分散土是在20世纪30年代，首先由美国农业土壤学家发现的.分散土易受水冲蚀，容易造成堤坝、边坡等工程的事故.经过半个多世纪的发展，土的分散性质的研究和分析已经开始应用在实际工程中^{[1, 2]}；分散性土的改良方法也有了新的进展^{[3, 4]}.分散土分布区通常含盐量高，人们对盐渍地区的土的特殊性质^[5]、土体分散性的判别方法^{[6, 7]}等不断地进行探索和完善.在以往对吉林西部盐渍土的研究中，张静^[8]对吉林西部的土样进行了分散性的相关实验，并做了分散性的机理分析.鲍硕超等^[9]利用灰度理论研究分析了吉林西部土分散性的影响因素.但整体而言，对于吉林西部地带的盐渍土分散性研究较少，为研究吉林西部土的分散性特征，本文选取吉林西部乾安县“泥林”地区的土样.

本文研究了土样的成分以及物理化学性质，结合针孔试验、碎块试验、 双比重计试验等方法，对泥林地区土样的分散性做出综合判定，同时分析土分散性与其基本性质的关系.

本文对吉林西部土样(见表1)进行室内粒度分析实验，实验结合了筛分法与静水沉降法,对两个采样点不同深度的土样进行实验研究.分别在不加分散剂和加分散剂两种情况处理下进行颗粒的粒度分析实验.图1为两个采样点土样在加与不加分散剂情况下的黏粒、粉粒含量随深度的变化曲线.

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 各土样的取样时间、地点及取样深度 Table 1 The date, place and sampling depth of the soil samples 取样时间 采样地点 采样点号 采样深度/cm 2012年6月末 泥林柱体之上，表层有少量的植被，海拔152.7m. 1号 表层,20,40,60,80,100 泥林柱之间的平台上，表层无植被，海拔139.2m. 2号 表层,20,40,60,80,100

表 1 各土样的取样时间、地点及取样深度 Table 1 The date, place and sampling depth of the soil samples

图 1(Figure 1)

Fig. 1

图 1 采样点粒度变化曲线 Fig. 1 Grain size distribution curve of the sampling soils (a)—1号采样点； (b)—2号采样点.

实验结果表明，在加与不加分散剂条件下，各土样的粒径主要集中在0.005~0.075 mm的粉粒范围内.两个采样点土样以粉粒为主，加分散剂后，粉粒含量均有所减少，但变化不大.这是由于天然条件下，粒径较小的黏粒胶结在一起，团聚形成了颗粒较大的次生粉粒，即“假粉”现象.当加入分散剂后，交换性钠离子含量增多，增大了土颗粒周围双电层厚度，颗粒间引力减小，使土颗粒分散.

土体的界限含水率对土的分散性具有一定影响，土的液限和塑限越高，则其塑性越高.图2为两个采样点不同深度的土样在塑性图上的分布.

图 2(Figure 2)

Fig. 2

图 2 各土样在塑性图上的分布 Fig. 2 The distribution of the soil samples on the plasticity chart

根据国内外实验资料，结合图2分析看出，本实验的分散性黏土均属于黏质土，在塑性图上的位置基本都在A线以上，黏粒较少，土样的分布区域集中于有机质低液限黏土(CLO)及低液限黏土(CL)的区域.其次，由于黏粒的颗粒具有较大的比表面积，因此可以产生较强的粘结力，容易使颗粒团聚，起到一定的胶结作用，对“泥林”立柱的稳定有关键的作用；当土中黏粒胶结物太少时，其胶结力就不足以抵抗土样的膨胀与分散力^[10]，则容易分散，被水冲走形成沟壑.

本文采用烘干法和滴定法对各土样的易溶盐含量进行测定，发现易溶盐总量在0.3%左右或高于0.3%.图3a为易溶盐总量随深度变化的曲线.资料显示，钠离子在垂直剖面上的变化规律与易溶盐总量在垂直剖面上的规律基本呈现一致性^[8].对“泥林”土样进行易溶盐总量以及Na⁺,K⁺等分量的测量，其结果也表明“泥林”土的Na⁺浓度较高(见图3b)，K⁺浓度为0.013~0.018 mmol/100 g，与一般土相似、Ca²⁺浓度0.316~0.513 mmol/100g,Mg²⁺浓度0.081~0.226 mmol/100 g；阴离子以Cl^-和HCO₃^-为主，其中HCO₃^-浓度为1.512~3.124 mmol/100 g,Cl^-浓度为0.950~2.650 mmol/100 g；SO₄^2-的浓度为0.750~2.269 mmol/100 g，CO₃^2-的浓度基本为零.Na⁺浓度很高，不仅对土的透水性和毛细性有一定影响，也对土的分散程度和可塑性有提高^{[8, 9, 10, 11]}.实验结果分析表明：

图 3(Figure 3)

Fig. 3

图 3 易溶盐总量及Na+含量随深度变化曲线 Fig. 3 The curve of total soluble salt and sodium ion content vs depth

