太原东山地区黄土湿陷试验数据统计分析

马爱农

(中国冶金地质总局第一地质勘察院秦皇岛分院，河北秦皇岛 066001)

1 黄土湿陷试验现状

黄土为第四纪沉积物，组成分富含碳酸钙，有肉眼可见到的大孔(俗称虫孔)，垂直节理发育，在载荷和浸水共同作用下土体结构遭破坏产生显著的湿陷变形，这是黄土的重要特性，称为黄土的湿陷性。目前工程地质对黄土的工程评价主要采用黄土湿陷试验的三项主要指标，湿陷系数(δs)、自重湿陷系数(δzs)和湿陷起始压力(psh)来进行黄土地区的工程计算和评价，这些指标通常是通过室内试验获得。黄土湿陷系数试验是:天然湿度状态黄土试样(高度为h0)在某压力(p)下压缩稳定(此时试样高度为hp)，不增加压力而往容器内注水使土样浸水饱和，待沉陷稳定记下试样高度(hp′)，则湿陷系数 δs=(hp－ hp′)/h0;当 δs≥0.015 时判定试样黄土具有湿陷性，该黄土定名为湿陷性黄土，自重湿陷系数试验是:试样施加土的饱和自重压力，待稳定后浸水求得的，自重湿陷系数计算公式为 δzs=(hz－ hz′)/h0;当 δzs≥0.015 时判定试样黄土为自重湿陷性黄土，黄土在荷重作用下，受水浸湿后开始出现湿陷的压力称为湿陷起始压力，即在黄土湿陷试验后所作的湿陷系数(δs)与压力(p)关系曲线上求得，在p—δs曲线上查出与δs=0.015相对应的压力，就是试验黄土的湿陷起始压力(psh)。黄土湿陷试验国内外都沿用单线法和双线法两种方法。单线法试验是用环刀取某天然湿度下的原状土样5个～7个，分级加压，加至各个规定压力下压缩稳定后浸水，至湿陷变形稳定，可得到相应压力下的湿陷系数，绘制p—δs曲线。双线法试验是用环刀取试样两个，分别在天然湿度及浸水饱和条件下作压缩试验，利用两条压缩曲线的变形差，计算出不同压力下的湿陷系数，绘制p—δs关系曲线［1］。单线法数据准确但工作量大，双线法简便工作量小但数据存在一定偏差，需要严格控制试验每个细节。

2 太原东山地区黄土试验数据分析

本人通过对太原东山地区某大型商住楼建设区域的施工勘察样品的黄土试验数据进行了汇总分析，侧重分析探讨了不同湿陷系数区间压缩模量下降问题，并对该地区黄土湿陷特征进行了总结。

1)参与统计的黄土试样共计1 146件，这些试样均为人工挖探采样，样品质量较高均达到一级试样要求，该地区黄土覆盖层较厚，根据工程需要探井最深挖至20 m。试验方法分别采用单线法和双线法进行，基本采取交替进行，即某孔的单号样品采用单线法、双号样品采用双线法，试验结果显示两种方法结果有较高的温和性，主要统计数据指标见表1。其中非湿陷性黄土458件，湿陷性黄土688件。该地区黄土主要指标为:含水率在5.6%～25.2%范围，干密度在 1.14 g/cm3～1.80 g/cm3范围，孔隙比在0.503 ～1.374 范围，天然饱和度在9.9% ～80.0%范围，液性指数在 －1.60 ～0.92范围;湿陷系数在0.001 ～0.172 范围，自重湿陷系数在0.000 ～0.145 范围。

2)从表1的统计数据看，该地区黄土湿陷性与试样天然孔隙比液性指数存在较大相关性，即随着孔隙比的增大湿陷系数增大，当试样天然孔隙比不小于0.850时就属于湿陷性黄土，图1显示孔隙比与湿陷系数有很高的正相关;图2是液性指数与湿陷系数的关系曲线，也表现出很强的相关性;另外随着湿陷等级的加大;起始湿陷压力降低、饱和自重压力降低，该地区湿陷性黄土大多属于自重湿陷性黄土，自重湿陷系数与湿陷系数表现出很高的正相关性。

表1 太原东山地区1 146件黄土试样湿陷试验数据统计表

图1 孔隙比与湿陷系数关系曲线

图2 液性指数与湿陷系数关系曲线

3)工程地质评价中另外一项重要指标是土的压缩模量，是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标之一。

在工程地质中对土的压缩性做如下分类:当Es＜4 MPa时为高压缩性土，当4 MPa＜Es＜20 MPa时为中等压缩性土，当Es＞20 MPa时为低压缩性土。对黄土湿陷性程度做如下规定:δs＜0.015 非湿陷性黄土，0.015≤δs≤0.030 湿陷性轻微，0.030≤δs≤0.070 湿陷性中等，δs＞0.070 湿陷性强烈［2］。

通过对太原东山地区黄土湿陷试验数据统计可以看出，该地区黄土天然状态下均为中等压缩性土，但浸水饱和后，压缩性发生很大变化，尤其是湿陷性中等和湿陷性强烈的土样其压缩性由中等压缩性转变为高压缩性。黄土压缩试验随着湿陷系数的变化，其压缩模量产生的衰减也与湿陷系数表现出很强的相关性。当湿陷系数小于0.015时，黄土浸水沉陷后的压缩模量相对于天然黄土压缩模量的衰减ΔEs(暂称作ΔEs)不超过20%，当湿陷系数不小于0.015时，黄土浸水沉陷后的压缩模量相对于天然黄土压缩模量的衰减ΔEs超过26%，并随着湿陷系数的递增而呈增大趋势。当湿陷系数不小于0.03时，ΔEs超过40%;当湿陷系数不小于0.07时，ΔEs超过60%。对太原东山地区1 146件黄土试样中的688件具有湿陷性黄土的ΔEs与湿陷系数δs的关系进行汇总分析，发现在不同荷载区间二者的相关趋势有很好的一致性，见图3～图7。

图3 0 kPa～50 kPa湿陷系数与压缩模量下降关系图

图4 50 kPa～100 kPa湿陷系数与压缩模量下降关系图

图5 100 kPa～200 kPa湿陷系数与压缩模量下降关系图

图6 200 kPa～300 kPa湿陷系数与压缩模量下降关系图

图7 300 kPa～400 kPa湿陷系数与压缩模量下降关系图

4)上述压缩模量衰减ΔEs，其计算公式为ΔEs=100×(Es－Es′)/Es，其中，Es为黄土在某级荷载下的压缩模量;Es′为对应荷载饱和浸水后的压缩模量。压缩模量衰减ΔEs虽然在湿陷性黄土地区建筑规范中没有明确提出，但肯定在工程地质勘察设计中对黄土湿陷危害性评价有着很大的指导意义，关键是压缩模量衰减ΔEs的规律是否稳定，在不同地区的黄土中表现是否一致，这是同行业工作者需要进行总结分析的问题。

3 结语

湿陷性黄土对工程的危害性评价需要严谨科学的进行，但如何既准确又简便的进行评价值得探讨，本文提出的压缩模量衰减概念在太原东山黄土覆盖地区的黄土试样存在很好的规律性，在其他黄土地区是否存在类似的规律值得深入研究，如果压缩模量衰减能够准确表达黄土湿陷等级，是很方便使用的指标。

［1］ GB/T 50123-1999，土工试验方法标准［S］.

［2］ GB 50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范［S］.