南水北调配套工程石津灌区沿线土性分析

张米军，王新中 ，田淑娟，王桂卿

（1.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250；2.河北省平泉县建设局，河北 平泉 067500）

河北省南水北调配套工程石津灌区可行性研究工程勘察段全长200km，途经鹿泉、石家庄、正定、藁城、晋州、辛集、深州、武强、泊头等地。沿线勘察钻孔揭露表明，在勘察深度45m范围内，土层均为第四系全新统地层，大部分由洪积及冲积形成，局部由湖沼积形成。由于土层的成因和时代相同，本工程区域内的土类与其物理、力学指标有一定的相互关系。

结合工程实际对以上问题进行总结、分析。

1 土的定名

在旧堤防标准SL/T 188—96中，细粒土的分类依据SD128—84《土工试验规程》。土颗粒的划分范围是：小于0.005mm为粘粒，0.05～0.005mm为粉粒，大于0.05mm为砂粒，见图1。

在新堤防标准SL188—2005中，土颗粒的划分范围是：小于0.005mm为粘粒，0.005～0.075mm为粉粒，大于0.075mm为砂粒，见图2。

从图1、图2可以看出，两个土的三角坐标分类图中有3处不同：①粉粒坐标；②砂粒坐标；③当粘粒含量小于3%时，新标准中土的三角坐标分类图中去掉了“粉砂”类土（避免了和新标准中砂土分类中的粉砂产生混淆），除此之外，图1、图2无论从图形结构、土类数量、土类名称及各土类的划分区间均相同。表1列出了本工程部分两种标准定名不同的土样。

图2 新堤防标准土的分类

表1 新、旧堤防标准土的定名对照 单位/mm

从表1中可知，同1组土样，相同的颗粒组成，采用新、旧堤防标准，出现了土的定名（或土类）差异，其差别为在原旧标准所定的土名中加上“粉质”两字，使原来砂壤土、轻、中、重壤土感觉粘性增加了；而粘土加上“粉质”两字后反而感觉土的粘性降低了。其实土的物理力学性质并未发生改变，只是因采用不同的规范定名发生了变化而已。表1中的数据只是部分代表性数据，没有全部列出。经统计，2009年12月一期勘察共有原始试验数据377组，新、旧标准定名不同的有57组，占总数的15%。如果局部区域新、旧标准对土的定名不同的数量较集中，就可能对土性的判断产生偏差，因此应引起有关人员对规程规范的采用给予高度重视。

2 WP、IP与WL的关系

影响界限含水率的因素主要有土颗粒组成、矿物成分、交换离子、水溶液的成分和浓度等，它和土的天然密度无关，试验结果也不受采样扰动的影响。因此，同一地区时代、成因相同的土层，界限含水率指标应该具有很好的相关性。图3是377组数据的汇总结果。从图3可以看出，液限与塑限、塑性指数具有良好的线性关系。

如果把图3中的IP与WL的关系式与规范——《土的分类标准》（GBJ145—90）中的塑性图A线比较后不难发现，图3中的散点除了IP值小于10外，其余均在A线上方。因此，如按塑性图分类，大部分土的定名为CL、CH，少部分土的定名为ML。

图3 WL与WP、IP关系

3 Ccq、φcq与IP的关系

塑性指数能够综合反映细粒土的矿物成分和颗粒组成，它的大小能够很好地反映土的物理特性。但是，土的力性指标Ccq、φcq除了与土类（IP）有关外，还与土的密度、饱和度、固结状态和应力历史等主要因素有关。本次工程勘察试验数据的取得，由于采用了饱和、固结快剪方法，虽说不能完全等同土体的天然受力状态，但最大限度地消除了除密度外其他因素对Ccq、φcq值的影响。

图4由318组土的IP值与Ccq值一一对应的散点组成。从图4中可以看出，随着IP值的增大，Ccq值的变化区间也加大，也就是说，在其他条件相同的情况下，土质越粘，其Ccq值受密度等其他因素变化的影响越大，反之越小。

图4 Ccq与IP关系散点图

图5是由318组土的IP值与φcq值一一对应的散点组成。从图中可以看出，φcq（平均值）随IP总的变化趋势是：随着IP值的增加，φcq值逐渐降低，当IP值大于20时，φcq值趋于一个定值，不随IP值变化。同一IP值，φcq值有一定的变化区间。在IP值小于20区段，变化区间为±7.6；在IP值大于20区段，变化区间为±4.38，也就是说，分别在φcq随IP变化的两个区段中，即使土类不同，φcq值受密度等其他因素影响的波动范围也是大体相同的。

图5中有3条平行的直线。上下两条线分别为散点的上限线和下限线，两线之间包含了约97%的散点。中间一条线是前两条线的中线，即平均线。如果估算此工程沿线某一土类的φcq值可以采用如下方法。

图5 φcq与IP关系散点图

当IP≤20时 φ平均=-0.825IP+35.2

φcq=φ平均+a （-7.6≤a≤7.6）

当IP＞20时 φ平均=15.63 φcq=φ平均+a（-4.38≤a≤4.38）式中 IP为土的塑性指数；φ平均为对应IP的平均内摩擦角；a为受其他因素影响的修正值；φcq为土的内摩擦角。

4 ES与IP的关系

在影响ES值大小的因素中，土类是影响ES大小的主要因素之一，图6是ES与IP的散点关系图。

图6 ES0.1～0.2与IP关系图

从图6可以看出，ES随IP值的增加，总趋势减小，而且，IP值越小，对ES的影响越大。当IP值大于20后，ES值的变化趋于平缓，IP对ES的影响程度逐渐降低。

5 结语

（1）新堤防标准中细粒土的分类仍采用三角坐标图法，但是划分粉粒区间的上限值发生了变化，由过去的0.05mm改成了0.075mm，这样，部分颗粒组成相同的土，新、旧标准定名的土类可能不一致，容易对土性评判产生偏差。

（2）土类对抗剪强度指标的影响各不相同，总趋势是：Ccq值随土的粘性增加而增加，且Ccq值随土的粘性增加而受其他因素影响程度越高，其值波动越大；φcq值随土的粘性增加而降低，当IP值大于20时，φcq趋于定值。

（3）土类对压缩模量ES的影响总趋势是：随土类的粘性增加而降低。IP值越小，ES值的波动越大，说明其他因素对ES的影响越大。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程石津灌区工程地质勘察报告［R］.2009.

［2］SL188—2005，堤防工程地质勘察规程［S］.

［3］SL188/T—96，堤防工程地质勘察规程［S］.

［4］SD128—84，土工试验规程［S］.

［5］GBJ145—90，土的分类［S］.

［6］常士骠，张苏民.工程地质手册（第四版）［K］.北京：中国建筑工业出版社，2007.