分散性土是一種在低含鹽量水（或純凈水）中，由于離子相互排斥力超過相互吸引力而導(dǎo)致土體顆粒分散的粘性土［1］。它的發(fā)現(xiàn)和研究始于20世紀(jì)50年代的澳大利亞和美國(guó)。隨后，世界上許多國(guó)家都對(duì)其進(jìn)行研究。我國(guó)于20世紀(jì)70年代首先在黑龍江發(fā)現(xiàn)了分散性粘土，隨后在新疆［2］、山東［3］、山西［4］等省的工程實(shí)踐中都曾遇到，并對(duì)它進(jìn)行了深入的試驗(yàn)研究。分散性粘土的性質(zhì)與粘土的物理化學(xué)狀態(tài)和土顆粒表面的電化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，但工程上常用的土工試驗(yàn)方法不能反映出土的化學(xué)狀態(tài)和土顆粒表面的電化學(xué)性質(zhì)，所以無法鑒定。鑒于目前國(guó)內(nèi)尚無鑒定分散性土的試驗(yàn)規(guī)程，本次試驗(yàn)主要參照《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）中介紹的雙比重計(jì)法、針孔試驗(yàn)、碎塊試驗(yàn)、孔隙水陽(yáng)離子試驗(yàn)等4種試驗(yàn)方法和美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)制定的雙比重計(jì)法（ASTM D4221-99）、針孔試驗(yàn)（ASTM D4647-93（1998））、碎塊試驗(yàn)（ASTM D6572-00）等3種試驗(yàn)規(guī)程，采用雙比重計(jì)法、針孔試驗(yàn)、碎塊試驗(yàn)、孔隙水可溶鹽陽(yáng)離子試驗(yàn)和全土的交換性鈉百分比試驗(yàn)5種試驗(yàn)方法來綜合判別土樣的分散性。但這幾種方法的測(cè)定結(jié)果往往由于土的特殊性而不一致。本文試圖通過對(duì)某擬建大壩防滲土料分散性的研究，從分散性機(jī)理和判斷標(biāo)準(zhǔn)來分析這5種方法不相吻合的原因。

1 土樣的基本物理性質(zhì)

　　試驗(yàn)土樣選取某擬建水利工程大壩心墻土料，土樣的物理性質(zhì)列于表1。由表1可見，9組土樣的比重為2.64～2.72，液限為24.3%～38.0%，塑限為12.8%～24.2%，塑性指數(shù)為8.7～16.6，均為低液限粘土（CL）。在顆粒組成上，9組土樣都以粉粒（0.075～0.005mm）為主，其含量56.0%～66.0%，粘粒（

2 土樣的基本化學(xué)性質(zhì)

　　土樣化學(xué)性質(zhì)列于表2。由表2可見，這9組土樣的易溶鹽含量為0.234～0.533g/kg，在陰離子中，HCO3-含量大，在陽(yáng)離子中，Ca2+含量大。中溶鹽含量為0.33～0.95g/kg;難溶鹽含量在11.41～148.79g/kg，其中土樣1、3、6、7、8、9號(hào)較高，超過100g/kg，其余3組土樣較低;有機(jī)質(zhì)含量為2.25～39.07g/kg，其中土樣1、3、6、7、8、9號(hào)較低，低于10g/kg，其余3組土樣較高。土樣pH值為7.98～9.07，呈堿性。

3 土樣的粘土礦物成分

　　不同類型的粘土礦物，具有不同的晶格結(jié)構(gòu)，同時(shí)也就決定了其具有不同的性質(zhì)。如蒙脫石是2∶1型礦物，晶層間聯(lián)結(jié)弱，結(jié)合力小，晶格具有擴(kuò)展性。伊利石也是2∶1型礦物，但是由于伊利石層間有K+聯(lián)結(jié)，晶層聯(lián)結(jié)較牢固，其分散性和脹縮性較蒙脫石弱。高嶺石屬于1∶1型礦物，層間結(jié)合牢固，晶格無擴(kuò)展性，其分散性和脹縮性最小。因此，在鑒定土的分散性時(shí)，也應(yīng)當(dāng)分析土的礦物成分，從微觀角度來分析土的分散性產(chǎn)生的內(nèi)在因素。

　　土樣的粘土礦物成分分析試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可見，這9組土樣的粘土礦物類型是沒有多大區(qū)別的，主要成分均是伊利石，其含量占全土的12.4%～26.3%，少量伊利石以伊利石—蒙脫石混層礦物形式存在。蒙脫石的含量較伊利石的少，其含量占全土的4.7%～8.7%，且以伊利石—蒙脫石混層礦物形式存在。其中2、4號(hào)中蒙脫石的含量相對(duì)較大，分別為8.7%和7.5%，其余7組土樣的含量較少。土中蒙脫石的存在是產(chǎn)生分散性的前提條件，從礦物化學(xué)角度來說，由于2、4號(hào)中蒙脫石的含量較大，所以2、4號(hào)土樣的分散性應(yīng)大于其它幾組土樣。

