关中地区Q2黄土物理力学性质分析研究

宋世鑫 马驰

【摘要】本文通过查阅国内外与Q2黄土相关的大量文献，总结了Q2黄土物理力学性质及微结构性质研究现状和发展趋势，同时通过室内试验得到Q2黄土相关物理力学性质参数，如密度、含水率、液塑性指数、抗剪强度、压缩模量、湿陷性系数等。

【关键词】Q2黄土；物理力学

一、绪论

鉴于不同时期古黄土物理力学性质的差异性以及黄土在我国的广泛分布和工程建设影响，其学术意义和工程实践价值十分显著[1]。发生在黄土区的各种地质灾害现象对工业、交通、农业以及人们的生命财产安全产生了严重的威胁，黄土区地质灾害如滑坡、泥石流等，多是由于其内部应力分布的不均匀所造成，而黄土内部结构又是应力分布的一大影响因素，更重要的是Q2黄土现阶段研究较少，故本题以陕西省西安市临潼区芷阳湖Q2黄土为研究对象，依托国家自然科学基金项目（41002101），通过微结构分析其内部结构，辅以相关物理力学性质实验，分析其之间联系，从而研究西北地区Q2黄土相关性质及工程影响，对黄土区建设予以一定的建议。

Q2黄土由于埋藏较深，在上世纪80年代以前一般工程很少接触到，因此对该层土研究资料很少，最早对其进行试验研究的应该是从王曲电厂和蒲城电厂工程开始的[2]。为解决好场地地基处理问题，西北电力设计院委托中国建筑科学研究院进行了大面积试坑浸水试验，现场浸水试验结果表明该场地也应判定为非自重湿陷性黄土场地。自此以后，Q2黄土湿陷性的研究才逐渐被重视起来，但是Q2黄土的试验研究还处于初级阶段。但随着工程建设规模的扩大，越来越多的工程将直接涉及到厚层Q2黄土的地基处理。因此，对Q2黄土的力学特性、工程性质等进行深入研究就显得非常迫切，同时也具有较大的工程实用价值[3]。我囯黄土的分布面积广大，黄土的粒度成分和它的工程性质必然会受到其所在地区的地貌、地质和气候等条件的制约与影响，而形成不同地理区域的黄土之间的在共性基础上的工程性质土的种种差异。

二、Q2黄土的物理力学性质研究

根据国内黄土的分布和区域差异性，选择选取具有典型黄土分布核心区（陕西省西安市临潼区境内芷阳湖Q2黄土为研究对象），通过现场取样并进行室内岩土物理力学试验，对比试验成果并于前人的研究成果，概括出该地区典型Q2黄土的物理力学性质。

三、室内Q2黄土的物理性质试验及数据

为了研究Q2黄土的物理力学性质，在陕西省西安市临潼区芷阳湖景区施工现场电缆铺设开挖坑道中部取得土样。临潼区位于骊山北缘、黄土高原地区南部，属于典型的黄土堆积地貌，故选此处进行取土。本次取土深度3～5m，该处土体为深棕红色亚粘土夹薄层亚砂土，柱状节理发育，夹古土壤层及钙质结核层，呈巨块状整体结构，具有一定的强度，所示。为了尽量的减少对土样的扰动，试样在现场挖成直径150～200mm高度300～400mm的近似圓柱体共10件，标明取样类型及用途，并用保鲜膜和塑料带包好，装入铁筐，运回实验室。土样取回后，剥去塑料纸和胶带，检查土样结构，看是否扰动或土样质量是否符合试验要求，若土样保持完好，按照试验规程要求利用专用的削土器将土样削制成实验所需的圆柱形试样。未使用土样则用保湿器保湿待下次使用。在室内制样时可以看见黄土内含极小的细砂、石英颗粒等，部分存在钙质结核，属黄土正常特征，但会对试验数据产生一定影响。

对现场取得Q2黄土原状进行物理性质试验，主要包括含水率试验、密度试验、粒度分析实验和液、塑限试验。含水率试验、密度试验和界限含水率试验进行了6组，取6次测值的平均值作为最终值。

本章由Q2黄土力学性质试验得以下Q2黄土的物理性质分析结果表：

表3.1Q2黄土的物理性质分析结果

天然

含水量% 密度

Cc

Cu 可塑性液限

土质

分类

湿密度ρ（g/cm3） 干密度ρd

（g/cm3） 液限

ωL（%） 塑限

ωp（%） 塑性

指数

Ip 液性

指数IL

21.53 1.81 1.49 1.13 8 33.79 23.3 10.16 -0.225 粉质粘土

四、室内Q2黄土的力学性质试验及数据

对现场取得Q2黄土原状进行力学性质试验，主要包括剪切实验、固结实验、和击实实验，剪切实验进行2组，固结实验进行6组，击实实验进行1组，含水测量两组试样。

本章由Q2黄土力学性质试验得以下Q2黄土的力学性质分析结果表：

表4.1Q2黄土的力学性质分析结果

压缩系数αV

（MPa～1）

压缩

模量 湿陷

系数 抗剪性质 击实性质

P=0.2

MPa 内摩

擦角（°） 凝聚力

C（KPa） 最大

干密度ρd（g/cm3） 最优含水率ω（%）

0.079 26.23 0.0011 26.02 55.83 1.63 21

五、结论

本文以陕西省西安市临潼区境内芷阳湖Q2黄土为研究对象，从宏、微观研究方法入手，通过室内土工常规试验和CT扫描试验，对芷阳湖Q2黄土的粒度组成、物理性质指标、力学性质和微结构性质进行系统试验研究，分析总结了黄土的组成及其相互作用、各个物理力学指标之间的联系及对工程建设的影响。得出了以下结论：

对本区域内Q2黄土物理力学性质予以总结，并可作为本区域内工程参考。本区Q2黄土天然含水率21.53%左右，湿密度1.81g/cm3左右，干密度1.49g/cm3，塑性指数10.16左右，液性指数～0.223左右，属粉质粘土，表现出含水较低，密度较小，但相对于Q2黄土又较大；且具有一定可塑性；颗粒分析表明粉、粘粒含量较多，颗粒均匀，为均粒土；抗剪强度抗压缩能力并较大，同时具有一定湿陷性，这与Q2黄土相对较大的含水与较粉、粘粒含量以及形成时间较长等因素有关。最后Q2黄土的压缩系数αV为0.079左右，压缩模量Es为26.23左右，为低压缩性土；而湿陷性系数在0.0011左右，虽存在湿陷性，但十分小，故Q2黄土的压缩性与湿陷性对工程影响极小。

参考文献：

【1】《工程地质手册》编委会. 工程地质手册[M].中国建筑工业出版社，2007，北京（4）：132～165，418～445.

【2】孙建中.黄土学[M].香港考古学会，2005，香港：1～28.

【3】乔平定，李增钧.黄土地区工程地质[M].水利水电出版社，1990，北京：1～4 24～69.