在军事领域，由于存在山地、沙漠、沼泽、雪地等多样化的复杂作战环境，越野车辆能否以较高车速通过复杂地形，以更短时间到达指定作战地点成为战场胜负决定因素之一，越野车辆机动作为军事活动的重要组成部分（ 刘常青等，2018; 张栋等，2019），提前掌握了越野车辆机动情况对应急保障有着重要的意义（肖万巷等，2024）。车辆机动性能对于军用车辆具有特殊重要的意义，而影响车辆越野机动能力主要是地形特征、车辆性能及驾驶技能（肖川等，2017）。对于战场环境的影响，主要表现在穿越不同地域障碍的通行能力，所以在通行过程中需选择最有利的通行路线（书成等，2022），对于不同路面越野车辆通过性是不同的，影响路面通过性强弱主要取决于土体承载能力，由于土是分散颗粒的集合体，受到外部压力作用后，土粒相互靠拢，水和空气从土中被挤出，孔隙体积减小，从而产生压缩变形并改变其内部空间结构，不同的类型和空间结构直接影响土体承载能力不同（ 甘直波等，2011）。研究表明土体的厚度、密实度、含水量、液限、塑限、压缩模量等指标参数直接决定了土体的承载力，对越野机动车辆中轮式车辆和履带车辆等通行能力、油料消耗、机件磨损等均有不同程度影响（李军等，2012; 闫清东等，2021）。

研究区位于东北边境地区，地势西北高东南低，山岭较低矮，属丘陵地带，中朝准地台胶辽台隆内，台陷区构造较简单，台拱区构造复杂，岩浆岩发育; 广泛发育辽河群古老变质岩系，该岩系已构成结晶基底，且遭受不同层次的构造作用。笔者等根据研究区山林地特征，通过便携式土壤承载力测量仪器对研究区各种交通道路不同类型、不同属性、不同结构的土，壤承载能力进行地面调查，利用钻探工程、物探高密度电法等技术手段探查主干道路土层结构、属性特征以及力学性质，分析不同土壤属性的差异性，进而研究影响土壤承载能力，结合越野车辆机动性能，评判不同的土体承载能力对于机动通行能力的影响，研究利于越野机动的土体组合。

1 数据与方法

1.1 土质类型

（1）碎石土: ①块（漂）石，颗粒粒径大于 200 mm，且颗粒质量大于总质量 50%的土体。土质坚硬程度高，属夹石土（图1a），密实度一般为松散，土质颜色一般为灰褐色。 ②碎（卵）石，颗粒粒径 20~200 mm，且颗粒质量大于总质量 50%的土体。土质坚硬程度高，属夹石土（ 图1b），密实度一般为松散—稍密，土质颜色一般为灰褐色。 ③角（圆）砾，颗粒粒径 2~20 mm，且颗粒质量大于总质量 50%的土体。土质坚硬程度高，属夹石土（图1c），密实度一般为中密，土质颜色一般为灰褐色。

（2）砂土:①粗砂土:颗粒粒径在 0.5~2 mm，且颗粒质量大于总质量 50%的土体。土质坚硬程度低，属松软土，土质颜色一般为黄色、灰褐色。 ② 中砂土:颗粒粒径在 0.25~0.5 mm，且颗粒质量大于总质量 50%的土体。土质坚硬程度低，属松软土（图1d），土质颜色一般为黄色、灰褐色。 ③细砂土: 颗粒粒径在 0.1~0.25 mm，且颗粒质量大于总质量 75%的土体。土质坚硬程度低，属松软土（图1f），土质颜色一般为黄色。

（3）黏性土:粉质黏土子类颗粒粒径在 0. 001~0. 05 mm，颗粒质量大于总质量 50%，有黏着感，可反复搓条 0.5~3 mm。通过物理性质含水率、比重、湿密度、孔隙比、液塑限、压缩系数、压缩模量、凝聚力、摩擦角等，判断土质坚硬程度属中等土—硬土。土质颜色一般为灰褐色，（图1e）（Nahesson et al.，2022）。

