任冠洲，李亞軍，張 蕊，徐鐵錚，杜 飛，樊恒輝

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710000；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 巖土工程研究所/特殊巖土博物館，陜西 楊凌 712100)

陜北黃土高原是國(guó)家能源化工重要基地，但由于水資源的分布不均，缺水成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。因此，發(fā)展水利是解決水資源供需矛盾的重要措施。自新中國(guó)成立以來(lái)，陜西省修建了大量的水利工程，其中均質(zhì)壩或土石壩大多采用當(dāng)?shù)貜V泛存在的黃土作為防滲材料，但限于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平，對(duì)筑壩黃土的分散性研究并不多。由于近年水利工程管涌、潰壩及其他病害現(xiàn)象的增多，筑壩土料的分散性逐步引起工程界的重視。同時(shí)，隨著黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施，水利工程建設(shè)迎來(lái)了一個(gè)快速良好的發(fā)展契機(jī)。所以，研究黃土的分散性對(duì)于指導(dǎo)今后水利工程的設(shè)計(jì)、施工等具有非常的必要性。

從抗水沖蝕及滲透穩(wěn)定的角度出發(fā)，將細(xì)粒土分為分散土、過(guò)渡土和非分散土[1]。分散土的抗沖蝕能力很低，在低含鹽量水或純凈水中細(xì)顆粒土間的黏聚力大部分甚至全部喪失，土顆粒體自行分散為原級(jí)黏土顆粒，易發(fā)生表層降水侵蝕和內(nèi)部管涌破壞等危害[2-5]。有關(guān)研究表明[6,7]，細(xì)粒土的分散性有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)因是由土的物理化學(xué)性質(zhì)決定的，物理性質(zhì)主要是土體中的黏粒含量較低(可稱(chēng)之為物理性分散)；化學(xué)性質(zhì)主要是土體中含有大量的鈉離子，而且土體呈強(qiáng)堿性，這兩個(gè)因素缺一不可(可稱(chēng)之為化學(xué)性分散)；外因是沖蝕水的化學(xué)組分和濃度[8-11]。陜北黃土中黏粒含量比較少，主要以粉粒為主[12]，同時(shí)由于地下水強(qiáng)烈蒸發(fā)的作用，部分黃土出現(xiàn)鈉鹽漬化的特征，引起土體的化學(xué)成分及雙電層厚度發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致土體的抗沖蝕性大大降低。已有工程實(shí)踐表明，在黃土區(qū)的黃河小浪底水庫(kù)[13]、王瑤水庫(kù)[14]、南坪水庫(kù)[15]、黑河水庫(kù)[16]、引額濟(jì)克(烏)工程[17]、文家溝水庫(kù)[18]等防滲土料具有一定的分散性。由此來(lái)看，具有分散性的黃土分布比較廣泛，在工程實(shí)踐中值得重視與研究，尤其是在黏粒含量較低的陜北區(qū)域，更應(yīng)重視黃土的分散性。

本文采用野外調(diào)查分析、經(jīng)驗(yàn)公式判別、室內(nèi)試驗(yàn)研究等方法對(duì)位于陜北黃土區(qū)的7座水庫(kù)10組筑壩黃土土樣的分散性進(jìn)行了判別，通過(guò)測(cè)定土料的黏粒含量、孔隙水可溶性陽(yáng)離子含量、交換性鈉離子百分比含量和對(duì)比分析庫(kù)水對(duì)土的分散性的影響，闡明分散土產(chǎn)生分散的機(jī)理，并采用石灰對(duì)其中4組分散性較強(qiáng)的土樣進(jìn)行改性處理，探討石灰劑量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)改性效果的影響。研究結(jié)果對(duì)于系統(tǒng)了解陜北黃土的分散性并采取合理的處置措施具有重要的理論意義與工程實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。

1 試驗(yàn)材料與研究方法

1.1 土樣的基本性質(zhì)