1) 研究区内，在20 cm深度以上，1号采样点土体含盐量高于2号采样点；20~100 cm深度范围，1号采样点含盐量低于2号采样点.分析发现，由于采样时间正值雨季，1号采样点海拔较高，位于“泥林”柱体之上，临近“泥林”柱峭壁，在浅表层(40 cm深以上)，雨水淋滤作用下，盐分会随着水分向下运移，盐分随深度增大而减少，盐分受淋滤作用影响强，见图3a；在浅表层以下，土体有机质使得土体渗透性变差，盐分向下运移受阻，淋滤作用减弱.2号采样点地处平坦，表面无植被，有机质含量低；在降雨时盐分随着水分向下运移，含盐量随深度增加而增加，雨水对其的淋滤作用较强.在浅表层或更深范围内渗透性较高，呈现出盐分随深度有增加的趋势，因此在浅表层以下，同一深度2号采样点的含盐量均高于1号采样点.

2) 由图3a可知，1号采样点在1 m深范围内，土体含盐量随着深度增加先增大后减小.这是由于春季多风干旱，蒸发量大，土体盐分有所积累^[12]；采样时间为6月末，正值高温多雨，表层盐分随水向下迁移；在40 cm内包含了植物残体等有机质，渗透性较低^[13]，在40 cm深度内，盐分堆积、含量较高.因此，1号采样点土样易溶盐的影响深度约为40 cm.研究发现，Na⁺的含量随着深度的变化趋势和易溶盐总量随深度的变化趋势呈现出一致性(见图3b)，Na⁺的含量，对盐分的特征起着主导作用.

3) 2号采样点在深度范围内，含盐量随深度增大而缓慢增大.研究发现，采样点位于该地区属于温带大陆季风气候的半干旱区；夏季高温多雨，盐分会随着水分而向下迁移，因而含盐量随深度增大而增大.土样易溶盐的影响深度可能大于1 m.为确定其影响深度，可加大采样深度，进一步研究.

分散性土具有一些与之相对应的独特地貌特征.通常在分散性土分布的地区，如果降雨后，野外所有有水的地方都会是混浊的，例如河道、水沟等.水蒸干后，在土表面会有很细的一层土，并且容易出现龟裂，在坡面发育处则会有冲沟等冲蚀地貌形成.对采样地区的野外分析，初步认为该地区土样有分散性.图4为取土地点的自然地貌.

图 4(Figure 4)

Fig. 4

图 4 雨后的冲沟及积水 Fig. 4 The gullies after rain and the water (a)—积水； (b)—冲沟.

本文进行了三种室内鉴定试验的方法，分别是针孔试验、碎块试验和双比重计法，根据分散性ASTM评价标准^[14]进行鉴定，将土样分为分散性土、过渡性土以及非分散土,实验装置选取水头为50 mm.观察水流流量，流出的水的颜色等，最后结合针孔孔径的变化判断土样的分散性.为了同时调查土样分散性随深度的变化，本文对两个采样点各深度土样进行实验，具体结果见表2.针孔试验结果表明，在规范实验条件下，1号采样点表层土、20 cm土及40 cm土样属于分散性土，60 cm和80 cm土样属于过渡性土，而100 cm土样是非分散土，随着深度的增加，土样的分散性逐渐减弱；同样，实验表明2号采样点各土样判定结果均为分散性土.

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 针孔试验结果表 Table 2 The results of pinhole test 采样点编号 取样深度 流出水的混浊情况 最终孔径 判定结果 cm mm 1号 表层 20 40 60 80 100 很混浊 混浊 较混浊 轻微混浊 肉眼可见 肉眼可见 3~4 2~3 1.5~2 1~1.5 2~3 1~1.5 分散性土 分散性土 分散性土 过渡性土 过渡性土 非分散土 2号 表层 20 40 60 80 100 很混浊 很混浊 混浊 混浊 较混浊 混浊 2~3 2~3 4~5 2~3 1.5~2 1.5~2 分散性土 分散性土 分散性土 分散性土 分散性土 分散性土

表 2 针孔试验结果表 Table 2 The results of pinhole test

碎块试验是通过分析土在水中析出胶体的程度，从而鉴定土分散性.本实验将具有天然含水率的原始土样制成大小约为1 cm³见方的小土块置于烧杯中，沿着烧杯壁缓慢地加入蒸馏水至浸没小土块.静置5~10 min后，观察杯中土块分散的情况.其评价标准见表3^[15].

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 碎块试验评价土的分散性标准 Table 3 The estimate criterion of crumb test 类别 浸水后特征 分散性土 土块水解后混浊，土扩散速度快，扩散范围大， 水呈雾状，经久不清. 过渡性土 土块水解后四周有微量混浊，但扩散范围小. 非分散性土 无明显的反应，土块水解后在杯底部以细颗 粒状平堆，水色是清或稍混浊后很快又变清.