（4）特殊性土。淤泥子类主要由黑色有机质、腐植物等组成，不具有分选性，土质坚硬程度属松软土（图1f）。

1.2 表层土壤调查

表层土壤调查，主要利用土密实度及地基承载力现场检测仪（MHY-30006），在研究区范围内主要通道，均匀布设调查测量点，具体方法先清理表层土壤约 3~5 cm，避免测量误差，影响数据准确性; 然后将仪器探杆与测头连接，并施加压力垂直插入被测点土层中，探测深度依次为 0~10~30 cm，在贯入的全过程中，仪器屏幕上实时显示动态实测值，通过动态值的变化可观察到钻探深度全进程中密度的大小、土质层的软弱强度变化的全过程，当贯入检测结束后，停止加压，提起仪器屏幕保留最大峰值，统计土体承载力，完成探测。

1.3 深层结构探测

根据研究区实际情况，为进一步分析研究各种地域不同路面土层垂向结构、物理属性，笔者等分别于 S202 线、S319 线、XC 线、YD 河道等越野通行主干路线布设物探高密度电法剖面 9 条（图 2），本次勘探使用设备 Super Sting R/ 8 高密度电法仪，采用温纳排列装置，电极距 5 m。 根据不同情况，每条测线测量布置 50~56 道电极，观测剖面数取 17 层，预设探测深度为 50 m。结合实际，设计钻孔 11 眼配合验证，总进尺 522.31 m，钻探施工主要由改装后汽车钻完成此次施工任务，开孔孔径 130 mm，最小孔径 110 mm，通过钻探对比验证来确定研究区土层厚度和分层结构。

2 结果分析

2.1 土层结构

2.1.1 S202 线土层结构

根据高密度电法剖面测量结果，KD03（ Ⅲ— Ⅲ′）高密度剖面推测土层厚度 18~20 m（ 图3），KD04（Ⅳ—Ⅳ′）高密度剖面推测土层厚度 3~5 m，KD08（Ⅷ—Ⅷ′）高密度剖面推测土层厚度 10~12 m，KD09（Ⅸ—Ⅸ′）高密度剖面推测土层厚度 15~17 m。

ZK3 号孔位于 S202 线西侧河床位置。揭露土层厚度为 19.5 m，其中 0~1.3 m、1.7~2.9 m 为碎石土，1.3~1.7 m 为粉质黏土，1.7~19.5 m 为中砂土，粉质黏土在碎石土中呈夹层分布。 ZK4 号孔位于 S202 西北侧。揭露土层厚度为 3.0 m，其中 0~1.0 m、2.0~3.0 m 为碎石土，1.0~2.0 m 为粉质黏土，碎石土和粉质黏土两种土质呈互层分布。 ZK8 号孔位于 S202 东侧，YD 镇北侧。揭露土层厚度为 10.0 m，其中 0~6.0 m 为碎石土，6.0~10.0 m 为粉质黏土，碎石土和粉质黏土呈互层分布。 ZK9 号孔位于 S202 东，某岭坡脚处。土层厚度为 15.5 m，其中 0~1.5 m、2.0~2.8 m、 3.4~15.5 m 为碎石土，1.5~2.0 m、2.8~3.4 m 为粉质黏土，粉质黏土在碎石土中呈间层分布（图3）。

由以上测量数据确定，S202 线土层厚度介于 3. 0~19.50 m，平均厚度 12 m。土层分层结构以互层结构为主，兼有夹层结构和间层结构，互层结构的土质类型为碎石土和粉质黏土。

2.1.2 S319 线土层结构

KD02（Ⅱ—Ⅱ′）高密度剖面推测土层厚度 5~8 m，KD07（Ⅶ—Ⅶ′）高密度剖面推测土层厚度 4~7 m（图3）。

ZK2 号孔位于 S202 线与 S319 线交汇处北侧。揭露土层厚度为 6.2 m，其中 0~2.8 m 为碎石土，2.8~6.2 m 为粉质黏土，碎石土和粉质黏土呈互层分布。 ZK7 号孔位于 S319 东侧，与 XC 线交汇。揭露土层厚度为 4.6 m，其中 0~2.5 m、2.7~3.0 m 为碎石土，2.5~2.7 m 为粉质黏土，2.7~4.6 m 为碎石土，粉质黏土在碎石土中呈间层分布（图4）。