土樣的基本物理化學(xué)與黏土礦物含量見(jiàn)表1。表1表明，10組土樣的顆粒組成以粉粒為主，黏粒含量較低。從界限含水率來(lái)看，都屬于低液限黏土(CL)。X射線衍射分析表明，10組土樣的黏土礦物成分主要為伊利石，占全土的6.7%～13.6%，部分伊利石以伊利石-蒙脫石混層礦物形式存在，蒙脫石含量占全土的1.9%～6.9%，且以伊利石-蒙脫石混層礦物形式存在。

表1 土樣物理化學(xué)性質(zhì)及黏土礦物成分

1.2 水樣的基本性質(zhì)

庫(kù)水水樣化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表2。表2表明，采自2、3、7土樣修建的水庫(kù)庫(kù)水中含有大量的可溶性鹽分，礦化度較高，酸堿度呈強(qiáng)堿性(8.5～9.5)；其他幾組土樣修建的水庫(kù)庫(kù)水中礦化度相比來(lái)說(shuō)比較低，酸堿度呈強(qiáng)堿性(8.5～9.5)、堿性(7.5～8.5)或中性(6.5～7.5)。

表2 水樣性質(zhì)

1.3 研究方法

(1) 土樣的分散性采用野外調(diào)查分析[19]、經(jīng)驗(yàn)公式判別[6]、室內(nèi)試驗(yàn)研究等方法進(jìn)行。其中室內(nèi)試驗(yàn)包括泥球試驗(yàn)[20]和針孔試驗(yàn)方法[21]。

(2) 土的分散機(jī)理研究試驗(yàn)采用雙密度計(jì)試驗(yàn)[22]、孔隙水可溶性陽(yáng)離子含量[23]、交換性鈉離子百分比含量[24]等試驗(yàn)方法。

2 土的分散性判別

細(xì)粒土的分散性評(píng)價(jià)方法，根據(jù)工程的進(jìn)展程度與重要性，一般可依據(jù)野外調(diào)查法、經(jīng)驗(yàn)公式判別法和室內(nèi)試驗(yàn)判別法。

2.1 野外調(diào)查分析

分散土的鑒定應(yīng)當(dāng)從野外調(diào)查開(kāi)始。分散土的野外調(diào)查是初步了解土料特性的必要手段，也是室內(nèi)試驗(yàn)判別結(jié)果的佐證。如果野外調(diào)查的結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果有出入時(shí)，應(yīng)以室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果為最終鑒定結(jié)果。

分散土分布的地區(qū)，下雨后路旁的水溝、水坑和河道里流的水都是渾濁的。水坑里的水長(zhǎng)期渾濁，呈黃色或咖啡色。水坑干涸后坑底會(huì)留下很細(xì)的黏土沉積，干后出現(xiàn)龜裂。分散土坡面在降雨作用下，容易出現(xiàn)沖溝和孔洞等異常沖蝕形式的表面跡象，如通過(guò)分散土地區(qū)的防洪和灌溉用的挖方渠道以及自然河道，邊坡容易受到?jīng)_蝕，溝底容易被掏蝕變深；道路的路基邊坡也容易在雨水的作用下受到侵蝕，表面形成沖溝。在料場(chǎng)如果可看到新鮮的土層斷面或土塊在雨水的作用下仍然基本上保持完好，則土料可能為非分散土。表層土有可能在多年的雨水淋溶和植物覆蓋作用下，其物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，如含有較多的有機(jī)質(zhì)，其分散性較弱，表現(xiàn)為非分散土的特征。因此，自然土坡的表層一般不具有分散性。由于分散土的分布有可能呈層狀出現(xiàn)，表層土沒(méi)有表面沖蝕跡象并不能保證整個(gè)剖面的土體就是非分散土。

對(duì)7座水庫(kù)筑壩黃土土料場(chǎng)的野外調(diào)查分析見(jiàn)圖1。從野外調(diào)查來(lái)看，這些土料場(chǎng)雖然出現(xiàn)明顯的水土流失特征，但是沒(méi)有出現(xiàn)分散土的典型特征，即下雨后路旁的水溝、水坑和河道里流的水雖然渾濁，但是很快就澄清。這些水力侵蝕特征屬于一種黏粒含量較低的土在降雨徑流作用下發(fā)生的面蝕或溝蝕。依照野外調(diào)查分析，這些土樣應(yīng)屬于一種過(guò)渡土或非分散土。

