潘國林，吳泊人，李鄭

（1.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230001；2.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，合肥 230001；3.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，合肥 230001）

安徽省膨脹土分布及工程地質(zhì)特征研究

潘國林1，2，吳泊人2，李鄭3

（1.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230001；2.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，合肥 230001；3.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，合肥 230001）

在研究近年安徽省膨脹土調(diào)查評價、巖土工程勘察和地質(zhì)災(zāi)害危險性評估的基礎(chǔ)上，圈劃出安徽省膨脹土的分布范圍。闡述各區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件、膨脹土成因特征和工程地質(zhì)特征。在此基礎(chǔ)上，采用定性半定量的方法，對全省進(jìn)行膨脹土危害程度分區(qū)。

安徽??；膨脹土；地質(zhì)環(huán)境；危害

膨脹土是顆粒高分散、成分以黏土礦物為主、在環(huán)境濕度影響下可產(chǎn)生強(qiáng)烈脹縮變形的高塑性黏土。其吸水膨脹軟化、失水收縮干裂的特性使膨脹土地區(qū)的各項(xiàng)建筑工程如房屋、鐵路、公路、堤壩、機(jī)場、渠道等經(jīng)常遭受巨大的破壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

安徽省是我國膨脹土的主要分布地區(qū)之一，查明省內(nèi)膨脹土的分布現(xiàn)狀、形成的地質(zhì)環(huán)境條件及工程地質(zhì)特征，對于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。本文是對近幾年來安徽省開展的膨脹土調(diào)查評價、巖土工程勘察和地質(zhì)災(zāi)害危險性評估等工作成果所做的一個粗略總結(jié)和歸納，以便為安徽省工程建設(shè)和今后相關(guān)工作的開展提供參考和技術(shù)依據(jù)。

1 膨脹土分布特征

安徽省境內(nèi)膨脹土的平面分布相對集中，主要分布于淮北平原地區(qū)和舒城縣城－巢湖市區(qū)－和縣縣城以北的江淮波狀平原地區(qū)，在此以南地區(qū)則零星分布于丘陵平原上的階地及山前斜地上（圖1）。全省膨脹土分布總面積41062.41km2，其中具中等膨脹潛勢的膨脹土3007.85km2，占7.33%，主要分布于定遠(yuǎn)、鳳陽的部分地區(qū)，其余均為弱膨脹潛勢，分布于淮北平原和沿江丘陵平原等地［1］（表1）。

表1 安徽省膨脹土分布一覽表Table 1 Distribution of expansive soil in Anhui

圖1 安徽省膨脹土分布特征簡圖Fig.1 Distribution characteristics of expansive soil in Anhui

2 地質(zhì)環(huán)境條件和膨脹土成因特征

安徽省內(nèi)膨脹土分布范圍較大，成因也較復(fù)雜，大致可劃分為淮北平原區(qū)、江淮波狀平原區(qū)和沿江丘陵平原區(qū)3個典型的區(qū)域。各區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件和成因特征如下：

淮北平原地區(qū)：膨脹土廣泛分布于上更新統(tǒng)茆塘組（Q3m），零星分布于中更新統(tǒng)潘集組（Q2p）。茆塘組（Q3m）出露于河間平地，地面平坦，前緣陡坎不明顯，分布標(biāo)高15～40m。成因類型為沿河堆積帶和內(nèi)部堆積帶，水流緩慢，沉積作用較慢，沉積物質(zhì)主要為粉質(zhì)粘土、粘土、粉土互層，夾粉砂薄層。自西北至東南，由于水流速度逐漸變緩，沉積的粘性土顆粒逐漸變細(xì)，表現(xiàn)在粘性土的膨脹潛勢逐漸增強(qiáng)。巖性為褐黃色、淺棕黃色粘土、粉質(zhì)粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳結(jié)核，局部鈣質(zhì)結(jié)核富集成層（俗稱砂礓層），鐵錳結(jié)核不具成層特征。粘性土中的粘土礦物成分以伊利石為主，且含量較為穩(wěn)定。中更新統(tǒng)潘集組（Q2p）出露于淮北平原殘丘的山前斜地，標(biāo)高20～50m，膨脹土的沉積環(huán)境為坡麓相，巖性為棕黃色的粘性土。

江淮波狀平原地區(qū)：膨脹土廣泛分布于上更新統(tǒng)戚咀組（Q3q），地貌上為二級階地或山前斜地，地形波狀起伏，坡度一般＜5°，分布標(biāo)高11～56m。成因類型以沖洪積為主，沉積環(huán)境穩(wěn)定，部分地段為殘坡積，巖性為棕黃、灰黃、淺棕紅色的粘土、粉質(zhì)粘土，含鐵錳結(jié)核，局部鐵錳結(jié)核富集成層。