由以上测量数据确定，S319 线土层厚度介于 4.6~6.2 m，平均厚度 5.4 m。土层分层结构以互层结构为主，兼有间层结构，互层结构的土质类型为碎石土和粉质黏土。

2.1.3 XC 线乡道土层结构

KD01（Ⅰ—Ⅰ′）高密度电法测量剖面推测土层厚度 3~5 m。

ZK1 号孔位于 XC 线以北的某沟沟口处。揭露土层厚度 3.5 m，均为碎石土。 ZKL1 号孔位于 XC 线以南的坡底处。揭露土层厚度为 8.9 m，其中 0~3.4 m、3.7~6. 0 m 为黏土，3.4~3.7 m 为粉质黏土，6. 0~8.9 m 为细砂土，粉质黏土在黏土中呈间层分布，黏土和细砂土呈互层关系。 ZKL2 号孔位于 XC 线南侧。揭露土层厚度为 5.7 m，其中 0~4.3 m 为碎石土，4.3~5.7 m 为粉质黏土，碎石土和粉质黏土呈互层关系。

由以上测量数据确定，XC 线乡道土层厚度介于 3.5~8.9 m，平均厚度 6 m。土层分层结构以互层结构为主，兼有间层结构，互层结构的土质类型为碎石土和粉质黏土，少量为黏土和细砂土。

2.1.4 YD 河道土层结构

KD05（Ⅴ—Ⅴ′）高密度剖面推测土层厚度 3~5 m（图3）。

ZK5 号孔位于 YD 河道北，水库上游。土层厚度为 3.7 m，其中 0~1.5 m、2. 0~3. 0 m 为碎石土，1.5~2. 0 m 为粉质黏土，3. 0~3.7 m 为粗砂土，粉质黏土、粗砂土和碎石土呈互层分布（图4）。

由以上测量数据确定，YD 河道土层厚度为 3.7 m。土层分层结构以互层结构为主，互层结构的土质类型为碎石土和粉质黏土，少量为黏土和细砂土。

2.1.5 YD 镇—XF 村乡道土层结构

KD06 高密度剖面推测土层厚度 10~12 m。

ZK6 号孔位于 S202 西侧 YD 镇西，某阳沟到XF 村乡道北侧河谷阶地。土层厚度为 12.2 m，其中 0~2.0 m 为碎石土，2.0~2.3 m 为块漂石，2.3~12.2 m 为黏性和砂质类土，碎石土和黏性及砂类土呈夹层分布。

由以上数据，推测 YD 镇—XF 村乡道沿线土层平均厚度 12 m。

综合分析，研究区内所布设钻孔、物探剖面相互印证且解译成果与钻孔实际情况吻合，研究区内土体以碎石土、黏性土及中—粗砂土为主，总体土层平均厚度为 8.35 m，其中碎石土位于地表最上层，平均厚度为 3.58 m，黏性土及中、粗砂在碎石土之下互层、夹层或间层产出，平均厚度为 6.74 m，详见表1。

2.2 土体承载力

单位面积的土壤，能抵抗剪切破坏的能力称为地面承载力。承载力对工程建筑物的设计与实施、机动车辆和人员的活动能力均产生重要影响，土体的容许承载力（R），随着原状土的天然含水量的增加，其容许承载力（kg / cm²）减小，表2。

（1）块（漂）石: 研究区内块（漂）石主要分布在省道 S202 沿线东北局部地区，县道 X616 某沟入河口北测; 省道 S319 东测，某家沟口北等位置，承载力实测值范围 250~310 kN/ m²，即 25~31 t / m²，平均值 27 t / m²，承载力整体变化比较均匀稳定。

（2）碎（卵）石: 研究区内碎（卵）石分布较广，省道 S202、S319，县道 X635、X616，各级乡道，土路均有分布，承载力实测值范围 250~310 kN/ m²，即 21~32 t / m²，平均值 26 t / m²。承载力整体变化较均匀平稳，符合碎石土整体特征，其中 YD 河附近 TD村口位置承载力最高，村东承载力最低，相距 1 km 出现此变化应主要与地貌有关，村口处于沟谷交汇处，而村东位于相对广阔的阶地位置，沉积作用不同导致承载力发生变化。