圖1 部分水庫(kù)土料場(chǎng)沖蝕調(diào)查照片

2.2 經(jīng)驗(yàn)公式判別

樊恒輝等[25]基于細(xì)粒土的分散機(jī)理，構(gòu)建了判別細(xì)粒土分散性的經(jīng)驗(yàn)公式，并提出了物理性分散土(或稱(chēng)之為低凝聚性土)和化學(xué)性分散土的分類(lèi)。物理性分散土屬于一種由于黏粒含量低引起的分散；化學(xué)性分散土是由于土體中含有鈉離子和酸堿度呈堿性引起的分散。根據(jù)黏性土分散性的經(jīng)驗(yàn)判別公式可對(duì)土樣的分散性進(jìn)行初步判別，并可分析其分散機(jī)理。經(jīng)驗(yàn)判別公式見(jiàn)下式:

F1=4-0.01(2WL+Pc)

(1)

F2=4-0.01(2WL+Pc-Ps)

(2)

F3=4-0.01(2WL+Pc-Ps)+0.1pH

(3)

式中：Fn為土的分散值；WL為液限，%；Pc為黏粒(<0.005 mm)含量，%；Ps為鈉百分比，%；pH為酸堿度。

土樣分散性經(jīng)驗(yàn)判別結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可看出，土樣2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、9號(hào)和10號(hào)的F1值大于3.26，因此屬于物理性分散土。剩余的1號(hào)、6號(hào)、7號(hào)和8號(hào)土樣的F2值介于3.16和4.06之間，不能確定；F3值介于4.00和4.50之間，可判別為過(guò)渡土。由此來(lái)看，這10組土樣應(yīng)屬于物理性分散土或過(guò)渡土。

表3 土的分散性經(jīng)驗(yàn)公式判別結(jié)果表

判別標(biāo)準(zhǔn)：①如果F1值大于3.26，則土樣屬于物理性分散土(或低凝聚性土)；如果F1值小于等于3.26，則繼續(xù)引入鈉離子百分比計(jì)算F2值。②如果F2值大于4.06，土體屬于分散土；如果小于3.16，屬于非分散土；如果在3.16和4.06之間，不能確定，則繼續(xù)引入酸堿度計(jì)算F3值。③如果F3值大于4.50，可判別為化學(xué)性分散土；介于4.00和4.50之間，可判別為過(guò)渡性土；小于4.00，可判別為非分散土。

2.3 室內(nèi)試驗(yàn)判別

根據(jù)野外調(diào)查分析和經(jīng)驗(yàn)公式判別，發(fā)現(xiàn)筑壩黃土具有物理分散性或過(guò)渡性。為了準(zhǔn)確判別土樣的分散性，需要通過(guò)室內(nèi)的泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)做進(jìn)一步判別。泥球試驗(yàn)適用于所有細(xì)粒土，針孔試驗(yàn)僅適用于黏粒含量不低于10%的細(xì)粒土。當(dāng)黏粒含量低于10%時(shí)，采用泥球試驗(yàn)的判別結(jié)果作為判別依據(jù)；當(dāng)黏粒含量不低于10%時(shí)，以泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)的判別結(jié)果做為綜合判別依據(jù)；若泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)出現(xiàn)判別結(jié)果不一致時(shí)，從工程安全的角度來(lái)考慮，取分散性最強(qiáng)的判別結(jié)果作為最終判別結(jié)果[7]。

此外，根據(jù)細(xì)粒土的分散機(jī)理，將分散土分為物理性分散土、化學(xué)性分散土、物理-化學(xué)復(fù)合性分散土?；瘜W(xué)分散土是由于土體中含有大量的鈉離子和酸堿度呈堿性，導(dǎo)致雙電層厚度增大，因此土顆粒分散成原級(jí)顆粒；物理性分散土是由于土體中黏粒含量較少，土顆粒間缺乏足夠的膠結(jié)物質(zhì)，導(dǎo)致遇水后出現(xiàn)類(lèi)似于砂土的特性；物理-化學(xué)復(fù)合性分散土是兩者兼而有之。為了避免工程界對(duì)“分散土”一詞的敏感性，將“物理性分散土”稱(chēng)之為“低凝聚性土”。

