安徽省膨胀土分布及工程地质特征研究

潘国林，吴泊人，李郑

（1.合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥 230001；2.安徽省公益性地质调查管理中心，合肥 230001；3.安徽省地质调查院，合肥 230001）

安徽省膨胀土分布及工程地质特征研究

潘国林1，2，吴泊人2，李郑3

（1.合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥 230001；2.安徽省公益性地质调查管理中心，合肥 230001；3.安徽省地质调查院，合肥 230001）

在研究近年安徽省膨胀土调查评价、岩土工程勘察和地质灾害危险性评估的基础上，圈划出安徽省膨胀土的分布范围。阐述各区域地质环境条件、膨胀土成因特征和工程地质特征。在此基础上，采用定性半定量的方法，对全省进行膨胀土危害程度分区。

安徽省；膨胀土；地质环境；危害

膨胀土是颗粒高分散、成分以黏土矿物为主、在环境湿度影响下可产生强烈胀缩变形的高塑性黏土。其吸水膨胀软化、失水收缩干裂的特性使膨胀土地区的各项建筑工程如房屋、铁路、公路、堤坝、机场、渠道等经常遭受巨大的破坏，造成严重的经济损失。

安徽省是我国膨胀土的主要分布地区之一，查明省内膨胀土的分布现状、形成的地质环境条件及工程地质特征，对于国民经济建设具有重要意义。本文是对近几年来安徽省开展的膨胀土调查评价、岩土工程勘察和地质灾害危险性评估等工作成果所做的一个粗略总结和归纳，以便为安徽省工程建设和今后相关工作的开展提供参考和技术依据。

1 膨胀土分布特征

安徽省境内膨胀土的平面分布相对集中，主要分布于淮北平原地区和舒城县城－巢湖市区－和县县城以北的江淮波状平原地区，在此以南地区则零星分布于丘陵平原上的阶地及山前斜地上（图1）。全省膨胀土分布总面积41062.41km2，其中具中等膨胀潜势的膨胀土3007.85km2，占7.33%，主要分布于定远、凤阳的部分地区，其余均为弱膨胀潜势，分布于淮北平原和沿江丘陵平原等地［1］（表1）。

表1 安徽省膨胀土分布一览表Table 1 Distribution of expansive soil in Anhui

图1 安徽省膨胀土分布特征简图Fig.1 Distribution characteristics of expansive soil in Anhui

2 地质环境条件和膨胀土成因特征

安徽省内膨胀土分布范围较大，成因也较复杂，大致可划分为淮北平原区、江淮波状平原区和沿江丘陵平原区3个典型的区域。各区域地质环境条件和成因特征如下：

淮北平原地区：膨胀土广泛分布于上更新统茆塘组（Q3m），零星分布于中更新统潘集组（Q2p）。茆塘组（Q3m）出露于河间平地，地面平坦，前缘陡坎不明显，分布标高15～40m。成因类型为沿河堆积带和内部堆积带，水流缓慢，沉积作用较慢，沉积物质主要为粉质粘土、粘土、粉土互层，夹粉砂薄层。自西北至东南，由于水流速度逐渐变缓，沉积的粘性土颗粒逐渐变细，表现在粘性土的膨胀潜势逐渐增强。岩性为褐黄色、浅棕黄色粘土、粉质粘土，含钙质结核和铁锰结核，局部钙质结核富集成层（俗称砂礓层），铁锰结核不具成层特征。粘性土中的粘土矿物成分以伊利石为主，且含量较为稳定。中更新统潘集组（Q2p）出露于淮北平原残丘的山前斜地，标高20～50m，膨胀土的沉积环境为坡麓相，岩性为棕黄色的粘性土。

江淮波状平原地区：膨胀土广泛分布于上更新统戚咀组（Q3q），地貌上为二级阶地或山前斜地，地形波状起伏，坡度一般＜5°，分布标高11～56m。成因类型以冲洪积为主，沉积环境稳定，部分地段为残坡积，岩性为棕黄、灰黄、浅棕红色的粘土、粉质粘土，含铁锰结核，局部铁锰结核富集成层。