（3）角（ 砾）石: 研究区内角（砾）石主要分布在 S202 某庄东侧; S319 东南方向山缘大部分地区。承载力实测值范围 230~270 kN/ m²，即 23~27 t / m²，平均值 25 t / m²。整体变化平稳，承载能力稳定。

（4）粗砂土: 研究区内粗砂土分布较少仅在省道 S202 东，某家堡南测局部地区，S202 与 S319 交汇处。承载力浮动大，170~240 kN/ m²，主要原因是测试位置所处地貌不同，高值位于阶地，低值在河漫滩。

（5）中砂土: 研究区内中砂土分布较分散，分布 TD 河河床附近。承载力普遍较低，90~150 kN/ m²，即 9~15 t / m²，平均值 12 t / m²。承载力偏低主要因为土质松散，且靠近水系发育地区。

（6）细砂土: 研究区内分布极少，仅分布在某沟河入水库口区域，承载力 120 kN/ m²，即 12 t / m²。该位置靠近河流，易受季节降雨影响，降低承载能力。

（7）粉质黏土: 研究区内粉质黏土主要分布在省道 S202 南侧 YD 河旁; S319 西南大部分地区; 水库口附近。承载力变化较大，130~350 kN/ m²，即 13~35 t / m²，平均值 25 t / m²。粉质黏土承载力变化主要与其含水量有关，越靠近河流、水库区域，其含水量增大会导致其承载力急剧下降。

3 讨论

3.1 土体承载能力对越野机动影响

（1）碎石土承载力分析: 研究区内碎石土分布广泛，主要集中在宽广的山间谷地内，研究区中部 S202、S319 省道路沿线，大部分地区均有分布。实测承载力 240~310 kN/ m²，不同地带分布的碎石土其承载力变化不大，说明碎石土承载力比较稳定，可承受重型车辆通行，但碎石土对车辆机件磨损较大（朱本清等，1998）。

（2）砂土承载力分析: 砂土分布地区为 YD 河道、XC 线河道富锦。承载力受砂土密实影响呈不规则变化 150~260 kN/ m²，在靠近水库及河流地段甚至更低，无法承受重型越野车辆机动通行，受季节性降水影响严重，不利于车辆通行。

（3）黏性土承载力分析: 分布在研究区西北部、 S202 与 S319 交汇地带，实测承载力 60~390 kN/ m²，呈不均匀分布，主要原因是黏性土受含水量影响，越靠近水库及河流边缘地带，承载力越小，不利于越野车辆机动; 在研究区中部地区，黏性土含水量低，承载力大，甚至部分地区超过碎石土（王育平，1999; 李海山，2011; 周佩等，2013; Uusitalo，et al，2015; Zhou Haizuo，2023; Baazouzi，2023）。

（4）特殊性土分析: 研究区内特殊性土主要为淤泥，且与细砂土呈间层产出，本次工作揭露出的淤泥仅分布在，水库周缘地带，淤泥单层厚度 15 cm，成分为黑色有机质腐殖物。淤泥与细砂土间层产出的特征，可有效降低土质承载力，对水库周缘车辆通行能力有不良影响。

3.2 土体结构对越野机动影响

由于土粒之间的连接强度远小于土粒本身的强度，所以在外力作用下，土的破坏主要是由于土粒之间发生相对剪切位移对于砂土，因为颗粒本身的强度高，在剪力作用下，剪切面上的颗粒本身不会被剪断，只能颗粒与颗粒之间相互接触点上产生滑动或滚动，从而使土之间发生位移，使土破坏。因此，砂土的抗剪强度主要来自颗粒之间的摩擦阻力。由于摩擦阻力的存在，砂土在自重作用下可能堆成的最大坡度，称为天然休止角，它是衡量土的稳定度的一个标志。对于豁土，因为颗粒之间具有分子豁结力，而结合水在颗粒之间又起着联结作用，这些力的总和构成粘性大的内聚力，它能抵抗一定的拉力和剪力作用（张庆贺等，2012; 罗江梅等 2014）。故粘性大的土，其抗剪强度不仅包括内摩擦阻力，而且也包括粘聚力。对于高塑性戮土，例如淤泥或淤泥质土，其抗剪强度以粘聚力为主（陆书成等，2022）。