判別分散土的類(lèi)型，可采用兩種方法進(jìn)行確定。第一種方法是根據(jù)黏粒含量進(jìn)行區(qū)分，即黏粒含量10%是細(xì)粒土產(chǎn)生物理性分散的大致界限。當(dāng)黏粒含量低于10%，如果泥球試驗(yàn)有分散性，稱(chēng)之為物理-化學(xué)復(fù)合性分散土，反之稱(chēng)之為物理性分散土；當(dāng)黏粒含量大于10%時(shí)，泥球試驗(yàn)表現(xiàn)為分散性，則稱(chēng)之為化學(xué)分散性土。第二種方法是根據(jù)泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)區(qū)分，當(dāng)泥球試驗(yàn)表現(xiàn)為非分散性且針孔試驗(yàn)表現(xiàn)為分散性時(shí)稱(chēng)之為物理性分散土，當(dāng)泥球試驗(yàn)表現(xiàn)為分散性時(shí)稱(chēng)之為化學(xué)性分散土。如果土樣為化學(xué)性分散土，且黏粒含量低于10%，稱(chēng)之為物理-化學(xué)復(fù)合性分散土。

(1) 泥球試驗(yàn)。土樣泥球試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2、表4。圖2是選取的幾組有代表性的照片。在泥球崩解過(guò)程中，土樣3和10在泥球放入水中后崩解速度迅速，土很快擴(kuò)散到整個(gè)杯底，水呈霧狀，經(jīng)久不清，屬于分散土；土樣2和5在崩解后四周僅有微量渾濁，擴(kuò)散范圍較小，屬于過(guò)渡土；土樣1、4和6、7、8、9沒(méi)有分散出膠粒反應(yīng)，土塊崩解后在杯底以細(xì)顆粒狀平堆，水色澄清，屬于非分散土。

(2) 針孔試驗(yàn)。土樣針孔試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、表4。圖3是選取的幾組有代表性的照片。由于針孔試驗(yàn)是模擬在動(dòng)水作用下土體的抗水蝕狀況，而黏粒含量低于10%的土本身黏聚性較差，很容易被流動(dòng)的水流帶走流失，所以針孔試驗(yàn)不適宜于黏粒含量低于10%的土樣。因此，對(duì)于黏粒含量低于10%的2、3和7、8、9、10號(hào)土樣雖然也做了針孔試驗(yàn)，但判別結(jié)果僅作為參考，不參與綜合判別，僅對(duì)黏粒含量大于10%的1、4、5和6號(hào)土樣進(jìn)行判別。在針孔試驗(yàn)沖蝕過(guò)程中，土樣1和6在1 020 mm的水頭下，針孔沒(méi)有變化，水樣清澈，屬于非分散土；土樣4和5分別在180 mm、380 mm的水頭下，針孔擴(kuò)大數(shù)倍，水樣渾濁，屬于過(guò)渡土。

圖2 土樣泥球試驗(yàn)照片(純水)

圖3 土樣針孔試驗(yàn)判別結(jié)果(純水)

依據(jù)前述的綜合判別準(zhǔn)則，在黏粒含量大于10%的1、4、5和6號(hào)土樣中，土樣1、6的泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)的結(jié)果均表現(xiàn)為非分散性，所以屬于非分散土；5號(hào)土樣的泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)均表現(xiàn)為過(guò)渡性，因此屬于過(guò)渡土；4號(hào)土樣泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)不一致，分別表現(xiàn)為分散性和過(guò)渡性，該土的黏粒含量10.2%，正好處于物理性分散土的界限，根據(jù)前述的第二種判別分散土類(lèi)型的方法，將4號(hào)土樣劃分為低凝聚性土(物理性分散土)。在黏粒含量小于10%的2、3、7、8、9和10號(hào)土樣中，土樣3和10由于泥球試驗(yàn)表現(xiàn)為分散性特征，屬于物理-化學(xué)復(fù)合性分散土；2號(hào)土樣的泥球試驗(yàn)表現(xiàn)為過(guò)渡性，因此屬于過(guò)渡土；7、8和9號(hào)土樣泥球試驗(yàn)表現(xiàn)為非分散性土，劃分為低凝聚性土(物理性分散土)。

