喀什高台民居场地土的工程特性研究

【摘要】对喀什高台民居区土体工程特性的研究是分析和评价其边坡稳定性的基础。本文在室内土工试验和现场物理力学试验的基础上，分别从土体的物理性质、湿陷性评价、砂土液化判别、化学性质...

摘要：研究区场地内的土体属于第四系上更新统（Q3apl）及第四系全新统（Q4apl）的冲洪积物，其赋存的地质环境较为特殊，通过室内土工试验和现场地球物理探测的分析，具有与我国其它地区典型黄土相比不同的工程特性。试验研究结果表明：研究区内的土体主要由粉土、细砂互层和相对致密的粉土、细砂互层组成，其土体的胶结程度好，结构比较致密；由于土壤的易溶盐含量较高导致部分地段的土体具有湿陷性，并且场地内的土体都有砂土液化的趋势。

关键词：高台边坡；场地土；工程特性；评价研究

中图分类号：U213 文献标识码 A

1.引言

位于喀什老城区的高台民居是展现维吾尔族古代民居建筑和民俗风情的一大历史景观，距今已有600余年的历史[1,2]。但是近年来，由于随着喀什城区建设的发展和地震活动频率的增加等因素对高台民居边坡的影响，共造成了20余次崩塌地质灾害的发生，不仅对这一特殊的历史建筑造成了损坏，而且也对居于其上居民的生命财产安全构成了一定程度的威胁。

对喀什高台民居区土体工程特性的研究是分析和评价其边坡稳定性的基础。本文在室内土工试验和现场物理力学试验的基础上，分别从土体的物理性质、湿陷性评价、砂土液化判别、化学性质分析以及动力特性等方面对研究区内的土体进行了分析和研究，为高台民居区崩塌隐患段防治工程的设计和治理提供了理论基础。

2.场地土工程特性研究

2.1场地土的物理性质

土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物，土的形成过程和形成条件对其物理性质具有重要的影响[3]。研究区崩塌隐患段坡体土样的试验成果均值统计见表1，崩塌隐患段坡脚的试验成果见表2。

表1研究区崩塌隐患段坡体土的物理性质指标

表2研究区崩塌隐患段坡脚土的物理性质指标

从表1和2的试验结果中可以看出，喀什高台民居区的土体主要由粉土和粉质粘土组成，此外，土体的物理性质由于采样位置的不同而表现出较大的差异性，与坡置粉土物理性质的平均值相比，坡脚位置粉土的密度、干密度、含水率、饱和度、液限、塑限、液性指数和塑性指数等参数指标都高，而孔隙比比坡体的要低，但两个采样位置的土粒比重均相差不大，都为2.7左右；与坡置的粉质粘土相比，坡脚粉土的密度、比重、含水率、孔隙比、饱和度、液限、液性指数和塑性指数等指标都比坡体粉土的物理性质平均值高，而干密度和塑限等指标相差不大。

新疆喀什地区的土体属于第四系上更新统（Q3apl）和第四系全新统（Q4apl）的冲洪物，其赋存的环境比较特殊，在查阅相关文献资料的基础上[4-6]，与新疆交河故城和黄河中游等地区的土体进行了对比，对比结果见表3所示。

表3喀什高台民居区土体与其他地区土体物理指标对比

从表3中三个地区土体物理性质指标的对比结果可以看出，喀什高台民居区的土体的相关物理性质明显不同于其他地区，具有含水率、孔隙比、孔隙度、液限、塑限和塑性指数小的特点，由此说明喀什高台民居区土体比黄河中游的黄土胶结程度好，主要是由于喀什地区属典型的暖温带大陆性干旱气候，降雨稀少，蒸发强烈，温差变化大，致使研究区内的土体含水率较低。

2.2场地土的湿陷性评价

研究区内的土体主要由粉土和粉质粘土组成，为了能全面的了解和认识崩塌隐患段土体的性质，对其湿陷性进行了评价，具体湿陷性指标见表4所示。

表4研究区崩塌隐患段土的湿陷性指标

黄土的湿陷程度具体可以用湿陷系数来描述，当湿陷系数的值小于0.015时，表明黄土没有湿陷性，当大于或0.015时，表明黄土具有湿陷性。从表3-4中可以看出，在崩塌隐患段坡置粉土的湿陷系数为0.02，大于0.015的临界值，而粉质粘土的湿陷系数小于0.015，所以该位置的粉土具有轻微的湿陷性，而粉质粘土没有湿陷性；崩塌隐患段的坡脚位置的粉土和粉质粘土的湿陷系数均为0，说明在这个位置的土体没有湿陷性。

