)內(nèi)相關(guān)工程分散性土粘土礦物成分對(duì)比如表2-10所示。表2-10三種試驗(yàn)土樣各粘土礦物成分與國(guó)內(nèi)相關(guān)工程分散性土粘土礦物成分的對(duì)比名稱蒙脫石(%)伊利石(%)高嶺石(%)綠泥石(%)文獻(xiàn)匯總數(shù)據(jù)0~383~57.380~29.020~25.41T141204T22151716T32182119從表2-10可以看出，T1、T2、T3三種土樣的蒙脫石含量在匯總界限范圍內(nèi)數(shù)值偏低，伊利石的含量基本處于中間偏下的程度。粘土礦物成分滿足分散土中對(duì)于蒙脫石含量的要求，但僅從礦物成分角度考慮，三種土樣中礦物成分對(duì)土樣產(chǎn)生分散性的效果可能不明顯。2.3水樣的化學(xué)成分自然干燥狀態(tài)下的分散性土，一般不會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生危害，其分散性通常是在遇到水的情況下才得以體現(xiàn)。從外因上考慮，水是導(dǎo)致分散性土產(chǎn)生分散的主要因素，研究分散性機(jī)理，水樣化學(xué)成分的研究必不可少。本文主要研究黃河水對(duì)土體的分散性影響。試驗(yàn)結(jié)果見表2-11。表2-11黃河水樣化學(xué)分析結(jié)果水樣編號(hào)礦化度（g/L）各化學(xué)成分含量（g/kg）pHK++Na+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-黃河水0.380.0480.0510.0280.0640.0970.18408.14黃河水中二價(jià)的Ca2+＋Mg2+離子含量在整個(gè)陽(yáng)離子總量中含量較大，為Ca2++Mg2+/K++Na++Ca2++Mg2+=62.2%。從以往的資料分析看，二價(jià)的Ca2+與Mg2+對(duì)于土中顆粒的崩解分散是起一定的抑制作用的。因此，可通過改變水樣，研究水樣對(duì)土體分散的影響程度。2.4本章小結(jié)本章主要在匯總國(guó)內(nèi)外典型工程分散性土基本性質(zhì)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)試驗(yàn)得到三種地區(qū)土樣的物理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)以及黃河水的化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。通過以上試驗(yàn)，結(jié)合前人的研究成果，得出如下結(jié)論。（1）總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)工程分散性土的物理化學(xué)性質(zhì)及礦物成分指標(biāo)范圍。從匯總的文獻(xiàn)資料來看，粘粒含量（<0.005mm）在10%~60.4%之間，Ca2+含量為0.012g/kg~3.004g/kg，Mg2+為0.005g/kg~0.249g/kg，Na+為0.005g/kg~2.329g/kg，K+為0~0.146g/kg，有機(jī)質(zhì)為1.83g/kg~12.2g/kg，PH值為7.2~10.34，蒙脫石0~38%，伊利石（2）從物理性質(zhì)指標(biāo)上看，T1土樣具有一定的膨脹性，但是膨脹性較??；PH值在三種土樣中較低，與統(tǒng)計(jì)的國(guó)內(nèi)工程分散性土PH值相比，位于下限值附近；Na+含量較低；有機(jī)質(zhì)的含量較大，為13.9g/kg，不僅在三種土中數(shù)值最大，而且也超出了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上限值12.2g/kg。因此，初步判定T1土樣分散的可能性不大。（3）從化學(xué)分析結(jié)果上看，T2土樣中Na+和K+的含量較高，而Ca2+和Mg2+的含量相對(duì)偏小?；诖?，初步判定T2土樣分散的可能性較大。（4）三種土樣礦物成分分析中，蒙脫石的含量均不高，伊利石含量相對(duì)較大，但是T1、T2、T3土樣中蒙脫石+伊利石的含量相差不大。從礦物成分（蒙脫石、伊利石）來說，礦物成分對(duì)三種土樣的分散性影響程度相差不大。（5）作為試驗(yàn)制樣用水的黃河水中，二價(jià)Ca2+、Mg2+占整個(gè)陽(yáng)離子（K++Na++Ca2++Mg2+）的62.2%，因此，在后面章節(jié)針孔鑒別試驗(yàn)中，可以通過黃河水制樣與蒸餾水制樣的對(duì)比試驗(yàn)來研究陽(yáng)離子特別是二價(jià)Ca2+、Mg2+的對(duì)土樣分散性的影響程度。3土工試驗(yàn)（列舉）3.1比重試驗(yàn)土的顆粒比重是在105-110攝氏度下烘至衡量時(shí)的質(zhì)量與土粒間體積4攝氏度純水質(zhì)量的比值。按照土粒粒徑的不同，分別用下列方法進(jìn)行比重測(cè)定。粒徑小于5mm的土，用比重瓶法測(cè)定。粒徑大于5mm的土，其中含粒徑大于20mm顆粒小于10%時(shí)，用浮稱法進(jìn)行;含粒徑大于20mm顆粒大于10%時(shí)，用虹吸筒法進(jìn)行，取其加權(quán)平均值作為土粒比重。