罗 欣， 孙 睿 达， 王 晓 龙

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.四川大学，四川 成都 610064)

1 概 述

我国西南地区大部分河流河床中普遍存在深厚覆盖层[1]。大渡河、岷江、金沙江及雅鲁藏布江在正常的河流沉积厚度基础上，由地壳抬升、冰川运动、滑坡淤堵、泥石流等内外力地质作用导致河谷深切造成的上覆深厚覆盖层现象更为显著，在世界范围内都具代表性和典型性。

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，能源行业持续快速发展和深刻变革。“水风光互补”“抽水蓄能”“水电改造”等相关概念的工程将逐步实施，这些工程建设过程中仍会不可避免地遇到覆盖层地基问题[2]。

在水电工程建设实践中，专门针对覆盖层黏土特别是覆盖层深部黏土布置的勘探及试验工作量有限，覆盖层黏土物理力学参数系统性研究通常受制于基础试验资料。得益于在工程实践中积累的西南地区大量河床勘探的第一手资料，研究深部覆盖层有了良好的条件和基础。

重点关注经历较长历时的水力搬运、冲刷、浸泡、静水沉积以及上覆荷重等外力作用后的深部黏土，结合施工阶段深溪沟、长河坝和猴子岩等深厚覆盖层深基坑的开挖对深部原生状态覆盖层物理力学试验研究成果，并依托泸定、硬梁包、ML工程等大型水电工程，搜集大渡河、雅鲁藏布江等跨流域的覆盖层勘探试验资料，梳理、汇总了其20 m以下黏性土的钻孔成果，对覆盖层深部黏土的物理性质以及相关指标间的关联、力学性质的宏观表现特性进行统计和分析。

2 深部黏土基本物理性质

2.1 基本物理性质指标统计

深部黏性土典型断面见图1。共收集覆盖层深部黏土物理性质试验成果144组，按照干密度、含水率、孔隙比、液塑限、塑性指数、比重及颗粒级配特征含量等物理性质指标进行分类统计分析。黏土物理性质统计成果见表1，深部黏性干密度值分布图和深部黏土黏粒含量占比分布图见图2、3。

图1 深部黏性土典型断面

图2 深部黏性干密度值分布图

图3 深部黏土黏粒含量占比分布图

表1 覆盖层深部黏土物理性质成果统计表

由统计成果可知，深部黏土干密度为1.38 ～1.71 g/cm3，平均值为1.55 g/cm3。干密度值1.50 ～1.60 g/cm3，占统计组数的近60%。液限21.0%～51.0%，平均值为33.2%。塑限10.5%～30.0%，平均值为19.1%。塑性指数8.0～24.0，平均值为14.1。黏粒含量6.0%～56.5%，平均值为24.7%。黏粒含量15%～30%，占统计组数的近一半。

2.2 深部黏土的塑性

液、塑限是反映黏性土具不同软硬状态或稀稠状态的重要含水率界限指标，目前试验室常用光电式液、塑限测定仪测定[3]。整理了覆盖层深部黏土的液、塑限Wp关系见图4，并拟合了两项指标的相关性，二者相关系数R达到了0.95，表明其良好的线性关系，见式1。

Wp=0.54WL+ 1.27

(1)

卡萨格兰德在提出塑性图时，曾强调指出：同一地区、同一成因的土，在塑性图上大体占据着与A线相平行的位置，沿A线呈条带状分布[4]。将

图4 液限WL～塑限WP关系

西南地区覆盖层深部黏土的液限WL～塑性指数IP数据资料放于塑料图上，同样印证了这样的规律性，液限WL～塑性指数IP关系见图5。

图5 液限WL～塑性指数IP关系

黏性土的塑性可以用吸着水理论来解释，若要使土具有塑性，需要在土颗粒外保持一定厚度的吸着水膜并在颗粒间主要通过公共吸着水膜连接[5]。土颗粒减小时比表面积增大，小到一定程度，土颗粒对水的亲和性就在宏观上体现出土的黏性。从宏观上判断，黏粒含量的多少直接影响土的黏性。

塑性指数综合反映土颗粒的大小、矿物成分、土颗粒表面与结合水相互作用，是土塑性的定量指标。绘制了黏粒含量P<0.005与塑性指数IP关系图。黏粒含量与塑性指数呈明显的正相关性，且不同黏粒含量对应的塑性指数在图上呈线性平行条带分布(图6)。表明西南地区覆盖层深部黏土因成因相似，其塑性指数的变化区间相对稳定。

图6 黏粒含量P<0.005～塑性指数IP关系

3 深部黏土力学性质

3.1 常规力学性质指标统计

共收集覆盖层深部黏土常规力学性质试验成果44组，试验控制干密度为1.45～1.65 g/cm3，平均值为1.56 g/cm3。控制含水率为7.2%～36.7%，平均值为18.5%。按常规力学性试验项目统计了压缩系数、压缩模量、渗透系数、饱和固结快剪下的强度指标。黏土力学性质试验成果见表2。

表2 覆盖层深部黏土力学性质试验成果统计表

3.2 深部黏土的压缩性

据统计，压缩系数av0.1～0.2=0.095～0.48 MPa-1，平均值为0.22 MPa-1。av0.1～0.2=0.102～0.48 MPa-142组，占统计组数的近95%。0.1～0.2 MPa压力下压缩模量Es0.1～0.2=4.0 MPa～18.0 MPa，平均值为9.0 MPa，压缩模量Es0.1～0.2<4 MPa，2组，占统计组数的近5%。压缩模量Es0.1～0.2=4.0～15.0 MPa，38组，占统计组数的近86%。Es0.1～0.2>15 MPa，4组，占统计组数的近9%。表明覆盖层深部黏土具中～低压缩性，黏性土压缩性(按Es划分)分布图见图7。

图7 黏性土压缩性(按Es划分)分布图

3.3 深部黏土的渗透特性

据统计，渗透系数为k20=1.6×10-4cm/s～2.6×10-7cm/s，平均值为3.0×10-5cm/s，渗透系数为k20=10-4cm/s～10-5cm/s，弱透水的19组，占统计组数的近43%。渗透系数为k20=10-5cm/s～1×10-6cm/s，微透水的14组，占统计组数的近32%。渗透系数为k20<1×10-6cm/s，极微透水的6组，占统计组数的近14%。表明覆盖层深部黏土具弱～极微透水性，黏性土渗透系数占比分布图见图8。

图8 黏性土渗透系数占比分布图

3.4 深部黏土的强度特性

据统计，饱和固结快剪强度C=8～28 kPa，平均值为14 kPa。φ=16.6°～29.0°，平均值为24.4°。其中φ=22°～25.0°， 22组，占统计组数的近50%，φ=25°～29.0°，20组，占统计组数的近45%。表明覆盖层深部黏土具中～低抗剪强度。

4 结 语

依托长河坝、猴子岩、泸定、硬梁包、ML工程等大型水电工程，搜集、整理了西南地区跨流域的覆盖层勘探试验资料，统计分析了覆盖层深部黏土的物理力学性质以及相关指标的关联。

统计分析成果表明：尽管西南地区跨流域的覆盖层深部黏土在矿物成分、颗粒组份等存在差异，由于其形成原因的相似性(较长历时的水力搬运、冲刷、浸泡、静水沉积以及上覆荷重等外力作用)，深部黏土在可塑性、常规的压缩、渗透、强度等特性方面呈现出一定的相似性。深部黏性土大部分具中～低压缩性、弱～极微透水与中～低抗剪强度的工程性质。提出的物理力学试验统计值可为后续相关工程地质评价或基础处理提供一定参考。