表4 土樣分散性綜合判別結(jié)果(純水)

3 土樣分散機(jī)理分析

細(xì)粒土產(chǎn)生分散的機(jī)理有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面，內(nèi)因主要是土中黏粒含量與土體中鈉離子和酸堿度作用，外因是環(huán)境水和土體壓實(shí)度的作用。土中的黏土礦物類(lèi)型與含量和黏土的分散性沒(méi)有必然關(guān)系[25]。

3.1 土樣分散機(jī)理內(nèi)在因素分析

土的分散性與土體的物理化學(xué)性質(zhì)有直接的關(guān)系，主要與黏粒含量、鈉離子和酸堿度等致散因子有關(guān)。從物理指標(biāo)分析，由于黏粒顆粒細(xì)小，具有很大的表面積，黏接力很強(qiáng)，可提高土顆粒之間的黏聚性。如果土體中的黏粒含量較低，土顆粒大部分呈單個(gè)顆粒形式的存在，當(dāng)遇到水流沖蝕時(shí)，就表現(xiàn)出類(lèi)似于細(xì)砂分散的性質(zhì)。從化學(xué)角度分析，當(dāng)土體中含有較多的鈉離子且酸堿度呈堿性時(shí)，土顆粒帶的負(fù)電荷增加，吸附的鈉離子越多，雙電層越厚，土顆粒間的排斥力大于吸引力，凈勢(shì)能表現(xiàn)為斥力，懸浮液中顆粒的分散傾向就越大。

表5為10 組土樣的雙密度計(jì)試驗(yàn)、孔隙水可溶性陽(yáng)離子試驗(yàn)、交換性鈉離子百分比試驗(yàn)和酸堿度試驗(yàn)結(jié)果。雙密度計(jì)試驗(yàn)適用于黏粒含量不小于10%的細(xì)粒土，孔隙水可溶性陽(yáng)離子試驗(yàn)、交換性鈉離子百分比試驗(yàn)適用于所有細(xì)粒土。因此，對(duì)于黏粒含量低于10%的土樣，雖然進(jìn)行了雙密度計(jì)試驗(yàn)，但是未計(jì)算分散度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅作為參考。

表5 土樣分散機(jī)理內(nèi)在因素試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)分散性判別結(jié)果可知，土樣3和10屬于物理-化學(xué)復(fù)合性分散土。從表5中可知，這兩組土樣的黏粒含量分別是3.6%、5.9%，土體中的鈉百分比分別是87.8%、93.6%，交換性鈉離子百分比分別是29.6%、6.4%，pH值分別是9.11、8.93。由于黏粒含量低于10%，具有物理分散土的特征，同時(shí)鈉離子含量很高，而且酸堿度呈強(qiáng)堿性。在泥球試驗(yàn)中，這2組土樣均表現(xiàn)為分散土特征，因此，這兩組土樣屬于物理-化學(xué)復(fù)合性分散土。

與呈物理-化學(xué)復(fù)合性分散的土樣3和10相比較而言，土樣1、2、5、6鈉離子含量比較低，或者酸堿度含量偏堿性，或者黏粒含量高，因此，引起的分散性有限，使得土樣2、5呈過(guò)渡性，土樣1、6呈非分散性。由于4、7、8、9土樣黏粒含量低于或略大于10%，土顆粒之間缺少黏聚性，屬于低凝聚性土(物理性分散土)。

從雙密度計(jì)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，土樣1、5和6分散度分別為24.4%、19.3%、21.9%，表明這幾組土遇水后自行分散成原級(jí)顆粒的能力較低。但是，土樣4的分散度為93.5%，遇水后分散成原級(jí)顆粒的能力比較高。出現(xiàn)此狀況，一方面與孔隙水陽(yáng)離子中鈉離子含量高有關(guān)，另一方面可能是因?yàn)樵撏恋酿ち：柯源笥?0%，與雙密度計(jì)方法不適用于黏粒含量小于10%的規(guī)定有關(guān)。