一般土粒的比重用純水測(cè)定對(duì)含有可溶鹽、親水性膠體或有機(jī)質(zhì)的土，須用中性液體（如煤油）測(cè)定。3.2顆粒分析試驗(yàn)顆粒分析試驗(yàn)是測(cè)定干土中各種粒組所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)的方法，借以明了顆粒大小分布情況，供土的分類及概略判斷土的工程性質(zhì)及選料之用。根據(jù)土的顆粒大小及級(jí)配情況，分別采用以下4種方法：篩析法：適用于粒徑大于0.075mm的土。密度計(jì)法：適用于粒徑小于0.075mm的土。移液管法：適用于粒徑大于0.075mm的土。若土中粗細(xì)兼有，則聯(lián)合使用篩析法及密度計(jì)法或移液管法。3.3黃土濕陷試驗(yàn)黃土濕陷是黃土在一定的壓力、浸水及滲流長(zhǎng)期作用下，產(chǎn)生壓縮、濕陷及滲透溶濾變形的全過程。本實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)定黃土變形和壓力的關(guān)系，以計(jì)算壓縮變形系數(shù)、濕陷變形系數(shù)、滲透溶濾系數(shù)、自重濕陷系數(shù)等黃土壓縮性指標(biāo)，測(cè)定項(xiàng)目根據(jù)未處理的和預(yù)先浸水處理過的場(chǎng)地工程實(shí)際情況，選定試驗(yàn)程序來確定。3.4膨脹率試驗(yàn)膨脹率是指試樣在有側(cè)限條件下膨脹的增量與初始高度之比值。根據(jù)加載條件可分為：無荷載膨脹率試驗(yàn)和有荷載膨脹率試驗(yàn)。3.5固結(jié)試驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的變形和壓力，或孔隙比和壓力的關(guān)系，變形和時(shí)間的關(guān)系，以便計(jì)算土的壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)及原狀土的先期固結(jié)壓力等。測(cè)定項(xiàng)目視工程需要而定。4土的分散性鑒定對(duì)于分散性土的鑒定可通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)。一是野外查勘，借助分散性土工程地質(zhì)特征對(duì)土體進(jìn)行初步的判別，這種方式對(duì)于分散性土的鑒定研究具有重要的不可替代的作用。二是室內(nèi)鑒別，通過幾種室內(nèi)試驗(yàn)方法進(jìn)行土體分散與否的判斷。以下分別從上述兩方面來進(jìn)行介紹。4.1分散性土的工程地質(zhì)特征下面從分散性土地區(qū)的地形地貌特征、巖性特征、地下水特征、沉積環(huán)境、分布規(guī)律以及土體分散性表觀特征等方面進(jìn)行介紹。1、地形地貌特征分散性土地區(qū)的地形地貌控制著地表水、地下水的徑流運(yùn)動(dòng)，同時(shí)決定著土壤水鹽分的運(yùn)移和累積。通常在分散性土地區(qū)，地勢(shì)低平開闊，地面相對(duì)高差不大；地表徑流條件較差，排水不暢，形成了眾多的積水洼地，為水鹽膠體提供了物質(zhì)來源。2、巖性特征分散性土中典型礦物蒙脫石通常賦存于新生代的第三系，中生代的白堊系、侏羅系，而上古生代地層中很少能夠見到。3、地下水特征地下水中陽(yáng)離子的種類和濃度對(duì)當(dāng)?shù)赝潦欠穹稚⒓胺稚⒊潭绕鹬艽蟮拇龠M(jìn)及抑制作用。具有分散性土的地區(qū)，地下水通常具有重碳酸鈣的成分，這種水對(duì)于分散性土中粘土礦物蒙脫石交換化合物的形成及長(zhǎng)期保持不變的堿性介質(zhì)環(huán)境影響極大。研究表明，重碳酸鈣水是分散性土形成和保存的必要條件之一。4、沉積環(huán)境國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)分散性土地區(qū)的大量地質(zhì)調(diào)查研究表明，分散性土大部分都是由洪積、坡積、湖相沉積和黃土沉積形成的沖積土。另外，某些地區(qū)由海相沉積而成的粘土巖和頁(yè)巖，它們的殘積土通常也是分散性土。然而，由巖漿巖和變質(zhì)巖就地風(fēng)化而成的所有細(xì)粒土以及由石灰?guī)r風(fēng)化而成的土通常都是非分散性土。5、分布規(guī)律分散性土的分布規(guī)律與地形地貌的關(guān)系十分密切，與堿性鹽漬土的分布基本一致。通常在地勢(shì)平坦低洼、地下水埋藏較淺的低平原的一級(jí)階地及河漫灘區(qū)，分散性土的分布比較普遍，這些地區(qū)的成土過程以鹽堿化作用為主，并以蘇打（Na2CO3）成分起主導(dǎo)作用。此外分散性土在分布空間上還具有一定的特點(diǎn)，呈斑塊狀分布，從已建工程建筑物破壞上可以明顯看出來，即在同一堤壩上，有的地段分散破壞，有的卻未遭到破壞。分散性土通常在垂向上變化也較大，一般隨著土壤深度增加，分散性土的分散程度降低。6、分散性土表觀特征通過已有工程中分散性土所呈現(xiàn)出的表觀現(xiàn)象來看，分散性土地區(qū)通常會(huì)具有明顯的沖溝、孔洞以及雨后久不見清澈的水流等表觀現(xiàn)象。