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1、RM CM 本 刊特稿 S p e c i a l S t o r y St 蛆 d y O i l n n g Ch m a c t e a i s t i c s o f W i n d b l o v So i l 刘绍宁 袁王卿 李伟 孙兴亚 1 开封市公路管理局 河南 开封 4 7 5 3 2 河南大学 土木建筑学院 河南 开封 4 7 5 0 0 4 0 引言 风 积 沙土 是 黄河 两 岸 及 周 边地 区特 有 的一 种 土质 是在 风 成 沙 性 质 土发育 起 来 的 土壤 来 源于 黄 河 上 中 游 沉 积 于 黄 河 中 下 游 的 黄 泛 区 这种 特 殊 的土 质
2、 具 有结 构 松 散 级 配 不 良 空 隙率 大 强度 较 低 水 稳 定性 好 沉 降均 匀 受季 节 影 向 小 等特 点 并 且 分布 广泛 储 量 丰 富 在 公 路 路 基 工 程 施 工 中 风 积 沙 土作 为一 种特 殊 的填 料 起 到 了不可 替代 的作 用 各 地 区对 黄 泛 区风 积 沙 土 的称 谓 略有 不 同 研 究 主要 见 于 国 内文 献 周 冰 等l 研 究 了山 东 省 境 内 的 黄泛 区 土 的组 成特 点 颗 粒微 观 结 构 物理 力 学 特 性 以及 土 的压 实 机理 和 性状 研 究 认 为 黄泛 区土 呈层 状 结 构 化 学 成
3、分 以硅 铝 为 主 非粘 土矿 物 含 量 高 粉 土颗 粒 2 4 高达 8 0 以上 级 配较 差 宋修 广 等 研 究 了 山 东 省 北 部 黄 泛 区粉 土 路基 发 现 由于 具 有粘 粒 含 量 少 颗粒 均 匀 水敏 感 性 显 著 等特 征 在 降雨 和 毛 细水 上 升 等 因素 综合 影 响下 耐久 性 严 重 不 足 极 易 发 生 强 度 衰减 使 路 基 支撑 强 度 显 著 降 低 王 士华 j 研 究 了晋 陕两 省 交 界 的 黄河 东 岸 沙 区 高速 公 路 路 基 设 计 与 施 工 采用 风 积 沙 土 作 为 道 路 工 程 土 工 材 料 尚 缺
4、 乏 系 统 总 结 与 分 析 论 证 在 该 地 区修 建 的高 速 公 路 路 基 不均 匀沉 降 以 及水 稳 定 性 差 引 起 冻胀 翻 浆 是 导致 路 面 破 坏 的 重 要 原 因之 一 故 研 究 该 地 区风 积 沙 土 的工 程性 质 以及 进 行 施工 工 艺 的 优 化 和创 新 将 会 带来 重 要 的经 济 效 益 社 会效 益和 环 境效 益 1 风 沙土棚 述 1 1 风积沙 土来源 黄河 全 长 约 5 4 9 4 k m 发 源 于 青 海省 干 流流 经 青 海 四川 甘 肃 宁 夏 内 蒙古 陕 西 山 西 河 南 山东 9 个 省 区 注 入 渤
5、海 其 流 域 面 积7 5 2 4 4 3 k m2 在 全 国河 流 中长 度 和流 域 面 积均 居 第 二位 仅 次 于 K江 由于 暴 雨集 中 植 被 稀 疏 土 壤 抗 蚀 性 差 使 黄 河 中 游黄 土 高 原 成 为 中国水 土 流 失 最严 重 的地 区 黄 土 高原 严 重 的 水 土流 失 使 黄 河 成 为驰 名 世 界 的 多泥 沙河 流 黄河 是 地 球上 三 个年 输 沙量 超 过 1 0 亿t 的流 域 泥 沙 输 移 巨 系统 之一 平均 每 年 要 向下游 输 送 l 6 亿t 泥 沙 其 中 约有 4 淤积 在 下游 河 是黄 河 下游 洪 水泥 沙
