[科普中國]-分散性土

簡介

分散性土，是指土中所含黏性土顆粒在水中散凝呈懸浮狀，易被雨水或滲流沖蝕帶走引起破壞的土。分散性土的發(fā)現(xiàn)和研究始于20世紀(jì)50年代的澳大利亞和美國。分散性土遍布亞洲、歐洲、非洲、南美洲、北美洲和大洋洲。中國見于黑龍江、廣西、新疆、江蘇、山東、河南等10多個?。ㄗ灾螀^(qū)）。松嫩平原集中分布著約2萬km2的分散性土。

土的分散性與土顆粒表面的電化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，受土粒表面擴(kuò)散雙電層控制。以蒙脫石為主組成的黏性土土粒，吸附周圍水化陽離子形成雙電層，土粒與富鈉離子的孔隙水溶液形成離子擴(kuò)散層。被包圍的膠體土粒處于靜電力和分子熱動力的動平衡中。鈉離子使擴(kuò)散層水膜增厚，顆粒間吸引力減小，當(dāng)排斥力超過吸引力，土粒逐漸被析離而呈懸浮狀，產(chǎn)生反絮凝現(xiàn)象，土體因之由聚合狀分解成為單個顆粒，土粒被流動的水帶走而破壞，或發(fā)生管涌與沖蝕。分散性土的分散特性是由土和水兩方面因素決定的，土中蒙脫石、伊利石等活性礦物和吸附性鈉離子的含量，孔隙水溶液中鈉離子對鈣鎂離子的含量優(yōu)勢和堿性介質(zhì)環(huán)境，是決定土的分散性的主要因素；而工程環(huán)境水中溶解鹽類總量是決定土分散性的重要因素。水中溶解鹽類含量越?。稚⒊潭仍礁?；而在鹽濃度高的水中分散度降低甚或不分解。分散性土是高鈉土，鈉離子來源與海相沉積中原生鈉鹽殘余、黃土沉積中長石的化學(xué)分解，以及巖土風(fēng)化過程中水鹽循環(huán)交替累積的次生產(chǎn)物有關(guān)。

在塑性圖上，分散性土位于A線以上，屬黏質(zhì)土。組成分散性土的主要黏土礦物為蒙脫石和某些伊利石。分散性土易被水沖蝕的現(xiàn)象比細(xì)砂和粉土要嚴(yán)重，膠體微粒幾乎在靜水中就變成懸浮質(zhì)，再被緩慢流動的水帶走；而普通土發(fā)生潛蝕必須有足夠大的滲透比降，這是分散土與普通土滲透變形的本質(zhì)區(qū)別。1

分散性土對工程的危害分散性土的基本性質(zhì)分散性土是一種特殊土，研究表明：在純凈水中黏土顆粒的黏團(tuán)結(jié)構(gòu)自行破壞，并分散成原級配的黏土顆粒，抵抗純凈水滲透破壞的能力很低，因而造成土體在雨水作用下，產(chǎn)生嚴(yán)重沖蝕和滲透破壞。

分散性土的工程危害分散性黏土在水利工程中產(chǎn)生破壞，是20世紀(jì)50年代在澳大利亞首先發(fā)現(xiàn)。美國也在60年代發(fā)現(xiàn)了分散性黏土對水利工程產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象。我國黑龍江省70年代興建北部引嫩繁榮灌區(qū)等工程時，首先發(fā)現(xiàn)分散性土對工程產(chǎn)生的嚴(yán)重破壞，在以后的水利工程建設(shè)中，在我國湖北、浙江、廣西、遼寧、山東、河南、吉林等省（自治區(qū)）相繼都有發(fā)現(xiàn)。2

分散性土的判別標(biāo)準(zhǔn)分散性土與非分散性土的判別標(biāo)準(zhǔn)以及試驗方法詳見表。

分散性土的應(yīng)用世界許多地方都有分散性土分布，使用其作為堤、壩填筑土料不可避免，只要采取正確的工程處理措施，是能夠保證工程的安全。目前，在化學(xué)改性分散性土方面，采用石灰、水泥、粉煤灰、硫酸鋁、氯化鈣、氯化鋁等多種材料，但多采用石灰處理分散性土。石灰中的Ca2+交換黏土吸附的Na+，可使分散性土變?yōu)榉欠稚⑿酝?。由于分散性土的抗沖蝕性較低，設(shè)置反濾層是防止土體滲透破壞的一種有效措施。此外，采用復(fù)合土工膜、非分散性土包裹在分散性土防滲體的外面，可隔離或阻止分散性土受到直接沖蝕，這也是一種行之有效的處理方法。

國內(nèi)外研究進(jìn)展分析表明，由于分散性土發(fā)現(xiàn)較晚，對其研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及黃土、鹽漬土、軟土、膨脹土等其他特殊土的深度，雖然前人對此做了大量的工作，但現(xiàn)有的研究成果，尤其在土的分散機(jī)理研究方面，對于工程實踐仍缺乏足夠的理論指導(dǎo)。遇水分散是分散性土的固有特征，水是分散性土產(chǎn)生分散的誘發(fā)因素，而水溶液中離子種類、含量是使土顆粒產(chǎn)生凝聚或分散的根本因素，目前對水溶液中各種離子影響土的分散性研究較少，應(yīng)深入研究分散性土化學(xué)一滲流一力學(xué)（CHM）耦合作用機(jī)理。分散性土本身具有良好的抗?jié)B性能，但是如果防滲體存有裂縫，則容易發(fā)生滲透破壞。因此，深入了解分散性土防滲體裂縫的演變規(guī)律及其影響因素對工程實踐具有一定的指導(dǎo)作用。分散性土的微觀結(jié)構(gòu)及其與滲透變形、分散性能等工程特性之間的關(guān)系研究尚屬空白。建議專門開發(fā)針對分散性土的土壤固化改良劑，使其滿足工程建設(shè)需求。3