這些表觀現(xiàn)象對(duì)于野外查勘時(shí)初步鑒別分散性土具有很好的幫助作用。分散性土典型地表現(xiàn)象如圖3.1所示。圖4.1分散性土地區(qū)的地表現(xiàn)象4.2分散性土鑒定方法4.2.1試驗(yàn)方法介紹在分散土的鑒定試驗(yàn)中，采用從不同角度考慮的四種常用鑒定試驗(yàn)方法（碎塊試驗(yàn)、針孔試驗(yàn)、雙比重計(jì)試驗(yàn)與孔隙水可溶鹽試驗(yàn)）對(duì)土樣進(jìn)行鑒定。以下分別對(duì)四種鑒定試驗(yàn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。1、碎塊試驗(yàn)碎塊試驗(yàn)的試驗(yàn)原理是從膠體化學(xué)的基本觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為某些粘性土在水中產(chǎn)生分散的原因是膠體顆粒的析出。這種試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便易行，在室內(nèi)或者野外都能進(jìn)行，可以模擬各種含鹽濃度的河水和水庫(kù)水。碎塊試驗(yàn)的具體操作是將保持天然含水率的土塊或室內(nèi)針孔試驗(yàn)結(jié)束后的試樣制成1cm3左右的土塊，放入盛有約200ml蒸餾水的燒杯中，浸放5~10分鐘后觀察土塊中膠體的分散現(xiàn)象以鑒定土樣的分散性。土樣中膠體在一定條件下能夠分散在介質(zhì)中，呈溶膠狀態(tài)；有時(shí)土壤膠體又可以相互凝聚，呈凝膠狀態(tài)，這種凝聚一般是由土中陽(yáng)離子的作用而產(chǎn)生的。不同陽(yáng)離子的凝聚能力是不一樣的（Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>NH4+>Na+>Li+）。由于碎塊試驗(yàn)以膠體顆粒的析出作為粘性土產(chǎn)生分散性的原因，因而采用膠體析出的程度作為判別的標(biāo)準(zhǔn)。碎塊試驗(yàn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為以下四個(gè)等級(jí)，具體判定標(biāo)準(zhǔn)見表3-1，表3-2。其中，表3-2為《水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程SL251-2000》（中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）關(guān)于分散性土鑒別中碎塊試驗(yàn)的判定標(biāo)準(zhǔn)。本課題碎塊試驗(yàn)以上述兩種標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合作為參考。表4-1碎塊試驗(yàn)鑒別土的分散性的判定標(biāo)準(zhǔn)（1）等級(jí)劃分類別浸水后特征等級(jí)Ⅰ非分散性土沒有反應(yīng)。土粒崩解，水解和擴(kuò)散，但在水中沒有由于膠粒懸液而出現(xiàn)的渾濁或稍渾濁后很快又變清。所有土顆粒在1h內(nèi)均保持原狀。等級(jí)Ⅱ過渡性土輕微反應(yīng)。在土崩解的表面附近或周圍有輕微的肉眼可見的膠粒懸液產(chǎn)生。如果“云霧狀”明顯，則劃分為第Ⅲ等級(jí)；如果“云霧狀”不明顯，則劃分為第Ⅰ等級(jí)。等級(jí)Ⅲ分散性土中等反應(yīng)。在土顆粒周圍或表面可以明顯地看到粘粒懸液產(chǎn)生的云霧狀。云霧狀離土塊在杯底擴(kuò)散10mm左右。等級(jí)Ⅳ高分散性土嚴(yán)重反應(yīng)。在整個(gè)杯底大量的濃粘粒懸液呈云霧狀出現(xiàn)。有時(shí)，由于土粒的分散而無法看到原來土塊的表面。通常，在燒杯的各個(gè)方向均可容易的看見土粒膠粒懸液。表4-2碎塊試驗(yàn)鑒別土的分散性的判定標(biāo)準(zhǔn)（2）類別浸水后土塊特征分散性土土塊水解后渾濁，土很快擴(kuò)散到整個(gè)量杯底部，水呈霧狀，經(jīng)久不清過渡性土塊水解后四周有微量渾濁水，但擴(kuò)散范圍很小非分散性土無分散出膠粒的反應(yīng)，土塊水解后在量杯底以細(xì)致顆粒狀平堆，水色清，或稍渾濁后很快又變清。2、針孔試驗(yàn)針孔試驗(yàn)由美國(guó)著名工程師謝拉德首先提出來，是模擬在一定的水頭作用下，土樣空隙壁上的顆粒所具有的承受一定動(dòng)能水流的沖蝕能力。根據(jù)滲透理論可知，要使土壤顆粒分散需要能量配合。當(dāng)水流經(jīng)過土壤孔隙時(shí)，能將其動(dòng)能傳輸給土壤顆粒，從而使土壤膠體得到分散。針孔試驗(yàn)的試驗(yàn)方法和判別標(biāo)準(zhǔn)是通過對(duì)大量的樣品試驗(yàn)得到的，這些樣品來自堤壩、渠道和其它地方的具有分散性和抗沖蝕性的土壤。針孔試驗(yàn)在實(shí)際操作時(shí)，試驗(yàn)裝置中將土樣按試驗(yàn)要求壓實(shí)到最大干密度，在試樣中部穿一直徑為1.0mm的軸向細(xì)孔，然后用蒸餾水進(jìn)行沖蝕試驗(yàn)，在各級(jí)水頭（50mm、180mm、380mm、1020mm）下觀察針孔受水流沖蝕的情況、水流的流量和顏色，進(jìn)行土樣的分散性鑒定。