表 3 碎块试验评价土的分散性标准 Table 3 The estimate criterion of crumb test

碎块试验评价结果表明(见图5)，1号采样点40 cm深以上土样的土块浸水后在整个杯底塌散，水变混浊，杯底形成环状纹，属于分散性土，采样点60 cm深、80 cm深及100 cm深土样的土块浸水后在整个杯底塌散，水小范围变混浊，杯底环状纹不完整，属于过渡性土.类似地，对2号采样点土样进行实验，各深度土样的土块浸水后在整个杯底塌散，水都变得很混浊，故均为分散性土，但随着深度增大混浊程度有减弱趋势.

图 5(Figure 5)

Fig. 5

图 5 碎块试验中水色判断土的分散性 Fig. 5 Determine the dispersion degree of the soil samples by crumb test (a)—1号采样点； (b)—2号采样点.

鉴于工程实践经验，分散土中的黏粒很容易被水流带走，而通常黏性土可能存在一定的团粒，遇水时不易分解为基本粒级^[8]，因此提出双比重计试验.该试验是对土样进行两次比重计试验来测定黏粒(＜0.005mm)的含量.分别是常规的加分散剂和抽真空不加分散剂条件下实验，求得两次黏粒的含量，用式(1)求得分散度^[16]：

其判断标准^[8]为

结果表明采样点土样的分散度均大于50%，为分散性土，在试验过程放置24 h后，溶液仍混浊，土的分散性较强，土体分散度随深度变化不明显.

对分散性的几种试验方法的实验结果，各学者都提出了自己的综合评定标准.在以往的研究中，文献[8]认为，土的分散性是根据针孔试验和其他试验结果综合判定的.本文根据以往的研究，结合实际的实验研究情况进行分散性判定研究，以针孔试验为基础，结合碎块试验和双比重计试验结果：如果针孔试验判定为分散性土，在碎块试验和双比重计试验中只要有结果为分散性土的，则综合判定为分散土；如果针孔试验为过渡性土，在碎块试验和双比重计试验中只要有分散土，则综合判定为分散性土；如果针孔试验结果为非分散性土，在碎块试验和双比重计试验的结果中只要有过渡性土的，则综合判定为过渡性土；否则为非分散土.

表4中给出了两个采样点的实验结果，综合表明试验区土样具有较强的分散性.为进一步研究其分散性的变化特征，建议将采样深度加大，在更大的垂直剖面上进行试验分析.

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 土样分散性试验结果总表 Table 4 Test results of dispersive property of the soil samples 采样点编号 取样深度 针孔试验 碎块试验 双比重 计试验 综合判定 结果 cm 1号 表层 分散性 分散性 分散性 分散性土 20 分散性 分散性 分散性 分散性土 40 分散性 分散性 分散性 分散性土 60 过渡性 过渡性 分散性 分散性土 80 过渡性 过渡性 分散性 分散性土 100 非分散 过渡性 分散性 过渡性土 2号 表层 分散性 分散性 分散性 分散性土 20 分散性 分散性 分散性 分散性土 40 分散性 分散性 分散性 分散性土 60 分散性 分散性 分散性 分散性土 80 分散性 分散性 分散性 分散性土 100 分散性 分散性 分散性 分散性土

表 4 土样分散性试验结果总表 Table 4 Test results of dispersive property of the soil samples

资料表明，研究区为温带大陆性气候，降雨的季节性特征较为明显.水盐运移随着季节而变化，其中春秋季比较干旱、是盐分的积累期，以蒸发作用为主，盐分随着地下水向上运移，水中的离子积聚于地表；夏季的降雨量明显增大，则土中的盐分又随着淋滤作用开始向下运移.在全年范围内，夏季的淋滤作用相对较短，因此盐分的积累过程大于淋滤过程.实验结果分析发现，促使土粒产生分散性的直接因素是颗粒表面扩散层的厚度，扩散层愈厚，则粒间引力越小，土的分散性就越强.其中扩散层厚度由离子半径和离子价位决定，半径小、价位低的离子，则相应的扩散层较厚；因而Na⁺形成的扩散层较厚，易使土颗粒凝聚力降低而分离.此外，黏粒和有机质对土颗粒分散性起抑制作用，但由于含量少，不足以抑制土颗粒的分散.因此，在降水的作用下，研究区的这种具有分散性的土易被冲蚀，经长期作用便形成现在特殊的“泥林”地貌.

1) 研究区内土体粉粒含量大，含盐量高，属于低液限黏土，具有分散性土的基本特征.易溶盐与钠含量随深度的变化基本一致.

2) 分散性鉴定试验综合说明采样区浅层土的分散性高，随着深度增大分散性有减弱趋势.在纵剖面1 m深度范围内，2号采样点土体的分散性变化不大，建议进一步增加采样深度进行分析研究.

3) 本文利用传统的土体性质研究实验及分散性鉴定实验，选取了两个地点的土体为研究对象，分别进行了垂直剖面规律和横向对比研究；认为高含盐量的“泥林”土体主要是受水分运移作用而形成；土体具有一定的分散性、易受冲蚀是泥林特殊地貌形成的重要原因.本次研究是进一步深入做 “泥林”地区特殊地貌的形成机制研究，以及吉林西部大范围区域盐渍土水盐运移机制研究重要的先决条件.