公路黄土湿陷性的探讨

2012-11-20李江

中国新技术新产品 2012年14期

李江

（西安市北郊市政养护管理公司，陕西西安 710016）

1 概述

黄土形成于特殊的自然环境，主要位于北半球的俄罗斯、欧洲、北美和中国中西部地区。就其分布面积和厚度来说，我国黄土占世界首位，大致位于昆仑山、秦岭、山东半岛一线以北，阿尔泰山、阿拉善、鄂尔多斯、大兴安岭以南，面积达63万Km2。其中，湿陷性黄土又占了相当大的部分，在西部的陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、内蒙古以及山西等省区都有大面积的湿陷性黄土分布。随着我国经济的快速发展，公路建设和公路运输也随着快速增长，在湿陷性黄土地区修建公路一直是土工技术领域中最突出的问题，因此值得我们进行探讨研究。

2 黄土地基湿陷变形特征

黄土在压应力作用形式下的变形有三种形式，即弹性变形、压密变形和蠕变变形。由于黄土的形成条件和结构状态与一般粘性土有很大差异，其压实变形表现为两种形式，既在某一定荷载作用下产生压缩变形，又在荷载不变而遇水时产生湿陷变形。

2.1 湿陷性的分类

湿陷变形就是黄土在一定压力作用下受水浸湿时，土的结构迅速破坏而发生的显著附加下沉的变形。黄土的湿陷性又分为非自重湿陷和自重湿陷两种。非自重湿陷黄土是在自重压应力下受水侵湿时而不发生湿陷变形；自重湿陷性换图是在自重应力下受水侵湿时产生湿陷变形。另外，湿陷还分为如表1所列的三个等级。

表1 黄土湿陷性分类

2.2 变形特征

黄土地基变形按外来作用因素可分为三类：即压缩变形、湿陷变形和渗透溶滤变形。

2.2.1压缩变形，指黄土在压力作用下含水量不变时的垂直变形，相当施工时的变形。

2.2.2湿陷变形，黄土在压力和浸水同时作用下，由于结构破坏而发生的垂直变形，一般变形量大，速度快，具有突变性质，但因结构耐水程度不同引起的变形速度也不相同，这种变形相当于黄土地基竣工后浸水时期。

2.2.3渗透溶滤变形，是指黄土在水头及渗透水长期作用下由于盐类溶滤以及土体孔隙继续被挤压而产生的垂直变形，实质上是湿陷变形的继续。

3 变形计算指标

为了计算上述三种变形量，需要进行黄土压缩试验，分别测以下三种计算指标。

3.1 压缩变形系数

式中：h0-压缩试验中试样的起始高度；

h1-试样在图层自重压力下压缩稳定后的高度；

h3-试样在自重压力与建筑物附加压力联合作用下压缩稳定后的高度。

3.2 湿陷变形系数及自重湿陷变形系数

式中：h3-在自重压力与建筑附加压力联合作用下的压缩稳定后，充分浸水后的试样高度；

h'2-保持天然湿度与结构的试样，加压至上覆土层饱和自重时压缩稳定后高度；

h"2-在h'2试样高度时，充分浸水待湿陷变形稳定后的高度。

3.3 溶滤变形系数δt

式中：h4-试样湿陷变形稳定后，继续长期浸水达变形稳定后的高度。

公式（1）做为土体自重压力与建筑物附加压力联合作用不浸水情况下的土体压缩计算；公式（2）、（3）和（4）作为浸水后的变形计算。以上指标作为设计时的标准，对施工沉降控制具有指导性意义。

4 黄土湿陷原因和机理探讨

黄土的湿陷性是自然历史的产物，湿陷原因很复杂，其过程是一个物理化学过程。湿陷的发生主要是由土体内部固有的特殊因素和外界创造的适当条件共同作用的结果。

4.1 黄土湿陷成因的几种假说

4.1.1大孔性、多孔性假说，最早是由列谢特金和扎马林等人提出。认为黄土之所以有湿陷性，根本原因是黄土具有大孔隙。所谓大孔实际并不是湿陷形成的原因，对湿陷真正起作用的是结构孔隙（架空孔隙、支架孔隙）和疏松的土粒间孔隙。

4.1.2毛细力假说，阿别列夫运用太沙基（Terzaghi）关于毛细力的学说，认为在颗粒接触点处有不连续的水分布，在相邻颗粒空隙中水气界面上有表面张力存在，当土体浸水后，孔隙全部被水分所占据，毛细力消失而产生湿陷。实际上黄土在干燥条件下根本没有毛细力，浸水后才可能有毛细力。因此，这种假说缺乏支撑力。

4.1.3加固凝聚力降低或消失假说，这个理论本质是在水膜楔入作用和胶结物溶解作用下，加固凝聚力收到了破坏，同时对土的结构造成破坏，因而发生湿陷。

另外还有可溶盐假说、粘土水膜假说、胶体不足假说、土粒间的抗剪强度突然降低假说等。

综上所述，湿陷性黄土的湿陷发生原因和机理，说法不一。到底哪一种假说最为正确，还要在今后的科学试验中继续验证。

4.2 黄土湿陷机理探讨

如果黄土没有多孔性，那么就与一般粘土一样，只能压缩和膨胀而不会湿陷。如果黄土颗粒间联结完全是抗水的，即使其结构疏松、大孔隙多（孔隙划分见表2），也不会发生湿陷。因此，要从两个方面去找湿陷的原因，即多孔性、疏松结构和不抗水的土颗粒间联结问题。

表2 黄土孔隙划分表

4.2.1宏观孔隙，主要包括黄土洞穴、黄土地裂缝与解理、放射状孔穴、鼠洞、虫孔及根孔。这些宏观的孔洞看起来与湿陷性关系不大，但在工程实践中，作为路基或边坡的黄土来说，在浸水时，与黄土的湿陷性相结合，所造成的危害却很大；同时这些孔穴往往是来水通道，使水进入路基或边坡，造成路基湿陷和边坡坍塌，严重影响道路的服务状态。

4.2.2微观孔隙，这类孔隙主要有结构性孔隙、粒间孔隙和胶结物孔隙。在这些孔隙中，对湿陷性来说最不稳定是结构孔隙，其次是粒间孔隙。而最为稳定的是胶结物孔隙。