濕陷性黃土的主要特征

岳雅

摘 要： 介紹了濕陷性黃土的特征，影響黃土的濕陷成因。依據(jù)大量濕陷性黃土的研究，提出了有效大孔隙率的概念，從測(cè)定濕陷性系數(shù)的壓力值、地基穩(wěn)定設(shè)計(jì)、地基處理、預(yù)防渠道濕陷變形災(zāi)害及有效大孔隙率的直觀性等幾方面，闡述了濕陷性黃土的研究意義。

關(guān)鍵詞： 濕陷性黃土；有效大孔隙率；濕陷性系數(shù)；研究意義

0 引言

濕陷性黃土是干旱半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物，顏色多呈黃色、淡灰黃色或褐黃色，顆粒組成以粉土粒（其中尤以粗粉土粒，粒徑為0.05～0.01mm）為主，約占60%-70%，粒度大小均勻，黏粒含量較少，一般僅占10%-20%。黃土含水量小，一般僅8%-20%；孔隙比大，一般在1.0左右。大孔隙性是濕陷性黃土最重要特征之一，有粒間孔隙、集粒間孔隙、集粒內(nèi)孔隙、顆粒-集粒間孔隙等，孔隙大小一般為1～0.002mm.

1主要工程特性

在天然狀態(tài)下，濕陷性黃土表現(xiàn)出如下的工程特性：1.塑性較弱，液限一般23%-33%，塑限為15%-20%，塑性指數(shù)多為8-13；2.含水較少，天然含水率一般10%-25%，常處于半固態(tài)或硬塑狀態(tài)，飽和度一般為30%-70%；3.壓實(shí)度程度很差，孔隙較大，孔隙率大，常為45%-55%，孔隙比0.8-1.1，干密度常為1.3-1.5克立方厘米；4.抗水性弱，遇水強(qiáng)烈崩解，膨脹量較小，但失水收縮較明顯，遇水失陷明顯；5.透水性強(qiáng)，由于大孔和垂直節(jié)理發(fā)育，故透水性比一般粘性土要強(qiáng)得多且具有明顯的各向異性；6強(qiáng)度較高，盡管空隙率高，但壓縮性仍然屬于中等，抗剪強(qiáng)度較高

2 影響黃土的濕陷性外因

（1）壓力

在濕陷系數(shù)與壓力δ-P曲線上有一峰值，在峰值壓力以前，濕陷性隨壓力的增大而增強(qiáng)，當(dāng)壓力大于峰值壓力，濕陷性隨壓力的增大而減小，即濕陷性黃土的濕陷變形是壓力的函數(shù)。

（2）含水率

對(duì)于濕陷性黃土而言，初始含水率越小，黃土的濕陷性越強(qiáng)，反之濕陷性越弱。黃土的壓縮性、深度對(duì)濕陷性的影響。黃土的濕陷性與壓縮性有關(guān)。黃土的壓縮性高，產(chǎn)生濕陷的空間就大。如果發(fā)生濕陷，那么濕陷性就強(qiáng)，反之則弱。濕陷系數(shù)與深度（即丄覆土層厚度）有關(guān)，濕陷系數(shù)隨深度的增肌而減少。

3 影響黃土的濕陷性內(nèi)因

（1）孔隙性

研究結(jié)果表明，黃土的多孔性是引起黃土濕陷性的重要原因，但不同類(lèi)型不同大小的孔隙在濕陷變形中所起的作用不同。其中孔隙是導(dǎo)致黃土產(chǎn)生濕陷性的主要因素。孔隙比與濕陷性關(guān)系的普遍規(guī)律是孔隙比越大，濕陷性越強(qiáng)。

（2）密度

密度和干密度與濕陷性研究的文獻(xiàn)較多，干密度越大，濕陷性越弱，反之濕陷性越強(qiáng)。

（3）成因、時(shí)代及土的類(lèi)型

同一地質(zhì)時(shí)期，風(fēng)積-沖洪積-殘積，濕陷性由強(qiáng)變?nèi)酰坏貙釉嚼希瑵裣菪栽饺酰粗疂裣菪栽綇?qiáng)。從土壤類(lèi)型分析，最強(qiáng)濕陷和極強(qiáng)濕陷的黃土主要是在荒漠草原和草原生物氣候條件下發(fā)育的棕鈣土，灰鈣土、栗鈣土和黑鈣土；具中等濕陷性和弱濕陷性的黃土主要是在森林草原條件下發(fā)育的黑爐土和碳酸鹽褐土；不具濕陷性的黃土或古土壤通常是在森林條件下發(fā)育的。

（4）粘粒含量

粘粒含量少，黃土的濕陷性強(qiáng)，反之濕陷性弱。粘粒含量少，黃土骨架膠結(jié)強(qiáng)度低，容易破壞，因而濕陷性強(qiáng)。而粘粒含量高時(shí)黃土骨架多以鑲嵌狀為主，這種膠結(jié)強(qiáng)度不易破壞，因而濕陷性弱。