針孔試驗(yàn)儀主要由進(jìn)口部分、中間過水部分及出口部分三部分組成。針孔試驗(yàn)實(shí)物裝置如圖3.2，剖面示意圖如圖3.3所示。圖4.2針孔試驗(yàn)裝置圖3.3針孔試驗(yàn)裝置示意圖針孔試驗(yàn)中，土樣的制作是最為關(guān)鍵的一環(huán)。有些研究報(bào)告中明確指出，試驗(yàn)時(shí)必須保持土樣的天然含水量，在試驗(yàn)前不允許土樣風(fēng)干，干燥和受潮都會(huì)造成土顆粒間相互作用力暫時(shí)失去平衡條件，某些土可能是部分的永久失去平衡條件，這樣在針孔試驗(yàn)中會(huì)得出不同的結(jié)果，尤其是加水前用粉碎機(jī)械干燥土?xí)r更為明顯。在早期的針孔試驗(yàn)中，曾嘗試用過各種直徑的針孔，針孔直徑變化范圍為0.406mm~2.54mm。各種孔徑得出的結(jié)果基本相同，但當(dāng)針孔小于1.0mm時(shí)，針孔的孔徑常被堵塞；大于1.0mm時(shí)，針孔流量大，對(duì)保持水頭穩(wěn)定不利；1.0mm的針孔很少被堵塞，而且流量不大，便于保持一定的水頭，量測(cè)通過土樣的流量也方便。因此，針孔試驗(yàn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)孔徑為1mm。針孔試驗(yàn)關(guān)于土的分散性分類標(biāo)準(zhǔn)[1]如下。（1）分散性土：D1、D2D1—高分散性土，在50mmD2—分散性土，在50m（2）過渡性土：DN4、DN3DN4、DN3—過渡性土，在50mm和（3）非分散性土：DN2、DN1DN2—非分散土，在380mm或DN1—高抗沖蝕土。在1020m表3-3是《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）中關(guān)于分散性土針孔試驗(yàn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。表4-3針孔試驗(yàn)評(píng)價(jià)土的分散性標(biāo)準(zhǔn)類別水頭mm在某一水頭下的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間（min）最終流量（mL/s）流出水的渾濁情況最終孔徑mm分散性土50505101.0~1.41.0~1.4渾濁較渾濁≥2.0＞1.5過渡性土5018038010550.8~1.01.4~2.71.8~3.2稍渾濁較透明較透明≤1.5≥1.5非分散土1020102055＞3＜3稍透明透明＜1.51.0上述標(biāo)準(zhǔn)，基本是按照國(guó)外針孔試驗(yàn)最初提出的鑒別標(biāo)準(zhǔn)而制定的。在鑒別時(shí)，結(jié)果的判定，參考了上述的兩種標(biāo)準(zhǔn)。3、雙比重計(jì)試驗(yàn)雙比重計(jì)試驗(yàn)是美國(guó)水土保持局推薦使用的一種方法。該方法是對(duì)土樣進(jìn)行兩次比重計(jì)試驗(yàn)來測(cè)定粘粒（<0.005mm）的含量，求出它的比值及分散度。第一次是常規(guī)的加分散劑煮沸的方法（詳見《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237-1999），得到一條顆粒級(jí)配曲線。第二次是不煮沸不加分散劑，先將土樣放在盛有一定量蒸餾水的過濾瓶中，并與真空泵相連接，抽氣10min，然后把土-水懸液沖洗到量筒中，加蒸餾水至1000mL，倒轉(zhuǎn)量筒來回?fù)u晃一分鐘約30次，讓土顆粒自行水化分散，得到另一條顆粒級(jí)配曲線，求得兩次的粘粒（<0.005mm）含量，用式（3-1）求分散度。（3-1）表3-4為（《水電水利工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）中關(guān)于雙比重計(jì)試驗(yàn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。表4-4雙比重計(jì)試驗(yàn)判定標(biāo)準(zhǔn)類別分散度判別指標(biāo)（D）分散性土>50%過渡性土30%~50%非分散性土<30%4、孔隙水可溶鹽試驗(yàn)孔隙溶液中的陽(yáng)離子與土粒上吸附的陽(yáng)離子之間存在著動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，二者不斷進(jìn)行著可逆的交換反應(yīng)，并且一般都服從于質(zhì)量守恒定律。當(dāng)孔隙溶液離子成分中Na+占優(yōu)勢(shì)時(shí)，由于交換反應(yīng)土粒上吸附的Na+數(shù)量便會(huì)增大，從而促使土粒表面雙電層發(fā)育，并向分散性增強(qiáng)的方向發(fā)展。反之，孔隙溶液中高價(jià)離子如Ca2+離子占優(yōu)勢(shì)，則會(huì)壓抑土粒表面雙電層，使之向絮凝方向變化。所以，土粒表面雙電層的發(fā)育程度與溶液中陽(yáng)離子的成分及其含量有關(guān)。