沿江丘陵平原地區(qū)：膨脹土零星地分布于上更新下蜀組（Q3x）和中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q），地貌上為山前斜地和二級階地，地形呈崗坡狀起伏，地形坡度一般＜5°，分布標(biāo)高10～60m。成因類型以沖洪積為主，部分地段為殘坡積。上更新統(tǒng)下蜀組（Q3x）膨脹土巖性為黃褐、棕褐色粘土、粉質(zhì)粘土，含鐵錳結(jié)核，局部富集成層，土裂隙較發(fā)育，裂隙充填淺灰色、淺白色粘土；中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q）膨脹土巖性為棕紅、磚紅色含灰白色蠕蟲狀條帶的粘土、粉質(zhì)粘土，含鐵錳結(jié)核，土裂隙發(fā)育一般，土體堅(jiān)硬。

3 膨脹土工程地質(zhì)特征

3.1 脹縮性及物質(zhì)組成

安徽省膨脹土的自由膨脹率FS為35%～85%（FS≥40%），膨脹力為30.5～173.6kPa，膨脹率0.06%～0.6%，收縮系數(shù)0.21～0.61，體縮率為14.1%～25.1%，線縮率為2.2%～5.2%。膨脹土顆粒組成以粒徑＜0.05mm的細(xì)粒土為主，其中＜0.005mm的粘粒占34%～61%（表2）。從地域上看，江淮波狀平原土體中粘粒含量較多，淮北平原次之，沿江丘陵平原較低。膨脹土的化學(xué)成分以SiO2為主，次為Al2O3、Fe2O3。SiO2、Al2O3、Fe2O3三者百分含量之和一般大于85%（表3）。膨脹土的硅鋁率（SiO2/R2O3）為5.7～9。測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，粘性土的脹勢潛力與硅鋁比呈正相關(guān)關(guān)系。膨脹土礦物成分包括碎屑成分和粘粒組成分，碎屑成分主要有石英、長石、云母，其次為方解石、硬石膏；粘土礦物主要有蒙脫石、伊利石，其次為高嶺石等?；幢逼皆细陆y(tǒng)茆塘組膨脹土和江淮波狀平原上更新統(tǒng)戚咀組（Q3q）膨脹土粘土礦物以伊利石為主，次為高嶺石和蒙脫石；沿江丘陵平原上更新統(tǒng)下蜀組（Q3x）和中更新統(tǒng)戚家磯組（Q2q）的膨脹土粘土礦物以高嶺石為主，次為伊利石、蒙脫石。

表2 膨脹土顆粒組成統(tǒng)計(jì)表Table 2 Granular constitution of expansive soil

表3 膨脹土化學(xué)成分與含量平均值（%）Table 3 Mineral content averages of expansive soil

3.2 膨脹土物理力學(xué)性質(zhì)

由表4可知，安徽省內(nèi)膨脹土其液限范圍為39.7%～50.3%，塑性指數(shù)范圍為16.8%～29.6%，初步判定屬于弱－中等型膨脹土。膨脹土的飽和度大于85%，天然含水率較小，為18.0～30.4。膨脹土常處于硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，內(nèi)聚力較大，為38～114kPa，內(nèi)摩擦角普遍較高，為9.3°～25°，壓縮系數(shù)0.06～0.27，為中等偏低（表4）。

表4 膨脹土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Physical and mechanical indexes of expansive soil

4 安徽省膨脹土危害程度分區(qū)

根據(jù)安徽省膨脹土形成的地質(zhì)環(huán)境、分布規(guī)律及危害程度，結(jié)合地區(qū)的人類工程活動性質(zhì)、強(qiáng)度及危害性，按“區(qū)內(nèi)相似，區(qū)際相異”原則，采用定性、半定量的方法進(jìn)行危害程度分區(qū)（圖2）。

4.1 肥西－定遠(yuǎn)膨脹土危害中等區(qū)

徐集（六安）、保義（壽縣）、長豐、鳳陽、潘村（明光）一線之東南，雙河（金安）、豐樂（肥西）、橋頭集（肥東）、界牌集（定遠(yuǎn)）、石壩（明光）之西北，面積15780.12km2。

本區(qū)分布于江淮波狀平原的二級階地、山前斜地，海拔高度在30～90m，崗坳相間，頂圓坡緩，波狀起伏，并自山前向河谷傾斜。區(qū)內(nèi)廣泛分布上更新統(tǒng)戚咀組的粘土、粉質(zhì)粘土，自由膨脹率為47%～65%、蒙脫石含量21.25%～29.58%、陽離子交換量0.26～0.39mmol/g，為中等膨脹土，局部為強(qiáng)膨脹土。該區(qū)地處皖中地區(qū)，區(qū)內(nèi)有安徽省省會合肥市，道路、城鎮(zhèn)集中，淠史杭灌溉渠道貫穿于區(qū)內(nèi)，膨脹土對區(qū)內(nèi)的各類工程建設(shè)危害較大，為膨脹土危害中等區(qū)［2～5］。

4.2 利辛－固鎮(zhèn)膨脹土危害小區(qū)