4 結(jié)果與討論

　　根據(jù)當(dāng)前通用的關(guān)于分散性粘土鑒定的5種方法，對(duì)9組土樣進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方法參見文獻(xiàn)［5～7］，試驗(yàn)結(jié)果見表4。根據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn)，將5種試驗(yàn)的判斷結(jié)果列于表5。5種方法判定的結(jié)果不盡相同，而且與粘土礦物鑒定結(jié)果出現(xiàn)分歧。經(jīng)過分析，可以從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行解釋。

　　注:土樣分散性判斷標(biāo)準(zhǔn):①雙比重計(jì)試驗(yàn)。非分散土，SCS1時(shí)，非分散土，PS13。

　　4.1 從分散性土的分散性機(jī)理考慮

　　分散性土能在純凈水中大部分或全部自行分散成原級(jí)顆粒。土在水中分散的實(shí)質(zhì)是土粒間的連接在水的作用下破壞的過程，也是土粒間斥力超過引力，使得相互排斥作用占優(yōu)勢(shì)的結(jié)果。在土水體系中，土粒間排斥作用與土粒表面擴(kuò)散雙電層的發(fā)育程度密切相關(guān)。當(dāng)雙電層充分?jǐn)U展、土粒間勢(shì)能較高時(shí)，土水體系由動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)均不穩(wěn)定的狀態(tài)變成基本上相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。處于這種穩(wěn)定狀態(tài)的分散土�？梢噪S水流動(dòng)，為土體的滲透變形和破壞提供了條件。一般認(rèn)為土具有分散性的3個(gè)條件是:

�。�1）含有一定量的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的粘土礦物，即蒙脫石。蒙脫石類粘土礦物也屬于2∶1型礦物，即由2個(gè)硅氧四面體夾1個(gè)鋁氧8面體形成3層礦物，但是片與片之間無K+聯(lián)結(jié)，水可以進(jìn)入片層之間，使晶體產(chǎn)生很大的體積改變。同時(shí)蒙脫石同晶置換較多，產(chǎn)生的負(fù)電也較多，需吸附較多的陽(yáng)離子來平衡多余的負(fù)電。故蒙脫石類晶層間聯(lián)結(jié)弱，晶格具有擴(kuò)展性，具有較大的分散性（Na蒙脫石）和脹縮性（Ca蒙脫石）［8］。

　�。�2）膠結(jié)物含量不足以抑制膨脹和分散作用。土壤中的膠結(jié)物質(zhì)種類很多，歸納起來，大致有3類，粘粒、有機(jī)物質(zhì)和一些簡(jiǎn)單的無機(jī)膠體［9］。粘粒是一種無機(jī)膠體，具有很大的表面積，粘接力很強(qiáng)，如果土體中粘粒含量少，則土體抗沖刷能力低，易分散。有機(jī)物質(zhì)也是一種膠體，往往和粘粒以復(fù)合體的形式存在，可以促進(jìn)團(tuán)粒的形成，粘粒的分散性隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而降低。簡(jiǎn)單的無機(jī)膠體主要是氧化鐵、氧化鋁及其他無機(jī)物。它們成膠膜包在土粒的表面，當(dāng)它們由溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟�膠時(shí)，把土粒膠結(jié)在一起。

　�。�3）高pH的堿性介質(zhì)環(huán)境。酸堿度（pH）是土的主要環(huán)境因素之一，對(duì)土中粘土礦物的形成有一定的影響，一般具堿性或微堿性的土壤環(huán)境有利于蒙脫石類粘土的形成，而酸性的條件則易于生成高嶺石類粘土礦物。土呈堿性時(shí)，土粒表面易于形成擴(kuò)散雙電層使顆粒趨于分散，這種土一般分散度較高，塑性較大，遇水易于膨脹，失水易于收縮［10］。

　　土樣中與分散性機(jī)理有關(guān)的測(cè)定結(jié)果見表6。由表6可見，2、4、5號(hào)蒙脫石的含量多，分別為8.7%、7.5%、7.2%，其余幾組中蒙脫石的含量少，為4.3%～7.1%。按照土的分散性機(jī)理的第1個(gè)條件來說，蒙脫石越多，其分散性應(yīng)該越大，但由于在2、4、5號(hào)其粘粒含量、有機(jī)質(zhì)含量較高，而且pH值較其他幾組土樣低，這幾種因素綜合作用，使得土樣具有較強(qiáng)的團(tuán)聚作用，分散性較低，可以抵抗水流的沖蝕，在針孔試驗(yàn)和碎塊試驗(yàn)中顯示出非分散性土（2號(hào)土樣為過渡性土）的特征，其余幾組則顯示出分散性土或過渡性土的特征。