孔隙水可溶鹽試驗(yàn)，原來為農(nóng)業(yè)土壤的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，現(xiàn)在也用來作為鑒定分散性土的一種試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)方法是把土與蒸餾水拌和到接近液限的程度，用有過濾設(shè)備的真空吸水器抽出孔隙水樣，測(cè)定孔隙水樣的鈣、鎂、鈉、鉀四種金屬陽(yáng)離子，總量稱為TDS，以每升mmol計(jì)，并求出其中鈉離子含量的百分?jǐn)?shù)。判斷標(biāo)準(zhǔn)見圖3.4，圖中橫坐標(biāo)是TDS（K++Na++Ca2++Mg2+），縱坐標(biāo)是鈉離子的百分?jǐn)?shù)。圖4.4孔隙水可溶鹽試驗(yàn)評(píng)價(jià)土的分散性圖圖3.4中A區(qū)是分散性土，B區(qū)是非分散性土，C區(qū)是侵蝕緩慢的中間狀態(tài)土。圖中的分區(qū)線經(jīng)大量的試驗(yàn)證明是正確可靠的，但是也有少數(shù)土樣用針孔試驗(yàn)鑒定是分散性土，卻落在B區(qū)。對(duì)于這種情況，澳大利亞的英格爾斯教授指出，對(duì)落在B區(qū)的土樣建議用K指標(biāo)來驗(yàn)證，K指標(biāo)由公式（3-2）求得。（3-2）式中，陽(yáng)離子的單位均為/L，K>0.3的土屬于分散性土，K<0.3的土屬于非分散性土。4.2.2試驗(yàn)?zāi)康乃姆N鑒定試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^四種分散性鑒定試驗(yàn)方法獲取每種方法的鑒定指標(biāo)。（1）碎塊試驗(yàn)是從膠體化學(xué)的角度對(duì)于土體是否分散進(jìn)行簡(jiǎn)易快速的判定，最終得到土塊崩解過程中肉眼可觀察并作為判別依據(jù)的試驗(yàn)現(xiàn)象；（2）針孔試驗(yàn)是模擬工程中水流對(duì)土體的沖蝕情況，獲取一定時(shí)間內(nèi)水色、流量、針孔孔徑等試驗(yàn)指標(biāo)；（3）雙比重計(jì)試驗(yàn)是測(cè)定土在添加分散劑與不加分散劑的情況下，干土中粘粒含量（<0.005mm）占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，以得到兩種方式下粘粒含量的比值及分散度；（4）孔隙水可溶鹽試驗(yàn)是測(cè)定土中Ca2+、Mg2+、Na+、K+四種陽(yáng)離子的含量TDS，得出Na+占TDS的百分比。本課題結(jié)合土樣的物理化學(xué)性質(zhì)及礦物成分以及試驗(yàn)過程中實(shí)際遇到情況的研究，對(duì)四種鑒定試驗(yàn)方法的適用性作出歸納總結(jié)。最后，根據(jù)各方法適用性，得出各土樣的綜合鑒定結(jié)果。4.2.3試驗(yàn)方案1、碎塊試驗(yàn)碎塊試驗(yàn)方案最初采用針孔試驗(yàn)后的土塊，其原因是考慮到如果土壤一旦含水率過低，當(dāng)土塊放入水中時(shí)，大量的氣泡集中冒出水面，帶動(dòng)土的膠體顆粒，使得水體渾濁，造成誤判。最后，根據(jù)實(shí)際情況，采用原土樣和針孔后土樣相結(jié)合的方式，將土樣用小刀切成1cm3大小的土塊，小心放入盛有蒸餾水的杯中，觀察水中顏色等指標(biāo)的變化。2、針孔試驗(yàn)首先將擊實(shí)制作的土樣放入養(yǎng)護(hù)容器中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)24小時(shí)；進(jìn)行針孔試驗(yàn)前，試件中心嵌入帶有1.0mm左右針孔的小錐體（防止穿孔時(shí)土體的擾動(dòng)破壞）；然后借助注射器用針，在試件中心穿1.0mm左右的針孔；最后在不同水頭作用下，觀測(cè)水色、渾濁程度、沖蝕后針孔孔徑大小等，用以鑒定各土樣的分散性。地區(qū)天然土T1、T2和T3土樣的制樣含水率取塑限，密度按各土樣最大干密度的95%控制，土樣分五層擊實(shí)，每種土樣制作3個(gè)試樣。配制土（1）T1+蒙脫土+NaCl配制過程為：T1土樣中加入一定比例的蒙脫土及足量的NaCl，含水率參考T1土樣的塑限，以小型噴霧器均勻噴灑蒸餾水進(jìn)行配土，充分混合后靜置一周，使得離子之間的交換反應(yīng)有一個(gè)相對(duì)充裕的時(shí)間，并保證加水后土的均勻性。T1土樣中原有的粘粒含量為28.5%，配制土的粘粒含量參照國(guó)內(nèi)外分散性土粘粒含量的大致范圍來控制。T1＋蒙脫土+NaCl配制土的基本情況如表3-5所示。表4-5T1＋蒙脫土+NaCl配土情況土樣編號(hào)配制前土樣原粘粒含量（％）配制后土樣粘粒含量（％）MD128.565MD245MD335MD430制樣密度采用T1土樣最大干密度的95%，制樣完成后養(yǎng)護(hù)24小時(shí)；由于蒙脫土的膨脹量較大，所以在試件穿孔時(shí)，適當(dāng)增大了針孔的孔徑，采用1.2mm直徑的針進(jìn)行穿孔；然后按照上述地區(qū)天然土的鑒別試驗(yàn)方法及施加的各級(jí)水頭進(jìn)行鑒別試驗(yàn)。（2）T1+伊利土+NaCl配制方法及粘粒含量及制樣密度的控制比例，同T1+蒙脫土+NaCl。具體配土情況見表3-6。