淮河以北廣大的河間一級階地地區(qū)，面積26302.00km2。

本區(qū)分布于淮北平原的河間一級階地，海拔高度在16～32m，階地面平坦開闊，前緣陡坎不明顯。一級階地分布上更新統(tǒng)茆塘組的粘性土夾粉砂、粉土層，自由膨脹率40%～55%、蒙脫石含量14.79%～26.98%、陽離子交換量0.16～0.35mmol/g，為弱膨脹土。該區(qū)地處淮北平原，道路、村鎮(zhèn)較密集，膨脹土對工程建設(shè)產(chǎn)生一定的危害，為膨脹土危害小區(qū)［6］。

4.3 霍邱－壽縣膨脹土危害小區(qū)

淮河之南，葉集（霍邱）、丁集（裕安），保義（壽縣）、長豐以北，面積6620.48km2。

本區(qū)分布于江淮波狀平原之西部，主要為二級階地、山前斜地，其間分布河漫灘，海拔高度在17～80m。階地面波狀起伏，其上廣泛分布的上更新統(tǒng)戚咀組粘性土，自由膨脹率40%～48%、蒙脫石含量12.19%～22.08%、陽離子交換量0.21～0.25mmol/g，為弱膨脹土。該區(qū)地處皖西，道路、村鎮(zhèn)較密集，膨脹土對工程建設(shè)產(chǎn)生一定的危害，為膨脹土危害小區(qū)［2］。

4.4 廬江－全椒膨脹土危害小區(qū)

張母橋（舒城）、柯田（桐城）、金拱（懷寧）以西，浮山（樅陽）、土橋（無為）、西梁山（和縣）、和縣以北，雙河（舒城）、豐樂（肥西）、橋頭集（肥東）、大墅（全椒）、半塔（來安）、安樂（天長）以南，面積14057.86 km2。

本區(qū)分布于長江以北沿江丘陵平原的山前斜地、二級階地及河湖漫灘，海拔高度在9～80m，山前斜地、二級階地崗波狀起伏，其上分布的上更新統(tǒng)粘土、粉質(zhì)粘土的自由膨脹率40%～58%、蒙脫石含量15.42%～25.52%、陽離子交換量0.17～0.27 mmol/g，為弱膨脹土。該區(qū)地處沿江丘陵的山前波狀平原，道路、村鎮(zhèn)較密集，膨脹土對工程建設(shè)產(chǎn)生一定的危害，為膨脹土危害小區(qū)［7，8］。

圖2 安徽省膨脹土危害程度分區(qū)圖Fig.2 Sub－regions based on harm degree of expansive soil in Anhui

［1］李方根，季汝華，王曉明，等.安徽省致災(zāi)類特殊土調(diào)查評價［R］.蕪湖：安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院，2008.

［2］王曉明，王少龍，宋仁亮.等.安徽省六安市（霍邱縣、壽縣、葉集試驗(yàn)區(qū)）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃［R］.蚌埠：安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，2008.

［3］林賓，馬國明，何為紅，等.合肥市1/10萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告［R］.合肥：安徽工程勘查院，2008.

［4］楊東凡，孫健，李志剛.滁州市1/10萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告［R］.蚌埠市：安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，2008.

［5］張華盛，劉遺平.鳳陽縣4500t/d熟料水泥生產(chǎn)線（一期）建設(shè)工程地質(zhì)災(zāi)害危險性評估報(bào)告［R］.蚌埠：安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，2008.

［6］孫鳳賢，馬作明，阮傳貴.亳州市1/10萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告［R］.蕪湖：安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院，2008.

［7］林賓，陳江明，夏中平.廬江縣1/10萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告［R］.合肥：安徽工程勘查院，2007.

［8］李志剛，陳學(xué)峰，周明全.全椒縣1/10萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告［R］.蚌埠市：安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，2007.

DISTRIBUTION AND ENGINEERING GEOLOGICAL PROPERTIES OF EXPANSIVE SOIL IN ANHUI

Pan Guo－lin1，2，Wu Bo－ren2，Li Zheng3
（1.College of Resources ＆Environmental Engineering of the Hefei University of Technology，Hefei 230001，China；2.Anhui Management Center of Public Interest Geological Investigation，Hefei 230001，China；3.Geological Survey of Anhui Province，Hefei 230001，China）

On the basis of studying the expansive soil investigations and assessments，geotechnical engineering investigations and geo－h(huán)azard assessments over recent years for Anhui，the distribution scope of expansive soil is decided.And regional geoenvironmental conditions，genesis characteristics of expansive soil and engineering geological characteristics are discussed.Qualitative and semi－quantitative method is used to divide the province into sub－regions in accordance with harm degree.

Anhui；expansive soil；geo－environment；hazard

S159；P642

:A

1006－4362（2012）02－0054－06

潘國林（1980－ ），男，博士生，工程師，主要從事水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)等相關(guān)工作。

2011－08－16 改回日期:2012－03－02

安徽省國土資源廳公益性水工環(huán)項(xiàng)目：安徽省致災(zāi)類特殊土調(diào)查評價（AHGTT2006－53）