风积沙粒度成分及实践研究

沙源物质（原生沙）经受风力吹扬后，由于尘埃状颗粒（黏粒与粉粒）被吹走（多以悬移方式运动）而使细颗粒含量减少，大于0.5mm的颗粒又不易被风吹起（多以蠕移方式运动），结果使风积沙中的中等颗粒（多以跃移方式运动）的百分比相对地增加。风积沙虽经风力长期改造，但仍然含有少量的尘埃颗粒。这是由于在吹扬时大颗粒不断摩擦碎裂而不断得到补充的结果。此外，流沙被固定后，随着植物生长、成土作用深化等，其粒度成分也将发生变化：其粒度成分变细，粉粒与黏粒逐渐增多。

风积沙的粒度成分主要由细沙粒组成，粗沙粒和粉沙粒含量都很低，粒级比较集中。据前人的研究资料，中亚地区的沙漠基本上是由0.25～0.1mm的细沙粒组成，粉粒和黏粒的数量非常少，总含量不超过1.5%～2%。我国沙漠地区的风积沙也为粒径0.25～0.1mm的细沙，平均占66.78%，最高含量可达99.36%；粒径0.5～0.25mm的中沙和粒径0.1～0.05mm的极细沙粒平均分别占16.27%和12.69%；粒径＜0.05mm的粉黏粒和粒径在1.0～0.5mm的粗沙含量都很少，平均分别占2.94%和1.32%；几乎不含粒径＞1.0mm的极粗砂（表2-4）。

表2-4　我国主要沙漠沙丘的粒度成分统计表

注：1.S0=D75／D25。
2.引自吴正《风沙地貌学》（1987）。

当然，在不同的沙漠以及同一沙漠的不同地区，风积沙在粒度成分上还是有差异的。如我国各沙漠中，塔克拉玛干沙漠的风积沙最细，粒径中值平均为0.093mm；毛乌素沙地的沙最粗，粒径中值平均为0.234mm。印度的塔尔沙漠，在拉贾斯坦邦的风积沙平均粒径为0.15mm，而在旁遮普邦的风积沙平均粒径为0.125mm。之所以有此差异，主要还是与原生沙的粒度组成、所处的自然环境及风力作用的时间与强度等因素有关。

已有的研究成果还表明，风积沙的粒度分布曲线通常是单峰型，但有时也为较为明显的双峰型；在陆相沉积物中，风积沙是属于分选最好的一种。

通过对塔克拉玛干沙漠的风积沙与古尔班通古特沙漠风积沙风积沙粒度成分试验，结果见表2-5（筛分法）及表2-6（比重计法），再参考其他沙漠地区已有的研究成果，塔克拉玛干沙漠的风积沙与古尔班通古特沙漠的风积沙粒度成分的特征表现为：

表2-5　风积沙粒度成分试验成果表（筛分法）

表2-6　风积沙粒度成分试验成果表（比重计法）

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（1）塔克拉玛干沙漠的风积沙与古尔班通古特沙漠的风积沙在粒度成分上与其他沙漠的风积沙基本相似，如以细沙为特征，较粗沙粒与粉黏粒的含量都不多，分选性好等，并没有明显的异常现象。

（2）不同的沙漠，风积沙的粒度成分也有所不同。塔克拉玛干沙漠腹地的风积沙平均粒径0.09mm左右，粉黏粒含量20%左右，不均匀系数Cu约1.3，曲率系数Cc约1.0。古尔班通古特沙漠腹地的风积沙平均粒径0.25mm左右，粉黏粒含量多在5%以下，不均匀系数Cu为2～4，曲率系数Cc约0.6。两者相比，古尔班通古特沙漠腹地的风积沙明显要比塔克拉玛干沙漠腹地的风积沙粗，并且粉黏粒含量也明显得少。究其原因，主要在于原生沙不同：塔里木盆地面积广大，河流的长距离搬运作用会使原生沙变得更细小，粉黏粒含量也随之增多；而与之相比，准噶尔盆地面积就明显小了。

（3）同一沙漠的不同地区，风积沙的粒度成分也有一定差异。如在塔克拉玛干沙漠中，沿塔中沙漠公路，从北向南，风积沙的粉黏粒含量有逐步增加的趋势。

此外，在进行风积沙基本特性研究时，本书重点试验风积沙样品为塔克拉玛干沙漠腹地风积沙与古尔班通古特沙漠腹地风积沙的典型代表，这样也就保证了相应的研究成果对这两个沙漠来说是具有代表性的。我国沙漠风积沙的平均粒径在0.093～0.234mm，而塔克拉玛干沙漠腹地风积沙与古尔班通古特沙漠腹地风积沙样的平均粒径分别约为0.09mm及0.25mm，正好是最细及最粗的，这样也就同样保证了相应的研究成果对我国的各个沙漠来说是具有代表性的。

通过在风积沙样（0＃）中掺入不同的粉黏粒（1＃）而进行的试验，以研究粉黏粒含量对风积沙工程特性的影响（将此组试验样品统称为0＃～1＃系列，以下描述均同此意）。

级配的定量评价到目前尚没有很好的理论。以一般的观点，认为当Cu≥5，Cc=1～3时，级配良好。粉黏粒含量在40%～80%，图样符合要求，风积沙中添加粉土，随粉黏粒增加，级配迅速得到改善；当粉黏粒达40%时，级配已比较良好；到60%时，为级配最好的情况（即使如此，也还有些偏粗）；随后在60%～80%，因受0.05～0.074mm颗粒超出的影响，级配开始变差；超过80%后，与粉土的级配接近。

级配还要考虑颗粒形状的影响，已有的研究表明，细小的颗粒，尤其是小于0.002mm的黏粒，多呈片状或针状，表面带负电荷，而在片的断口处有局部的正电荷，因此在聚合时，多以面与边、面与角或面与面的方式结合，更多的是以集粒（土粒集合体）的形式存在，而不是以单个颗粒的形式存在。正因为如此，细小的颗粒并不能以其平均的粒径来考虑，它们的存在会使上述的级配问题变得更复杂。

粉黏粒的过量存在将导致土体的级配变差，使实际的级配与上面的理论分析产生偏差，偏差的大小取决于粉黏粒含量，尤其是黏粒的含量。综合地讲，可大致认为无论粉黏粒含量是多是少，只要在含水量为零时，击实能取得较大干密度的，其级配就好。以此为据，从图2-1中可看出，试验土样的实际最好级配应在55%左右，与上面的分析虽有偏差，但偏差不大，原因在于粉土中的黏粒并不很多。

图2-1　试验样品粒度组成与泰波级配曲线

当然，无论是泰波理论还是级配好坏的划分，一般都针对砂类土或砾类土。对本书试验而言，其粉黏粒含量较大的样品已为细粒土，再用这些指标是否合适是值得研究的。但此后的试验表明，试验土样的性质既受粉黏粒含量的影响，也受其级配的影响，因此适当的借鉴也是很有必要的。