表4-6T1＋伊利土+NaCl配土情況T1＋蒙脫土＋NaCl土樣編號(hào)配制前土樣原粘粒含量（％）配制后土樣粘粒含量（％）YD128.565YD245YD335YD430（3）T1+蒙脫土、T1+蒙脫土+KCl和T1+蒙脫土+NaCl之間的比較配制目的是為了弄清K+對(duì)于土體分散的影響程度。配制過程：T1:蒙脫土按1：1比例配制，作為第一份配制土（T1+蒙脫土）；在第一份配制土基礎(chǔ)上加入足量KCl配制成第二份土（T1+蒙脫土+KCl）；同樣，加入足量NaCl，配制為第三份土（T1+蒙脫土+NaCl）。具體見表3-7。表4-7T1＋蒙脫土與另外兩種配土情況T1＋蒙脫土T1＋蒙脫土＋KClT1＋蒙脫土＋NaClT1：蒙脫土1：11：11：1KCl無足量無NaCl無無（與KCl同量）（4）蒸餾水配土與黃河水配土比較配制過程：配土采用T1+蒙脫土+NaCl，蒙脫土加入量按粘粒含量30%控制，Nacl按足量加入。配制水一份按蒸餾水進(jìn)行配制，另一份按黃河水進(jìn)行配制。配土含水率以T1土樣塑限為參考，制樣密度按T1土樣擊實(shí)試驗(yàn)獲得的最大干密度的95%進(jìn)行。具體情況見表3-8。表4-8蒸餾水配土與黃河水配土情況蒸餾水配土黃河水配土配土成分T1+蒙脫土+NaClT1+蒙脫土+NaCl粘粒含量（％）30303、雙比重計(jì)試驗(yàn)試驗(yàn)用土主要是針對(duì)地區(qū)天然土，試驗(yàn)方法按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)用水為蒸餾水。4、孔隙水可溶鹽試驗(yàn)根據(jù)孔隙水可溶鹽試驗(yàn)的特點(diǎn)，采用蒸餾水將地區(qū)天然土拌合到接近液限的程度(見圖3.5)，并用真空泵抽出過濾水樣(見圖3.6)，然后測(cè)定孔隙水的金屬陽(yáng)離子含量。圖4.5拌和土樣圖4.6提取孔隙水4.2.4試驗(yàn)結(jié)果與分析1、碎塊試驗(yàn)T1土樣試驗(yàn)現(xiàn)象：土塊沉入水底，土粒緩慢崩解，擴(kuò)散，水中未出現(xiàn)任何渾濁現(xiàn)象，水質(zhì)保持清澈透明。經(jīng)過一小時(shí)后觀察仍保持水質(zhì)清澈，沒有出現(xiàn)混濁現(xiàn)象（如圖3.7所示）。由碎塊試驗(yàn)可以斷定，T1土樣為非分散性土；T2土樣放入蒸餾水中后，坍鋪在杯底的土塊周圍出現(xiàn)微量的渾濁，且渾濁現(xiàn)象久久不散，判定為過渡性土（如圖3.8（右）所示）；T3土樣試驗(yàn)現(xiàn)象類似于T1土樣（如圖3.8（左）所示）。三種土樣碎塊試驗(yàn)判定結(jié)果見表3-9。圖3.7T1土樣碎塊試驗(yàn)圖3.8T2（右）、T3（左）土樣碎塊試驗(yàn)表4-9碎塊試驗(yàn)鑒別結(jié)果試樣編號(hào)碎塊試驗(yàn)現(xiàn)象描述判定結(jié)果T1土塊沉入杯底，很快崩解攤開，但是無任何混濁現(xiàn)象，水色清澈透明非分散土T2土塊崩解后，水色微混濁，且擴(kuò)散范圍不大過渡性土T3土塊在杯底散開，無任何混濁現(xiàn)象產(chǎn)生非分散土2、針孔試驗(yàn)（1）地區(qū)天然土鑒定結(jié)果地區(qū)天然土鑒定結(jié)果如表3-10所示。表4-10地區(qū)天然土針孔試驗(yàn)鑒定結(jié)果蒸餾水制樣＋蒸餾水沖蝕試樣編號(hào)干密度（g/cm3）水頭（mm）最終流量（ml/s）最終孔徑(倍)水色鑒定結(jié)果T11.6410201.291清澈透明非分散土T21.72500.551.5～2微渾濁過渡性土T31.6710201.651清亮透明非分散土為了更加直觀的了解試驗(yàn)過程中沖蝕水顏色的變化，圖3.9給出了T2土樣沖蝕后水樣與蒸餾水樣的顏色對(duì)比圖。從圖中可以看出，沖蝕后的水樣顏色明顯要比沖蝕前水樣顏色重，接近渾濁。圖4.9T2土樣沖蝕后水樣與蒸餾水樣對(duì)比（圖左為蒸餾水樣，圖右為試驗(yàn)沖蝕后水樣）從上述三種地區(qū)天然土針孔試驗(yàn)結(jié)果可知，T1、T3為非分散性土，T2為過渡性土。下面從土體分散的主要影響因素—礦物成分、陽(yáng)離子及PH值三方面對(duì)三種地區(qū)天然土樣的分散性做簡(jiǎn)要闡述。具體各影響因素是如何對(duì)土體的分散性產(chǎn)生影響的，見分散機(jī)理章節(jié)所述。從三種土樣的基本性質(zhì)試驗(yàn)中可以知道，1）三種土樣礦物成分中蒙脫土及伊利土的含量相差不大。因此，礦物成分對(duì)三種土樣的影響程度相差不大；2）T1土樣中陽(yáng)離子Na+含量與Ca2+、Mg2+離子含量比值相差不大；T2、T3土樣中Na+的含量要明顯偏高，T2土樣中Na+、K+的總含量與Ca2+、Mg2+離子比值在三種土樣中最高。因此，從陽(yáng)離子對(duì)三種土樣分散性影響來看，T2土樣的分散性要比T1和T3土樣明顯；3）三種土樣中T2土樣PH值相比T1和T3土樣來說是最高的，屬?gòu)?qiáng)堿性土。因此，從PH值對(duì)三種土樣分散性影響來看，T2土樣的分散性也要比T1和T3土樣明顯。綜合上述，從土體分散性的三種主要影響因素考慮，T2土樣的分散性要比T1和T3土樣明顯。（2）配制土鑒別結(jié)果1）T1+蒙脫土+NaClT1+蒙脫土+NaCl的鑒定結(jié)果見表3-11。