6、灾害 的主要 根 源 新 中 国 成 立 之前 由于 自然 及 人 为所 致 黄河 多次 决 堤 流水 携 带黄 沙 对 沿岸 地 区造 成 了 巨 大破 坏 原 地 表 植 被 消 失 携 带 的大 量 S p e c i a 1 S t r 本刊特稿RM CM 泥 沙 沉 淀 后 来 黄 河 改 道 水 位 下 降 水 分蒸 发 后 在 风蚀 作 用 下 粉 细 沙 表 面 逐 渐 形 成 连 绵 沙 丘 地 貌 形 成 局部 沙漠 现 象 1 2 冈觏 沙土 区域 分布 中 国 是 一 个 多 沙 漠 国 家 沙 漠 面 积 约 7 0 k m 主 要 分 布 在 新 疆 甘 肃 内 蒙
7、古 宁 夏 青海 等 西部 省 区 中 国沙 漠 和 沙 漠 化土 地 绝 大部 分 分 布在 西 北 和 华北 北 部 地 区 风 积 沙 土地 主 要 分布 在 湿润 半 湿 润 的河 谷盆 地 和 滨 海地 区 由 于 气 候 地 貌和 地 质 条 件 的 不 同 风 沙 化 土地 在 空间 上 的分布 特 征 具 有较 大 差异 历 史 上 黄 河 多 次 决 堤 泛 滥 与 持 续风 蚀 在 水 成和 风成 的双 重作 用 下形 成风 积 沙 土 区别 于 沙 漠 地 区 的风 积 沙 主 要 分布 在 黄 河 中积 大 平 原 及 黄 河 故 道 在 陕西 山 西 河南 山东 等
8、省沿 黄 河 中下 游地 区 均 有 分布 只 是每 个 地 区 对 这 种 土 质 的称 谓 略 有 不 同 在 河 南豫 东 大 平原 有较 广泛 的分 布 郑 州 开 封 地 区 分布 更 为广 泛 这种 土 质 不 同 于 中 国 西北 沙 漠 地 区 的风 积 沙 更 不 同 于 中 原 地 区 广 泛 分 布 的 粘 性 土 形成 了 中原 黄 泛 区一 种 特 有 的 土 质 1 3 开封风积 沙土 开 封 坐 落 于 广 袤 的豫 东 平原 之 上 境 内无 山 河流 湖 泊 较 多 开封 属 暖 温 带 大 陆性 季 风 气候 四 季 分 明 光 照 充 足 气 候 温 和
9、雨 量 适 中 年 平 均 气 温 1 4 年 均 降 雨量 6 7 0 IT I I T I 地 上 地 下 水 资 源 丰 富 同 时 开 封 地 处 黄 河 冲 积 平 原 第 四 纪 全 新 地 层 地 表 土 层 为 黄 河 冲 积 物 质 地 疏 松 见 图 1 图 2 黄 河 河 床 高 出开 封 市 地 面 l O m以上 且 以每 年 1 0 c m的 速 度 增 高 形 似 天 河 世 人 将 此 称 为 悬 河 历 史 上黄 河 多次 溃 堤 解 放 初 期 开 封 的 沙丘 面 积 多 达 8 0 0 0 万 m2 根 据 岩 性 特征 原 位 测 试 及 岩 土 的物
10、理 力学 性 质 差 异 等 共 分 4 个 工 程 地 质 单 元 自上 而 下 描 述 见 表 1 A层 含 有细 粒 土 砂 浅 灰 色 饱 和状 稍 松 砂 质 不均 局 部 地 段 夹 灰 色 低 液 限 粉 土 含 少 量 贝 壳 碎 屑 偶 见 植 物 腐 根 主 要 成 分 为 长 石 石 英 少量 云 母 次 圆 状 本 层 仅 分布 于 场 区西 部 出露 于 地 表 B层 是 低 液 限 粉 土 褐 黄 色 稍 湿 中密 土质 不 均 局部 夹低 液 限粘土 局部 表 层 有厚 约0 5 1 0 图 1 风积 沙 土原 地 貌 图2 风 积 沙土 碾 压破 坏 后 表 1
11、 各层 厚 度 深 度 及层 底 标 高 A 含 细粒 土砂 0 6 0 2 1 0 O 6 o 2 1 0 7 5 4 9 B 低液 限粉 土 0 8 0 41 O n8 O 5 5 0 7 3 O 6 C 细 砂 0 7 0 l 3 0 2 8 0 6 伪 7 1 8 3 D 低 液 限粘 土 8 0 6 6 0 未 揭穿 未揭 穿 RM CM 本刊 特稿 S p e c i a l S t o r y r n 左 右 的 耕 植 土 含 少 量 植 物 根 系 无 光 泽 摇 振 反应 迅 速 韧 性 差 干 强 度低 本层 普 遍 存在 于 场 区 内 局 部 出露于 地表 C层 是