3.2 土樣分散機(jī)理外在因素分析

(1) 泥球試驗(yàn)結(jié)果分析

土樣泥球試驗(yàn)判別結(jié)果(庫(kù)水)見(jiàn)圖4。

圖4 土樣泥球試驗(yàn)判別結(jié)果(庫(kù)水)

(2) 針孔試驗(yàn)。土樣針孔試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5、表6。圖5是選取的幾組有代表性的照片，與圖3對(duì)比可明顯發(fā)現(xiàn)，在庫(kù)水的沖蝕作用下，黏粒含量大于10%的1、4、5和6號(hào)土樣沖蝕狀況沒(méi)有改變，依舊分別表現(xiàn)為非分散土、過(guò)渡土、過(guò)渡土和非分散土。相對(duì)而言，黏粒含量小于10%的部分土樣在針孔試驗(yàn)中，表現(xiàn)為抗水蝕的水頭增大，水流顏色變淺，即抗蝕能力有所增強(qiáng)，但特征不顯著，如土樣3、9。

圖5 土樣針孔試驗(yàn)判別結(jié)果(庫(kù)水)

依據(jù)泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)的綜合判別規(guī)則可知，在庫(kù)水作用下，原呈物理-化學(xué)復(fù)合性分散土的3、10號(hào)土樣由于泥球試驗(yàn)表現(xiàn)為非分散性，但是由于黏粒含量低于10%，因此轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍坌酝?。同樣，原呈過(guò)渡土的2、5號(hào)土樣由于泥球試驗(yàn)表現(xiàn)為非分散性，但由于2號(hào)土樣的黏粒含量低于10%，因此也轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍坌酝粒?號(hào)土樣的黏粒含量大于10%且針孔試驗(yàn)表現(xiàn)為過(guò)渡性，因此5號(hào)土樣仍為過(guò)渡土。原呈非分散土的1、6號(hào)土樣依舊屬于非分散土。原呈物理性分散土(低凝聚性土)的4、7、8、9號(hào)土樣沒(méi)有變化。由此來(lái)看，在庫(kù)水作用下，有1組土樣表現(xiàn)為過(guò)渡性，2組土樣表現(xiàn)為非分散性，其他7組土樣均為低凝聚性土。

表6 土樣分散性綜合判別結(jié)果(庫(kù)水)

由表2可知，7座水庫(kù)的庫(kù)水中溶解有較多的可溶性鹽分，礦化度較高，尤其是2、3、10號(hào)土樣修建水庫(kù)的庫(kù)水，水樣礦化度在2 033.8 mg/L～5 898.2 mg/L之間。根據(jù)雙電層理論可知，高礦化度的庫(kù)水使得土顆粒間的雙電層厚度減小，分散性減弱。因此，庫(kù)水下泥球試驗(yàn)均表現(xiàn)為非分散土。相比較而言，針孔試驗(yàn)的改性程度不是非常明顯，這是因?yàn)槟嗲蛟囼?yàn)和針孔試驗(yàn)分別模擬了靜、動(dòng)水作用下土的分散與沖蝕特性，兩個(gè)試驗(yàn)反應(yīng)的特性不同而不同。值得特別說(shuō)明的是，這也是某些大壩的筑壩土料為什么是分散土而大壩仍在安全運(yùn)行的原因。

4 石灰改性土試驗(yàn)

工程實(shí)踐表明，石灰加入土中后通過(guò)陽(yáng)離子交換作用、碳酸鈣作用和火山灰作用等，可增強(qiáng)土顆粒間的黏聚力，提高抗水蝕性，對(duì)分散土具有良好的改性效果。為了進(jìn)一步探索石灰處理土樣分散性的效果，本研究選取屬于物理-化學(xué)復(fù)合性分散的3號(hào)和10號(hào)土樣、屬于過(guò)渡土的2號(hào)土樣以及屬于低凝聚土的4號(hào)土樣，分析了石灰劑量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)改性影響的試驗(yàn)研究，其結(jié)果見(jiàn)圖6—圖8。