表4-11T1+蒙脫土+NaCl針孔試驗(yàn)分散性鑒定結(jié)果土樣編號(hào)終了水頭（mm）終了孔徑（倍）終了流量（mL/s）水色判定結(jié)果MD11802～41.85白色過渡性MD21801.5～21.58微白過渡性MD31801.5～21.36微白過渡性MD41801.51.28微白過渡性從表中可以看出，在保證Na+足量的情況下，蒙脫土按照一定的比例與T1土樣摻和后，從終了孔徑、終了流量及流出水的顏色上看，基本符合過渡性土的判別標(biāo)準(zhǔn)，土樣由原來的非分散性土變?yōu)檫^渡性土，由此可見，蒙脫土的分散性能較為顯著。2）T1+伊利土+NaClT1+伊利土+NaCl的鑒定結(jié)果見表3-12。表4-12T1+伊利土+NaCl針孔試驗(yàn)分散性鑒定結(jié)果土樣編號(hào)終了水頭（mm）終了孔徑（倍）終了流量（mL/s）水色判定結(jié)果YD110201～22.80微白不分散YD2102012.87清亮，透明不分散YD3102012.78清澈，透明不分散YD4102012.65清亮，透明不分散從表中可以看出，在Na+足量的情況下，不同比例的伊利土與T1土樣摻和后，從針孔試驗(yàn)的各項(xiàng)判定指標(biāo)上看，土樣的分散性沒有得到改變，也就是說伊利土的分散性能不明顯。對(duì)于有些文獻(xiàn)中提到蒙脫土含量較低，伊利土含量較高情況下，土體呈現(xiàn)出分散性的特征，可能與土體形成的環(huán)境有很大關(guān)系。3）T1+蒙脫土、T1+蒙脫土+NaCl與T1+蒙脫土+KCl之間的比較T1+蒙脫土、T1+蒙脫土+NaCl與T1+蒙脫土+KCl三種配制土的試驗(yàn)結(jié)果如表3-13所示。表4-13三種配制土分散性鑒定結(jié)果名稱T1＋蒙脫土T1＋蒙脫土＋NaClT1＋蒙脫土＋KCl終了水頭（mm）180180180終了孔徑（倍）1.5～32～32～3終了流量(mL/s)1.461.671.64水色泛白，不透明微混濁，不透明微混濁，不透明判定結(jié)果過渡性過渡性過渡性從表3-13中可以看出，其它條件相同的情況下，配土中加入KCl和NaCl，與不加KCl和NaCl進(jìn)行比較，針孔試驗(yàn)的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)都有所改變（如沖蝕終了孔徑、終了流量都有所增大，流出水的顏色也由泛白轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒒鞚幔?，針孔試?yàn)鑒定結(jié)果均為過渡性土；但加入KCl和NaCl的兩種配土中，試驗(yàn)指標(biāo)基本一致，無太大的差異，因此，就本次試驗(yàn)而言，K+對(duì)土體所起的作用與Na+是一樣的，都對(duì)土體的分散起到一定的促進(jìn)作用。4）蒸餾水配土與黃河水配土的比較蒸餾水配土與黃河水配土的針孔試驗(yàn)結(jié)果如表3-14所示。表4-14不同配制用水條件下針孔試驗(yàn)分散性鑒定結(jié)果蒸餾水配土，蒸餾水沖蝕黃河配土，蒸餾水沖蝕終了水頭（mm）1801020終了孔徑（倍）1.51終了流量(mL/s)1.563.3水色微白微白判定結(jié)果過渡型土非分散土表3-14中蒸餾水配土與黃河水配土針孔試驗(yàn)結(jié)果表明，采用蒸餾水作為配制用水的土樣呈現(xiàn)出過渡性土特征，采用黃河水作為配土用水的土樣呈現(xiàn)出非分散性土特征；從針孔試驗(yàn)后切開的試樣上看，采用蒸餾水配土的土樣，針孔的孔徑有明顯增大的趨勢(shì)，為原孔徑的1.5倍，而采用黃河水配土的土樣，針孔基本無明顯變化（見如圖3.10和圖3.11）。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因在于黃河水中的Ca2+、Mg2+含量較高，在總的陽(yáng)離子含量中所占比例為62.2%，而Ca2+、Mg2+兩種離子的存在對(duì)于土的分散起到了一定的抑制作用。圖3.10蒸餾水制樣圖3.11黃河水制樣3、雙比重計(jì)試驗(yàn)T1、T2、T3三種土樣的試驗(yàn)結(jié)果見表3-15及圖3.12~圖3.14。表4-15雙比重計(jì)試驗(yàn)結(jié)果土樣編號(hào)粒徑<0.005mm顆粒含量%分散度D(%)試驗(yàn)用水判斷不加分散劑加分散劑T126.728.594%蒸餾水分散性土T230.744.668.8%蒸餾水分散性土T328.948.160%蒸餾水分散性土圖4.12T1土樣雙比重計(jì)試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線圖4.13T2土樣雙比重計(jì)試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線圖4.14T3土樣雙比重劑試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線從表3-15及圖3.12~圖3.14雙比重計(jì)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，三種土樣均為分散性土，尤其是T1土樣，其雙比重計(jì)試驗(yàn)顆粒級(jí)配曲線圖中，加分散劑與不加分散劑的兩條顆粒級(jí)配曲線基本重合，分散度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過分散性土判別的臨界指標(biāo)。