甘肃地区湿陷性黄土湿陷性规律的试验研究

吴 军

(西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安 710018)

我国是世界上黄土分布最广的国家之一，因其覆盖面积广、埋藏深度大和地层构造全而著称于世［1］。在我国，黄土和黄土状土的分布面积约为64万km2，是国土面积的6.6%。黄土基本上形成于第四纪，且具有明显的地带分布性规律。

1 黄土的湿陷性

湿陷性黄土是指在覆盖土层的自重应力和建筑物附加应力综合作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉，其强度也迅速降低的黄土［2］。湿陷性是黄土的最显著特征。

黄土的湿陷性是由黄土的结构性来决定的。黄土的结构特性，概括起来主要有三个方面:一是富含碳酸盐类而具有明显的结构强度;二是以非饱和、大孔隙性为主;三是对水的敏感性强［3］。这些结构特性直接影响着湿陷性黄土的力学性状和工程特性。

2 黄土的湿陷性特征影响因素分析

前人研究认为［4～6］，黄土的湿陷与水的浸入以及附加应力有直接而重要的联系。因此，运用试验的方法研究了甘肃地区湿陷性黄土的湿陷特征与初始含水量以及压力之间的关系，从湿陷系数以及湿陷速率两个方面对此进行了试验研究。

2.1 湿陷系数

湿陷性黄土的湿陷系数是指单位厚度黄土在初始含水量下且在某级压力作用下浸水饱和后湿陷量的大小。

根据试验测试结果，湿陷性黄土在不同含水量和不同压力作用下的湿陷系数规律曲线如图1所示。

图1 不同初始含水量下湿陷性系数曲线

由图1可知，黄土湿陷性的大小与作用压力和起始含水量有关。从中可以发现以下四点规律。

(1)当作用压力大到一定程度时，黄土在水入渗后湿陷性将减小或趋于消失。

(2)随着初始含水量的增大，湿陷系数有明显的下降。这表明黄土的湿陷性将随初始含水量的增大而减小。随着初始含水量的增大，湿陷量减少，曲线逐渐降低平缓，且在初始含水量达到饱和状态时，曲线趋近于横坐标轴。

(3)在不同压力作用下的湿陷系数均有一个峰值。因此可推知:初始含水量相同的湿陷性黄土，在某一压力作用下，土将呈现最大的湿陷性，对应的最大湿陷系数即为峰值湿陷系数，对应的作用压力即为峰值湿陷压力。从图1中可知，峰值湿陷系数和峰值湿陷压力与含水量成反相关关系。

(4)不同初始含水量下两条湿陷曲线的纵坐标差，表示在相应压力下这种增湿程度所产生的增湿变形Δδs。从图1中可见，Δδs将随着压力的增大而增大，也就是说，在大压力下湿陷的减少速率比小压力下快得多，这说明压力不同使同等增湿产生的增湿变形有较大差异，小压力下的湿陷速度较低，即湿陷的敏感性弱，因此较低的荷载可以减小湿陷性黄土的敏感性。

2.2 湿陷速率

湿陷性黄土的湿陷速率是指在单位时间内黄土湿陷的程度。它能直接反映黄土湿陷的过程，是研究湿陷性黄土湿陷规律的重要指标。

(1)湿陷速率与时间的关系

在同一含水量的情况下(w=6.7%)，测定黄土的湿陷速率随时间的变化规律。试验结果见图2。

图2 压力与湿陷速率关系

从图2中可以看出，在相同的含水量情况下，湿陷速率随着压力的增大而增大;当压力值保持不变时，湿陷初期的湿陷速率呈增加趋势，随着时间的推移，湿陷量在逐渐增加到一个最大值后，开始逐渐减小;同时还可看出，在不同的压力下，湿陷速率达到峰值的时间基本一致。

(2)湿陷速率与压力的关系

在同一含水量(w=6.7%)的情况下，测试不同压力条件下湿陷速率变化情况。试验测试时间为8 d，湿陷速率取试验期间的均值。结果见图3。

图3 在不同压力下同一含水量时湿陷速率的变化曲线

从图3中可以看出，在同一含水量时，湿陷性黄土的湿陷速率表现出随着压力的增加而增大的规律。

(3)湿陷速率与含水量的关系

在同一压力(P=200 kPa)下，测定不同含水量条件下湿陷速率的值。测试结果见图4。

图4 不同含水量与湿陷速率的关系曲线

从图4可看出，在同一压力、不同含水量条件下，湿陷速率首先随着含水量的增加而增加，到某一含水量后，湿陷速率明显增大，并达到最大峰值，其后，随着含水量的增加湿陷速率迅速减小。

3 总结及建议

(1)黄土湿陷性的大小与作用压力和起始含水量有关。在较大的压力作用下，随初始含水量的增大，湿陷的敏感性也将逐渐减弱。当作用压力大到一定程度时，黄土在受水入渗后湿陷性将减小或消失。

(2)随着初始含水量的增大，湿陷系数将有明显的下降，这表明黄土的湿陷性与黄土的初始含水量呈反相关的关系。

(3)在相同的含水量情况下，湿陷速率与压力呈正相关;保持压力不变，湿陷速率先增加，达极大值后又减小。

(4)在不同的压力下，相同含水量的黄土湿陷速率达到峰值的时间基本一致。

(5)在同一压力条件下，含水量不同，湿陷速率先是随着含水量的增加而增加，到某一含水量时，湿陷速率明显增大，并达到峰值，其后随着含水量的增加而迅速减小。

针对以上研究结果，可以认为，在湿陷性黄土地区填筑路基前，保证路基基底湿陷性黄土下卧层较高的含水量是消除黄土地基湿陷的有效手段。但是这将造成黄土地基转变为低承载力和高压缩性土，将会增大地基的压缩变形。

因此，尤其是对西部来说，在湿陷性高填土路堤施工期间，如能严格控制外来水对路基基底下卧湿陷性黄土层的浸入，当路基填筑完成后，由于巨大的填土压力的作用，将能有效减少或消除公路运营期间路堤的湿陷。进而说明，对湿陷性黄土地区来说，设计完善的防排水设施非常必要。

［1］杨增光．黄土的湿陷性及评价［J］．山西建筑，2001(28)

［2］彭雅轩，肖 琦，张 丽，等．关于湿陷性黄土地基的成因分析及处理方法［J］．东北电力学院学报，2001(21)

［3］牛希顺．湿陷性黄土地基处理［J］．铁道建筑技术，2002(6)

［4］赵永国．高速公路湿陷性黄土地基的处治技术［J］．中外公路，2003(23)

［5］郑 晏武．中国黄土的湿陷性［M］．北京:科学出版社，1982

［6］钱 鸿给，等．湿陷性黄土地基［M］．北京:地质出版社，1985