4.1 石灰改性土泥球試驗(yàn)

4組土樣在摻入石灰后，所有劑量和養(yǎng)護(hù)齡期下改性土樣的泥球試驗(yàn)均無(wú)膠粒分散出，水色清澈，屬于非分散土。以3號(hào)土樣的養(yǎng)護(hù)齡期0 d(即攪拌后)為例(見(jiàn)圖6)，可以看出，在靜水條件下，石灰可有效降低土的分散性，由分散土(圖2(b))轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠稚⑼痢?/p>

圖6 石灰改性土的泥球試驗(yàn)結(jié)果(養(yǎng)護(hù)齡期0 d)

4.2 石灰改性土針孔試驗(yàn)

圖7、圖8為石灰改性的針孔試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯觯S著石灰摻量和齡期的增加，4組土樣的改性效果愈發(fā)顯著，針孔大小沒(méi)有變化，水流清澈。以土樣3為例，當(dāng)石灰劑量為1%和2%時(shí)，在養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到7 d時(shí)還沒(méi)有改性效果；當(dāng)劑量在3%時(shí)，養(yǎng)護(hù)齡期從0 d增至3 d、7 d，土樣由分散土轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)渡土、非分散土；當(dāng)劑量在4%時(shí)，養(yǎng)護(hù)齡期在0 d和3 d

圖7 石灰改性土的針孔試驗(yàn)結(jié)果

圖8 石灰改性劑量和齡期與改性效果關(guān)系

時(shí)土樣為過(guò)渡土，7 d轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠稚⑼?；劑?%時(shí)，養(yǎng)護(hù)齡期在0 d時(shí)土樣變?yōu)檫^(guò)渡土，3 d、7 d為非分散土。

由石灰改性土的泥球試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)結(jié)果可看出，石灰對(duì)分散土及過(guò)渡土和低凝聚性土具有很好的改性增強(qiáng)效果，能夠大大提高抗水蝕特性。另外，若以7 d養(yǎng)護(hù)齡期的改性結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)石灰劑量的大小，則土樣2、3、4、10的石灰最優(yōu)劑量分別為1%、3%、1%、1%。土樣3摻加石灰劑量多的原因可能和土的顆粒級(jí)配、活性二氧化硅、陽(yáng)離子含量、有機(jī)質(zhì)含量、酸堿度、黏土礦物含量等物理化學(xué)及礦物學(xué)成分有關(guān)，值得進(jìn)一步研究。

5 結(jié) 論

(1) 陜北筑壩黃土大部分由于黏粒含量低而表現(xiàn)為低凝聚性土(物理性分散土)，一部分表現(xiàn)為物理-化學(xué)復(fù)合性分散土、過(guò)渡土及非分散土。同時(shí)，由于庫(kù)水中礦化度含量較高，有效地抑制了土體的分散性，提高了抗沖蝕性。因此，雖然有些筑壩土料具有一定的分散性，但是在實(shí)際情況下，分散性減弱甚至消失，壩體得以安全運(yùn)行。

(2) 石灰是一種較好的分散土或低凝聚性土改性劑。在新建或病險(xiǎn)庫(kù)維修改造時(shí)，考慮到工程實(shí)際施工建設(shè)情況，可摻加劑量1%～3%的石灰進(jìn)行進(jìn)行改性處理，尤其是在與壩肩接觸、埋置管道等重要部位進(jìn)行改性換填。

(3) 分散土屬于一種水敏性的特殊土，其分散產(chǎn)生原因既有內(nèi)部因素又有外部因素，既有物理作用又有化學(xué)作用，應(yīng)分析土-水-電解質(zhì)系統(tǒng)中各部分的關(guān)系，深入研究物理性分散土與化學(xué)性分散土對(duì)水質(zhì)的不同響應(yīng)特征、對(duì)反濾層級(jí)配大小的影響，以便更好指導(dǎo)工程實(shí)踐。