12、细 砂 黄 褐 色 湿 饱 和 稍 密 中 密 主 要 成 分 为 长 石 石 英 少量 云 母和 少 量 暗 色矿 物 次 圆状 局 部 为 亚砂 土 本 层 分布 于场 区局 部 D层 是 低 液 限 粘 土 褐 黄 色 稍 湿 稍 密 可 塑 有 锈 黄 色 浸 染 含 少量 钙质 结 核 及 少量 贝壳碎 屑 本层 普遍 存在 于 场 区 内 钻 孔 未揭穿 2 风积沙土的基本特性 2 1 风积沙土 的颗粒组 成 风 积 沙 土 主 要 为 细 砂 根 据 公路 土工 试验 规程 邝G E 4 o 一 2 0 0 7 规 定 粒径 大 于0 0 7 4 n l l T l 的 土 采用
13、 筛 分 法 粒 径 小于 0 0 7 4 n 1 m 的土 采 用 比重 计 法 从 施 工现 场 取 风积 沙 土3 0 0 g 对其 颗粒 组 成进 行 分 析 结 果 见 图 3 由 图 3可 以 看 出 风 积 沙 土 的 粒径 主要 分布 在o 0 7 4 1 1T I N 1 之 间 含 量 高 i 9 8 大 于 1 n l lT l 的颗 粒 含 量仅 为2 根据 公路 土工 试验 规 程 盯lG o 2 0 0 7 规 定 该 土 样 符 合 细 粒土 要 求 粉 质 颗 粒 的大 量存 在 导致 黄 河 冲 淤积 粉 土级 配 较 差 颗 粒 的表 面 磨 圆度 高 粒间
14、 孔 隙 率 高 l5 沙 源物 质 经 风 吹扬 后 尘 埃状 颗 粒被 吹走 从 而 使 细颗 粒 1 O 0 9 0 8 0 筠7 0 恻6 O 5 O 4 O 3 0 0 筛 孔 尺 寸 mm 减 少 大于 0 51 T I 1 T I 的颗 粒 不易 被 风 吹起 因 此 中等颗 粒 相 应较 多 风 积 沙 土 虽然 经 长期 风 力 改造 仍含 有 少 量 尘埃 颗 粒 这 是 由于 大 颗 粒 在 风 吹扬 时不 断被 磨 搓 的 结果 同 时 流 沙被 固定后 随 着植 物 的生 长 和 成 土作 用 的 深化 粉 粒粘 粒 成 分逐渐 增 多 中 国西 北 沙 漠 地 区
15、的风 积 沙 土 典 型筛 分 曲线 如 图4 所 示 根 据 文 献 6 7 对 比开 封 地 区 风积 沙 土 可 知 由于 西北 地 区较 干旱 年 降雨 量很 小 土 中含 水 率较 低 通 过 风 1 0O 芝 8 0 筠6 0 40 20 O 0 1 O 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 7 筛孔尺寸 mm 图3 开封 地 区风 积 沙土 颗粒 筛 分 图4 西北 沙 漠风 积沙 颗 粒筛 分 2 6 化 和 风积 沙 颗 粒 之 间 的摩 擦 其 风 积 沙 颗粒 比开 封地 区 风积 沙 土 的 机 械 组 成 更细 砂 粒 更均 匀 按 公 路 路 基 土 分类 标 隹
16、应定 义 为细 砂 风 积 沙 的 颗 粒 粒 径 大 多 在o 2 5 0 0 7 4 ml l l 之 间 沙 粒 均 匀 级 配 不 良 风积 沙 的平 均松 散 密 度 为 l 2 0 1 7 2 g c r r 1 3 天 然含 水 量不 超 过3 8 2 2 风积沙土的界 限含水率 开 封 地 区 濒 临 黄河 地 下 水 位 较 高 地 下水 埋 深 为 1 0 0 2 8 0 m 由于 场 区 内 有较 多 的河 流 局 部 地 下水 位 受 影 响 变 化 较 大 据 开 封 市水 文局 提供 的 资料 该 场 区地 下 水 水位 年 内 变幅 1 o m左 右 年 际 变 幅在 2 o m左 右 地 下 水 动 态 变化 受 季 节 影 响 明显 为 典 型 的渗 入一 蒸 发 开 采 型 渗 入一 开 采 型 以及 渗 入一 径 流一 蒸 发 开 采 型 浅层 水 的 富水 程 度 取 决于 含 水 砂 层 的厚 度 和 粒度 的粗 细 可划 分 为水 量 丰 富和 水 量 中等两 个 区域 界 限含 水 率 是 决 定 风 积 沙 土 性 质 的一 个 重 要指