雙比重計(jì)試驗(yàn)結(jié)果與前面針孔試驗(yàn)鑒定結(jié)果偏差很大，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因主要是在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中均進(jìn)行了洗鹽，人為造成了試驗(yàn)結(jié)果的偏大。4、孔隙水可溶鹽試驗(yàn)孔隙水可溶鹽試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如表3-16所示。表4-16孔隙水可溶鹽試驗(yàn)鑒試驗(yàn)結(jié)果土樣編號(hào)T1T2T3孔隙水性質(zhì)Na+（mmol/L）0.59567.505576.858K+（mmol/L）0.050.7411.845Ca2+（mmol/L）2.7148.7581.625Mg2+（mmol/L）0.8929.275249TDS（mmol/L）4.24646.271909.328鈉百分比(%)13.987.863.4判別結(jié)果非分散分散分散從表3-16中可以看出，三種土樣中T2和T3土樣孔隙水中陽(yáng)離子含量很高，這兩種土樣孔隙水中Na+的百分比含量比T1土樣孔隙水中Na+的百分比含量明顯要高，根據(jù)孔隙水可溶鹽試驗(yàn)的判定標(biāo)準(zhǔn)，T1和T3土樣為分散性土，T2土樣為非分散性土。3.2.5鑒別試驗(yàn)方法的適用性分析及試驗(yàn)土樣的綜合鑒定結(jié)果1、幾種鑒別試驗(yàn)方法的適用性分析雙比重計(jì)試驗(yàn)、碎塊試驗(yàn)、孔隙水可溶鹽試驗(yàn)及針孔試驗(yàn)為國(guó)際上通用的四種鑒別土樣是否分散的試驗(yàn)方法。這幾種試驗(yàn)方法分別從土力學(xué)、膠體化學(xué)、分析化學(xué)和滲流理論四個(gè)不同角度對(duì)土樣的分散效果進(jìn)行了研究。通過本課題研究中試驗(yàn)結(jié)果的分析及對(duì)其他學(xué)者鑒別試驗(yàn)方法方面研究成果的歸納和總結(jié)，給出了常用四種鑒別試驗(yàn)方法的適用范圍。（1）雙比重計(jì)試驗(yàn)一般粘性土往往呈團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，遇水不容易水解成單個(gè)粘粒，而分散性土的粘粒具有在水中極易分散而被水流帶走的特點(diǎn)，雙比重計(jì)試驗(yàn)正是針對(duì)分散性土與普通粘性土的差別而論文的。通過大量試驗(yàn)證明，雙比重計(jì)試驗(yàn)分析方法比較符合客觀實(shí)際。雙比重計(jì)試驗(yàn)的局限性：雙比重計(jì)試驗(yàn)不能夠反映水流對(duì)土體沖刷的性質(zhì)，也不能夠反映對(duì)土體分散起促進(jìn)作用的鈉離子含量的多少，而且這種試驗(yàn)方法不適用于鹽漬土。在雙比重計(jì)試驗(yàn)中，如果土樣中可溶鹽含量較高，不進(jìn)行洗鹽，則會(huì)由于可溶鹽中離子絮凝作用的影響，土顆粒很快聚沉，懸液澄清，造成試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確；如果進(jìn)行洗鹽，則會(huì)由于洗鹽過程中的多次攪拌、換水，促使土顆粒發(fā)生分散，進(jìn)而使土樣分散度偏大。本次雙比重計(jì)試驗(yàn)中，T2、T3土均為為鹽漬土，試驗(yàn)結(jié)果表明，雙比重計(jì)試驗(yàn)結(jié)果明顯不符合實(shí)際情況。（2）碎塊試驗(yàn)碎塊試驗(yàn)是從膠體化學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)的，采用膠體析出程度作為判別標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便易行，在野外和室內(nèi)均可進(jìn)行快速簡(jiǎn)單的操作，而且可以模擬各種含鹽濃度的河水和水庫(kù)水，具有良好的再現(xiàn)性。碎塊試驗(yàn)的局限性：碎塊試驗(yàn)的判定只是定性的判別，缺乏定量的指標(biāo)，且在進(jìn)行定性判別時(shí)需要試驗(yàn)人員具備豐富的經(jīng)驗(yàn)；另外，由于土中含水率過低時(shí)，大量的氣泡冒出水面，帶動(dòng)土的膠體顆粒，使水體渾濁，易于造成誤判。因此，碎塊試驗(yàn)不適用于含水率過低的土壤。大量試驗(yàn)表明，碎塊試驗(yàn)對(duì)于粘粒（<0.005mm）小于12%和塑性指數(shù)小于或等于8的土是不適宜的。（3）孔隙水可溶鹽試驗(yàn)孔隙水可溶鹽試驗(yàn)是從分析化學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)的，對(duì)影響分散性的關(guān)鍵性因素鈉離子采用鈉百分比定量指標(biāo)對(duì)土樣是否分散進(jìn)行判定?？紫端扇茺}試驗(yàn)