2.3场地土的液化判别

研究区工程场地抗震设防烈度为Ⅷ度区，属于比较严重地区，在结合场地土体性质和地下水埋藏条件分析的基础上，本文对研究区内的土体进行了砂土液化的判别。

研究场地内的杂填土位于水位之上，未达到饱和状态，属不液化土；根据室内颗分试验结果，粉土层的粘粒含量（粒径小于0.005mm的颗粒）为13.6%，按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)要求，由于粉土的粘粒含量较高，可判为不液化土层；而对于砂土而言，可按照公式1、2和3进行液化初判，当符合下列条件之一时，可不考虑液化影响：

（式1）

（式2）

（式3）

式中：D上覆盖层非液化土层厚度，m，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；

D地下水位深度，m，可按近期内年最高水位计算；

D基础埋置深度，m，不超过2m时应采用2m；

D液化土特征深度，m，可按《建筑抗震设计规范》规定取值。

通过公式1、2和3的计算结果可以得到，一号段的ZK23、ZK26，三号段的ZK12、ZK14，四号段的ZK2都被初判为液化，在后续对研究区崩塌隐患段进行设计治理时，应对液化土层采取抗液化措施。

2.4场地土的化学性质

土体的化学性质对地下混凝土基础结构具有重要的影响。本文通过全电镜测试查明了研究场地土壤和地下水的易溶盐化学成分，其中，土壤易溶盐试验共采集了9件样品，在崩塌隐患段坡脚的钻孔及探井中采集了地下水样5件。具体测试结果见表5所示。

表5 喀什高台民居区土体和地下水含盐量统计

从表5的测试结果可以看出，由于采集样品的位置不同，其含盐量具有较大的差异性，喀什高台民居区土壤和地下水中SO42-离子远大于Cl-离子含量，总体含量也同样高于黄河中游的黄土[7]，说明了沉积环境是对土体的化学性质具有重要影响作用。对于一般的土体来说，其易溶盐含量越高土体的湿陷性就越强，这也验证了上一小节对研究区场地土体液化判别结果的正确性。

2.5场地土的动力特性

通过面波测试对研究区场地土体的动力特性进行了研究，本次测试主要借助SWS―Ⅲ型工程勘探与工程检测仪，具体采用18磅重锤双边小号激发，道间距和偏移距参数分别设置为1m和5m，接收道数为12道，低切滤波和陷波均为0Hz，高截滤波频率为200Hz，一共采集了20个点的信息，得出了研究区崩塌地段土体的动力特征参数。其中20号面波点的频散曲线如图1所示。

图1 20号面波点频散曲线图

从图1中可以看出，在0～0.6m深处剪切波速为133m/s，推测为杂填土；0.6～2.1米深处剪切波速为110m/s，推测为粉土层；2.1～11.3m剪切波速为320m/s，推测为密实粉土、细砂互层；11.3m以下地层剪切波速为428m/s ，推测为相对致密粉土、细砂地层。

根据研究区崩塌土体层的空间分布特征，以及结合20个点的面波测试结果，可以得到高台民居区各层土体的空间分布规律：高台民居区的崩塌体主要由两层组成，浅部主要为粉土、细砂互层，其剪切波速小于250m/s；下部为相对致密粉土、细砂互层，其剪切波速为250～600m/s。

3.结论

（1）分析测试了喀什高台民居区坡体和坡脚位置土体的物理性质、化学成分，得出由于采样位置的不同导致其相关参数指标具有较大的差异性；此外，还对场地土的湿陷性和砂土液化进行了评价和判别，得出研究区场地具有砂土液化的性质，部分地段有轻微的湿陷性。

（2）根据面波的测试结果，以及结合研究区崩塌土体层的空间分布特征，可以得到高台民居区各层土体的空间分布规律：高台民居区的崩塌体主要由两层组成，浅部主要为粉土、细砂互层，下部为相对致密粉土、细砂互层。通过对研究区场地土体工程特性的研究，为高台民居区崩塌隐患段防治工程的设计和治理提供了理论基础。

参考文献

[1] 张玮. 喀什市老城区高台居民边坡稳定性研究[D].青岛：青岛理工大学硕士学位论文, 2011.

[2] 王小东, 刘静, 倪一丁. 喀什高台民居的抗震改造与风貌保护[J]. 建筑学报, 2010 (3): 78-81.

[3] 袁聚云,钱建固,张宏鸣等.土质学与土力学 [M].北京:人民交通出版社,2009.

[4] 刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科技出版社, 1997.

[5] 刘祖典.西北黄土的物理力学性质，中国黄土资料汇编[M].北京:地质出版社, 1950

[6] 张管宏. 交河故城崖体稳定性及崩塌机理研究[D]. 兰州: 兰州大学, 2007.

[7] 文启忠等.中国黄土地球化学[M].北京:科学出版社, 1989.

作者简介

姓名：王利平（1982-），男（汉族），工程师，宁夏固原市彭阳县，学士学位，现就职于江西省地质矿产勘查开发局九二地质大队，从事水文地质、工程地质和环境地质方面的工作。