沿江丘陵平原地区：膨胀土零星地分布于上更新下蜀组（Q3x）和中更新统戚家矶组（Q2q），地貌上为山前斜地和二级阶地，地形呈岗坡状起伏，地形坡度一般＜5°，分布标高10～60m。成因类型以冲洪积为主，部分地段为残坡积。上更新统下蜀组（Q3x）膨胀土岩性为黄褐、棕褐色粘土、粉质粘土，含铁锰结核，局部富集成层，土裂隙较发育，裂隙充填浅灰色、浅白色粘土；中更新统戚家矶组（Q2q）膨胀土岩性为棕红、砖红色含灰白色蠕虫状条带的粘土、粉质粘土，含铁锰结核，土裂隙发育一般，土体坚硬。

3 膨胀土工程地质特征

3.1 胀缩性及物质组成

安徽省膨胀土的自由膨胀率FS为35%～85%（FS≥40%），膨胀力为30.5～173.6kPa，膨胀率0.06%～0.6%，收缩系数0.21～0.61，体缩率为14.1%～25.1%，线缩率为2.2%～5.2%。膨胀土颗粒组成以粒径＜0.05mm的细粒土为主，其中＜0.005mm的粘粒占34%～61%（表2）。从地域上看，江淮波状平原土体中粘粒含量较多，淮北平原次之，沿江丘陵平原较低。膨胀土的化学成分以SiO2为主，次为Al2O3、Fe2O3。SiO2、Al2O3、Fe2O3三者百分含量之和一般大于85%（表3）。膨胀土的硅铝率（SiO2/R2O3）为5.7～9。测试实验数据表明，粘性土的胀势潜力与硅铝比呈正相关关系。膨胀土矿物成分包括碎屑成分和粘粒组成分，碎屑成分主要有石英、长石、云母，其次为方解石、硬石膏；粘土矿物主要有蒙脱石、伊利石，其次为高岭石等。淮北平原上更新统茆塘组膨胀土和江淮波状平原上更新统戚咀组（Q3q）膨胀土粘土矿物以伊利石为主，次为高岭石和蒙脱石；沿江丘陵平原上更新统下蜀组（Q3x）和中更新统戚家矶组（Q2q）的膨胀土粘土矿物以高岭石为主，次为伊利石、蒙脱石。

表2 膨胀土颗粒组成统计表Table 2 Granular constitution of expansive soil

表3 膨胀土化学成分与含量平均值（%）Table 3 Mineral content averages of expansive soil

3.2 膨胀土物理力学性质

由表4可知，安徽省内膨胀土其液限范围为39.7%～50.3%，塑性指数范围为16.8%～29.6%，初步判定属于弱－中等型膨胀土。膨胀土的饱和度大于85%，天然含水率较小，为18.0～30.4。膨胀土常处于硬塑或坚硬状态，内聚力较大，为38～114kPa，内摩擦角普遍较高，为9.3°～25°，压缩系数0.06～0.27，为中等偏低（表4）。

表4 膨胀土物理力学指标统计表Table 4 Physical and mechanical indexes of expansive soil

4 安徽省膨胀土危害程度分区

根据安徽省膨胀土形成的地质环境、分布规律及危害程度，结合地区的人类工程活动性质、强度及危害性，按“区内相似，区际相异”原则，采用定性、半定量的方法进行危害程度分区（图2）。

4.1 肥西－定远膨胀土危害中等区

徐集（六安）、保义（寿县）、长丰、凤阳、潘村（明光）一线之东南，双河（金安）、丰乐（肥西）、桥头集（肥东）、界牌集（定远）、石坝（明光）之西北，面积15780.12km2。

本区分布于江淮波状平原的二级阶地、山前斜地，海拔高度在30～90m，岗坳相间，顶圆坡缓，波状起伏，并自山前向河谷倾斜。区内广泛分布上更新统戚咀组的粘土、粉质粘土，自由膨胀率为47%～65%、蒙脱石含量21.25%～29.58%、阳离子交换量0.26～0.39mmol/g，为中等膨胀土，局部为强膨胀土。该区地处皖中地区，区内有安徽省省会合肥市，道路、城镇集中，淠史杭灌溉渠道贯穿于区内，膨胀土对区内的各类工程建设危害较大，为膨胀土危害中等区［2～5］。

