公路黃土濕陷性的探討

李江

（西安市北郊市政養護管理公司，陜西 西安 710016）

1 概述

黃土形成于特殊的自然環境，主要位于北半球的俄羅斯、歐洲、北美和中國中西部地區。就其分布面積和厚度來說，我國黃土占世界首位，大致位于昆侖山、秦嶺、山東半島一線以北，阿爾泰山、阿拉善、鄂爾多斯、大興安嶺以南，面積達63萬Km2。其中，濕陷性黃土又占了相當大的部分，在西部的陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆、內蒙古以及山西等省區都有大面積的濕陷性黃土分布。隨著我國經濟的快速發展，公路建設和公路運輸也隨著快速增長，在濕陷性黃土地區修建公路一直是土工技術領域中最突出的問題，因此值得我們進行探討研究。

2 黃土地基濕陷變形特征

黃土在壓應力作用形式下的變形有三種形式，即彈性變形、壓密變形和蠕變變形。由于黃土的形成條件和結構狀態與一般粘性土有很大差異，其壓實變形表現為兩種形式，既在某一定荷載作用下產生壓縮變形，又在荷載不變而遇水時產生濕陷變形。

2.1 濕陷性的分類

濕陷變形就是黃土在一定壓力作用下受水浸濕時，土的結構迅速破壞而發生的顯著附加下沉的變形。黃土的濕陷性又分為非自重濕陷和自重濕陷兩種。非自重濕陷黃土是在自重壓應力下受水侵濕時而不發生濕陷變形；自重濕陷性換圖是在自重應力下受水侵濕時產生濕陷變形。另外，濕陷還分為如表1所列的三個等級。

表1 黃土濕陷性分類

2.2 變形特征

黃土地基變形按外來作用因素可分為三類：即壓縮變形、濕陷變形和滲透溶濾變形。

2.2.1壓縮變形，指黃土在壓力作用下含水量不變時的垂直變形，相當施工時的變形。

2.2.2濕陷變形，黃土在壓力和浸水同時作用下，由于結構破壞而發生的垂直變形，一般變形量大，速度快，具有突變性質，但因結構耐水程度不同引起的變形速度也不相同，這種變形相當于黃土地基竣工后浸水時期。

2.2.3滲透溶濾變形，是指黃土在水頭及滲透水長期作用下由于鹽類溶濾以及土體孔隙繼續被擠壓而產生的垂直變形，實質上是濕陷變形的繼續。

3 變形計算指標

為了計算上述三種變形量，需要進行黃土壓縮試驗，分別測以下三種計算指標。

3.1 壓縮變形系數

式中：h0-壓縮試驗中試樣的起始高度；

h1-試樣在圖層自重壓力下壓縮穩定后的高度；

h3-試樣在自重壓力與建筑物附加壓力聯合作用下壓縮穩定后的高度。

3.2 濕陷變形系數 及自重濕陷變形系數

式中：h3-在自重壓力與建筑附加壓力聯合作用下的壓縮穩定后，充分浸水后的試樣高度；

h'2-保持天然濕度與結構的試樣，加壓至上覆土層飽和自重時壓縮穩定后高度；

h"2-在h'2試樣高度時，充分浸水待濕陷變形穩定后的高度。

3.3 溶濾變形系數δt

式中：h4-試樣濕陷變形穩定后，繼續長期浸水達變形穩定后的高度。

公式（1）做為土體自重壓力與建筑物附加壓力聯合作用不浸水情況下的土體壓縮計算；公式（2）、（3）和（4）作為浸水后的變形計算。以上指標作為設計時的標準，對施工沉降控制具有指導性意義。

4 黃土濕陷原因和機理探討

黃土的濕陷性是自然歷史的產物，濕陷原因很復雜，其過程是一個物理化學過程。濕陷的發生主要是由土體內部固有的特殊因素和外界創造的適當條件共同作用的結果。

4.1 黃土濕陷成因的幾種假說

4.1.1大孔性、多孔性假說，最早是由列謝特金和扎馬林等人提出。認為黃土之所以有濕陷性，根本原因是黃土具有大孔隙。所謂大孔實際并不是濕陷形成的原因，對濕陷真正起作用的是結構孔隙（架空孔隙、支架孔隙）和疏松的土粒間孔隙。

4.1.2毛細力假說，阿別列夫運用太沙基（Terzaghi）關于毛細力的學說，認為在顆粒接觸點處有不連續的水分布，在相鄰顆粒空隙中水氣界面上有表面張力存在，當土體浸水后，孔隙全部被水分所占據，毛細力消失而產生濕陷。實際上黃土在干燥條件下根本沒有毛細力，浸水后才可能有毛細力。因此，這種假說缺乏支撐力。

4.1.3加固凝聚力降低或消失假說，這個理論本質是在水膜楔入作用和膠結物溶解作用下，加固凝聚力收到了破壞，同時對土的結構造成破壞，因而發生濕陷。

另外還有可溶鹽假說、粘土水膜假說、膠體不足假說、土粒間的抗剪強度突然降低假說等。

綜上所述，濕陷性黃土的濕陷發生原因和機理，說法不一。到底哪一種假說最為正確，還要在今后的科學試驗中繼續驗證。

4.2 黃土濕陷機理探討

如果黃土沒有多孔性，那么就與一般粘土一樣，只能壓縮和膨脹而不會濕陷。如果黃土顆粒間聯結完全是抗水的，即使其結構疏松、大孔隙多（孔隙劃分見表2），也不會發生濕陷。因此，要從兩個方面去找濕陷的原因，即多孔性、疏松結構和不抗水的土顆粒間聯結問題。

表2 黃土孔隙劃分表

4.2.1宏觀孔隙，主要包括黃土洞穴、黃土地裂縫與解理、放射狀孔穴、鼠洞、蟲孔及根孔。這些宏觀的孔洞看起來與濕陷性關系不大，但在工程實踐中，作為路基或邊坡的黃土來說，在浸水時，與黃土的濕陷性相結合，所造成的危害卻很大；同時這些孔穴往往是來水通道，使水進入路基或邊坡，造成路基濕陷和邊坡坍塌，嚴重影響道路的服務狀態。

4.2.2微觀孔隙，這類孔隙主要有結構性孔隙、粒間孔隙和膠結物孔隙。在這些孔隙中，對濕陷性來說最不穩定是結構孔隙，其次是粒間孔隙。而最為穩定的是膠結物孔隙。

結語

我國濕陷性黃土分布廣泛，在進行公路工程建設時，經常會出現路基沉陷、邊坡坍塌、崩解等病害。因此，在修筑前一定要了解道路所通過地區黃土的種類和性質，采取相對應的措施來消除或減少黃土濕陷性帶來的不利影響。

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