4 大孔隙率概念的提出

（1）通過(guò)大量濕陷性黃土試驗(yàn)研究認(rèn)為，大孔隙在結(jié)構(gòu)上是由大孔洞與孔壁構(gòu)成。孔洞直徑多大于0.5mm，肉眼可見(jiàn)，延伸空間在數(shù)倍及數(shù)十倍骨架顆粒以上；孔壁由黃土骨架顆粒圍構(gòu)而成，骨架顆粒之間發(fā)育粒間孔隙，與一般土壤類(lèi)同。大孔隙是產(chǎn)生黃土濕陷的物質(zhì)條件，黃土沒(méi)有大孔隙就沒(méi)有濕陷性（可溶鹽型濕陷性黃土除外，下同）。

現(xiàn)行規(guī)范中，用黃土濕陷系數(shù)（δs）評(píng)價(jià)黃土濕陷性，那么濕陷系數(shù)（δs）必然與大孔隙率有密切的聯(lián)系。所以在這里首先考察一下濕陷系數(shù)δs：

δs =hp-hp′/h0=（hp-hp′）A0 /h0 A0= △V/V0= △n

式中：hp為黃土試件在一定壓力下穩(wěn)定后的高度；hp′為黃土試件在一定壓力下穩(wěn)定后，再浸水的穩(wěn)定高度；A0為黃土試件的橫截面積；△n為黃圖在一定壓力下穩(wěn)定后，受水浸濕引起的總孔隙率的變化量。δs在不同壓力下有不同的值，在δs-P曲線中是連續(xù)的，隨壓力由小變大，達(dá)到最大值時(shí)，黃土的大孔隙完全破壞而消失，之后隨壓力增大而減小。

在濕陷系數(shù)達(dá)到最大值（圖1中δsmax）時(shí)破壞并消滅的全部大孔隙，稱為有效大孔隙。這個(gè)濕陷系數(shù)的最大值用百分?jǐn)?shù)表示就是有效大孔隙率。

5 研究意義

（1）測(cè)定濕陷性系數(shù)的壓力值

大孔隙是濕陷性的物質(zhì)條件，測(cè)得有效大孔隙率，克服了濕陷系數(shù)δs的局限。因?yàn)樵谝?guī)范中要求，測(cè)定濕陷系數(shù)的壓力值對(duì)10m內(nèi)的土層用200kpa，10m以下的土層用300 kpa。而在實(shí)際試驗(yàn)中，只要測(cè)得有效大孔隙率就可以結(jié)束試驗(yàn)，當(dāng)規(guī)范規(guī)定的壓力范圍不足以測(cè)得有效大孔隙率，就應(yīng)增大試驗(yàn)壓力。

（2） 地基穩(wěn)定設(shè)計(jì)

能夠根據(jù)有效大孔隙率對(duì)黃土的濕陷性進(jìn)行更全面的預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)。建筑物在使用過(guò)程中，偶爾的地震會(huì)使使局部應(yīng)力劇增；超過(guò)歷史的降雨大幅度浸濕等等，均會(huì)對(duì)建筑物的穩(wěn)定性造成不可預(yù)期的破壞。但測(cè)得有效大孔隙率，就可以對(duì)地基經(jīng)行全面的設(shè)計(jì)，避免偶發(fā)因素的嚴(yán)重影響。

（3）地基處理[1]

根據(jù)有效大孔隙率，有利于選擇有效、經(jīng)濟(jì)的地基處理方法。濕陷性黃土因其濕陷性變形大、速率快、變形不均勻等特征，往往使工程設(shè)施的地基產(chǎn)生大幅度的沉降，從而造成建筑開(kāi)裂、傾斜，甚至破壞。建筑物地基若為濕陷性黃土，因地表積水或管道、水池漏水而發(fā)生濕陷變形，加之建筑物的荷載變形更加重了黃土的濕陷程度，表現(xiàn)為濕陷速度快和非均勻性，使建筑物地基產(chǎn)生不均勻沉降。破壞了建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定性及上部結(jié)構(gòu)的完整性。

地基處理措施：主要有重錘表層夯實(shí)（強(qiáng)夯）、墊層、擠密樁、灰土墊層、頂浸水、土樁壓實(shí)爆破、化學(xué)加固及非濕陷性土替換等法。

（4） 預(yù)防渠道濕陷性變形災(zāi)害

例如甘肅省修建的一座堤灌工程，在引水灌溉10年之后，部分地段下沉0.8～1.0 m，不少分水閘、泄水閘和泵站等因濕陷而遭到破壞。

預(yù)防措施：夯實(shí)表土，鋪填黏土等不透水層或在坡面種植草皮，增強(qiáng)地表的防滲性能。■

參考文獻(xiàn)

[1]羅宇生 濕陷性黃土地基處理[M] 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.endprint