4.2 利辛－固镇膨胀土危害小区

淮河以北广大的河间一级阶地地区，面积26302.00km2。

本区分布于淮北平原的河间一级阶地，海拔高度在16～32m，阶地面平坦开阔，前缘陡坎不明显。一级阶地分布上更新统茆塘组的粘性土夹粉砂、粉土层，自由膨胀率40%～55%、蒙脱石含量14.79%～26.98%、阳离子交换量0.16～0.35mmol/g，为弱膨胀土。该区地处淮北平原，道路、村镇较密集，膨胀土对工程建设产生一定的危害，为膨胀土危害小区［6］。

4.3 霍邱－寿县膨胀土危害小区

淮河之南，叶集（霍邱）、丁集（裕安），保义（寿县）、长丰以北，面积6620.48km2。

本区分布于江淮波状平原之西部，主要为二级阶地、山前斜地，其间分布河漫滩，海拔高度在17～80m。阶地面波状起伏，其上广泛分布的上更新统戚咀组粘性土，自由膨胀率40%～48%、蒙脱石含量12.19%～22.08%、阳离子交换量0.21～0.25mmol/g，为弱膨胀土。该区地处皖西，道路、村镇较密集，膨胀土对工程建设产生一定的危害，为膨胀土危害小区［2］。

4.4 庐江－全椒膨胀土危害小区

张母桥（舒城）、柯田（桐城）、金拱（怀宁）以西，浮山（枞阳）、土桥（无为）、西梁山（和县）、和县以北，双河（舒城）、丰乐（肥西）、桥头集（肥东）、大墅（全椒）、半塔（来安）、安乐（天长）以南，面积14057.86 km2。

本区分布于长江以北沿江丘陵平原的山前斜地、二级阶地及河湖漫滩，海拔高度在9～80m，山前斜地、二级阶地岗波状起伏，其上分布的上更新统粘土、粉质粘土的自由膨胀率40%～58%、蒙脱石含量15.42%～25.52%、阳离子交换量0.17～0.27 mmol/g，为弱膨胀土。该区地处沿江丘陵的山前波状平原，道路、村镇较密集，膨胀土对工程建设产生一定的危害，为膨胀土危害小区［7，8］。

图2 安徽省膨胀土危害程度分区图Fig.2 Sub－regions based on harm degree of expansive soil in Anhui

［1］李方根，季汝华，王晓明，等.安徽省致灾类特殊土调查评价［R］.芜湖：安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院，2008.

［2］王晓明，王少龙，宋仁亮.等.安徽省六安市（霍邱县、寿县、叶集试验区）地质灾害调查与区划［R］.蚌埠：安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，2008.

［3］林宾，马国明，何为红，等.合肥市1/10万地质灾害调查与区划报告［R］.合肥：安徽工程勘查院，2008.

［4］杨东凡，孙健，李志刚.滁州市1/10万地质灾害调查与区划报告［R］.蚌埠市：安徽省地质环境监测总站，2008.

［5］张华盛，刘遗平.凤阳县4500t/d熟料水泥生产线（一期）建设工程地质灾害危险性评估报告［R］.蚌埠：安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，2008.

［6］孙凤贤，马作明，阮传贵.亳州市1/10万地质灾害调查与区划报告［R］.芜湖：安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院，2008.

［7］林宾，陈江明，夏中平.庐江县1/10万地质灾害调查与区划报告［R］.合肥：安徽工程勘查院，2007.

［8］李志刚，陈学峰，周明全.全椒县1/10万地质灾害调查与区划报告［R］.蚌埠市：安徽省地质环境监测总站，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－hazard 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

潘国林（1980－ ），男，博士生，工程师，主要从事水文地质和环境地质等相关工作。

2011－08－16 改回日期:2012－03－02

安徽省国土资源厅公益性水工环项目：安徽省致灾类特殊土调查评价（AHGTT2006－53）