　　4.2 從判斷標(biāo)準(zhǔn)來考慮

　　針孔試驗(yàn)表示分離顆粒所需要的力，碎塊試驗(yàn)和雙比重計(jì)試驗(yàn)表示顆粒的大小和團(tuán)粒的多少，土的化學(xué)試驗(yàn)則表示顆粒之間雙電層相互作用。雙電層相互作用受礦物成分和土內(nèi)孔隙水的化學(xué)性質(zhì)的影響，而它又影響分離顆粒所需要的力及顆粒的大小。交換作用力的特性可以用孔隙水的化學(xué)指數(shù)來表示，如用鈉吸附比和鈉百分比表示。美國(guó)學(xué)者謝拉德指出［7］:更好地了解某些例外情況是特別重要的，即有些低鈉粘土處于分散性狀態(tài)，而另一些高鈉粘土卻是非分散的。這可能是由于土中雖然含有大量的鈉離子，促使土樣發(fā)生分散，但是土樣中同時(shí)存在大量的鈣鎂離子和膠結(jié)物質(zhì)，抑制了土樣分散，兩者相互對(duì)土體發(fā)生作用，當(dāng)鈣鎂離子和膠結(jié)物質(zhì)的抑制作用超過了鈉離子的分散作用時(shí)，土樣呈過渡性或非分散性現(xiàn)象。一些學(xué)者研究認(rèn)為，這種現(xiàn)象主要與其粘土礦物中蒙脫石的種類有關(guān)，只有Na蒙脫石具有強(qiáng)分散性，Ca蒙脫石具有部分分散性。

　　雙比重計(jì)試驗(yàn)（表5）表明，土樣處于非分散性或過渡性;碎塊試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)結(jié)果一致，土樣分別屬于分散性土、過渡性土和非分散性土;交換性鈉百分比和孔隙水陽(yáng)離子試驗(yàn)表明，土樣屬于非分散性土。碎塊試驗(yàn)和針孔試驗(yàn)的結(jié)果完全一致，這有3方面的原因，首先是由于碎塊試驗(yàn)的土樣的含水率和密度與針孔試驗(yàn)的完全相同，其次碎塊試驗(yàn)的目的是研究土樣在靜水中的分散狀況，而針孔試驗(yàn)的目的是研究土樣在水流沖刷作用下抗沖刷的能力，后者應(yīng)包括前者，另外，從分散機(jī)理來講，兩者皆是由于土樣的膠結(jié)物和酸堿度作用而引起的。由于針孔試驗(yàn)?zāi)�擬了土體在集中滲透水流作用下所承受的沖蝕條件，被認(rèn)為是最可靠的鑒定方法，所以用針孔試驗(yàn)的結(jié)果作為最后的判定結(jié)果，4、5號(hào)土樣為非分散性土，2、6、9號(hào)為過渡性土，1、3、7、8號(hào)為分散性土。

5 結(jié)論

　�。�1）由于分散性土發(fā)現(xiàn)僅有幾十年的時(shí)間，在國(guó)內(nèi)，其鑒定方法尚不成熟，無一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可依，鑒定標(biāo)準(zhǔn)中的化學(xué)指標(biāo)是否適用尚待繼續(xù)研究討論。在目前的幾種鑒定方法中，由于針孔試驗(yàn)?zāi)�擬了土體在集中滲透水流作用下所承受的沖蝕條件，被認(rèn)為是最可靠的鑒定方法，所以用針孔試驗(yàn)的結(jié)果作為最后的判定結(jié)果，4、5號(hào)土樣為非分散性土，2、6、9號(hào)為過渡性土，1、3、7、8號(hào)為分散性土。

　　（2）目前通用的5種試驗(yàn)鑒定結(jié)果，往往會(huì)出現(xiàn)不相吻合的現(xiàn)象，尤其是孔隙水可溶鹽的分散性鑒定結(jié)果，對(duì)此，目前主要的做法是從分散性的機(jī)理找原因，從而得到比較合理的解釋。在今后的試驗(yàn)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)分散性土性質(zhì)的研究，進(jìn)一步嚴(yán)格規(guī)范各種不同分散性土的分散性判斷標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)分散性土鑒定試驗(yàn)規(guī)程的制定與實(shí)施。

　�。�3）中國(guó)分散性土分布較普遍，黑龍江、新疆、江蘇、陜西、山西等省在工程實(shí)踐中都曾遇到，使用分散性土作為筑壩土料不可避免，只要采取正確的保護(hù)措施，能夠保證大壩的安全運(yùn)行。一般來說，保護(hù)措施有以下幾種:①把大壩包起來，即把低含鹽量水和分散性土隔離開來，避免水進(jìn)入分散性土體內(nèi);②改性壩體土質(zhì)，通過加入石灰等化學(xué)物質(zhì)使得分散性土或過渡性土變?yōu)榉欠稚⑿酝?③在防滲體（分散性土）后設(shè)置適當(dāng)級(jí)配的砂反濾，以截住壩體細(xì)顆粒，使其不流出壩體。在以后工作中，應(yīng)當(dāng)重視土—水系統(tǒng)關(guān)系研究。

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　　作者簡(jiǎn)介: 巨娟麗，女，西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，工程師，碩士研究生。