根据土体结构及力学性质分析东北地区不同土层结构对车辆越野机动沉陷性及通行能力影响（李杰等，1997）。砂质土体，轮式车辆基本不能在砂质土体上通行，在较硬的平沙上，虽然能勉强行驶，但速度近于徒步，耗油量为硬土质的 2~3 倍，东北山林地区砂质土体大多分布于河漫滩附近，车辆通行过程随时有陷车的可能，需准备自救器材（《土壤参数与行走机构关系》 研究课题组.1979）; 履带车辆如挖掘机、推土机虽可机动，但附着力低，时速只有 9~12 km，爬坡能力约 15°~18°，耗油量增大近一倍，车辆故障多（李军等，2012; 许永超，2014），通过调查数据显示，重型越野该地区时，由于土层结构原因易发生深陷不利于越野机动通过。

砂砾土体，如漫滩戈壁，轮式车辆在硬戈壁车辆行驶，时速可以 10~15 km，在软戈壁只有 5~7 km，油料消耗增大近 30%。履带式越野车辆机动时速可达 25km，机件易磨损。东北山林地区多石块地，山间谷地分布较多，岩石受冰冻与风化发生风化作用崩裂而形成，轮式车辆轮胎易被割裂（Technology，2019）。

盐碱地，底部潮湿、泥泞，通行困难。但干旱地区的盐碱地，地表为白色，土质松软而不滑，一般尚可通行，但时速慢，且应警惕个别地方陷车（周宏伟等，1997）。龟裂地，多见于戈壁滩和有黏性土的地区。因人烟稀少、气候干燥而得以长期保存，表面平坦、土质坚硬，有利于机动。

4 结论

通过样品分析，影响土体承载力主要因素包括土体含水率、密实度。调查分析显示土体含水率的大小与土体承载能力大致成反比关系，土中含水量变化，很大程度上影响土的性质的改变，进而对于越野车辆机动有一定影响，根据土层含水率的增加，土体共分为半固态、硬塑性、软塑性、液态 4 种状态，其中硬塑性承载能力最强，研究表明研究区内土层含水率在介于 25%~30%时其承载能力达到峰值在低于 25%或高于 30%时，承载能力呈递减趋势不利于越野车辆机动。其次，土体的密实度也是评价道路承载力重要指标之一，调查结果显示道路承载能力强弱与其土体密实度成正比，也就是土层结构越密实越有利于越野车辆机动。

（1）不同土壤类型承载能力影响。根据测量结果显示土质类型的不同也将直接导致其承载能力的大小。研究区土质类型大致分为，碎石土、黏性土、砂土、特殊土类 4 种，其中碎石土和黏性土层中硬土层承载力最佳，但黏性土由于含水量的影响变化较大，而碎石土比较稳定所以利于越野车辆机动。

（2）不同土层结构承载能力影响。研究区土层结构主要有互层结构、夹层结构或间层结构。根据调查显示道路土层结构以互层结构为主，互层结构的土质类型为碎石土和粉质黏土为主，兼有夹层结构和间层结构承载能力达到最到，其稳定性也最好，因此此类地层对越野车辆机动最为有利。

土体力学特征的差异对其承载能力也有着重要意义。调查显示内摩擦角与黏聚力最大的分别是碎石土与黏性土，分析研究发现碎石土自身内摩擦角很大，但黏聚力较差而黏性土对此却恰恰相反。并且调查中发现砂质黏性土的承载能力在适宜条件下更高，所以得出结论碎石土与黏性土的有机结合将大大增强道路承载能力，更有利于越野车辆机动。

致谢:研究成果的获取离不开项目团队的辛勤付出，同时感谢审稿专家张栋老师提出的修改意见和编辑部的大力支持，不仅凝练了文章内容结构，也开拓了研究思路，促使作者深入思考并提升了论文质量，也感谢第一作者单位中国地质调查局牡丹江自然资源综合调查中心对论文编撰期间给予的帮助，在此一并深表感谢!

参考文献