黄土地区老土墙工程性质初探★

段 涛 张爱军 任文渊

(1.中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102； 2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100)



·岩土工程·地基基础·

黄土地区老土墙工程性质初探★

段 涛1张爱军2*任文渊2

(1.中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102； 2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100)

针对黄土地区现存大量老旧黄土构筑物在长期运行中性能下降问题进行了研究，选取某典型黄土构筑物为例，通过物理试验与普通三轴试验，探求了黄土地区老土墙工程性质，为黄土构筑物的维修及使用提供了依据。

黄土地区，老土墙,普通三轴试验，物理试验

1 概述

黄土在世界上分布相当广泛，是我国分布最广泛的特殊土之一，分布面积约有63.5万 km2，覆盖了国土面积的6.6%，同时黄土也是西北地区的主要建筑材料。黄土地区存在大量居民院墙、土坝、土石坝、路基和边坡等黄土构筑物，此外黄土地区现存大量大部分由夯土少量由土坯墙体建造而成古代建筑物遗址(如：陕西省宝鸡市金台观张三丰元代窑洞遗址、西安近郊的半坡村遗址和大量的古长城和古城墙等)。黄土构筑物在长期风吹、雨淋、挖填等自然和人为因素的影响下，多数存在裂缝、剥落、流失等老化现象，严重影响其正常运行和安全运行。黄土作为西北地区的主要建筑材料，目前尚无法取代，随着社会发展和时间的推移，老旧黄土构筑物将不断增多，工程实践迫切需要对其破坏机理进行研究。

本文依托国家自然科学基金项目《黄土工程性质劣化机理与构筑物寿命预测研究》(No.50779058)，探求黄土地区老土墙工程性质，以期探究更广泛的黄土构筑物的性质及寿命问题。

2 试验方法

试验所用土料取自山西离石及陕西杨凌老墙土。为与老墙土性质比较，另选取一种山西离石扰动土，而这种土认为是建造离石老墙的原土，通过击实试验确定山西离石扰动土的最优含水率和最大干密度分别为18.260%和1.681 g/cm3。为反映老土墙的工程性质现状，做了大量的物理试验和三轴试验，其中三轴试验土源自三种离石老墙土，土样采用原状样，考虑土墙在降水过程中由表及里浸湿，含水不同，原状样含水采用原含水与饱和含水。

为使试验更全面的反映老土墙的性质，一种土样做四个围压下的普通三轴试验。考虑到原状样不易制作、易破坏等特点，原状样采用平行试验并分析选取有代表性数据。

3 试验结果及分析

3.1 物理试验

原状样的基本性质如表1所示，原状样的制作受操作、土的物理性质等因素的影响，不可能做到每个试样完全一样，因此用同类土样的平均值来反映这种土的整体性质。

在老土墙建好后长期的运行过程中，受到雨水淋溶、渗透以及冻胀等作用，细颗粒或多或少会被带走一些，尤其是没有表层保护的情况下更明显，由表2可得，老墙土与扰动土相比，粗颗粒占比大许多，细颗粒占比小一些；对于同一种土，细粒土被去掉一部分，它的液塑限也会随着有所降低，试验结果和此结论一致；老墙土施工含水率、击实功、施工器械等不尽相同，不同年代的施工技术更有差异，建好后的运行状态也不尽相同，故表中的指标并不是严格随着年代的增长而增加或减小。

表1 原状样的基本性质表

表2 离石黄土的物理性质汇总表

显然，仅凭上述三种老墙土来反映西北老墙土的性质，不具有说服力，因此我们于2008年4月24日,2008年4月26日在杨凌及其周边取老墙土达25处之多，以此来更全面的反映老墙土的性质，图1为其中的一个取土点。

取土前4月21号及之前下过几场雨，雨量较大，取土点有明显的由表及里浸湿的痕迹，由老墙土进行填土压实度试验及含水量测定，排除雨后迅速蒸干而致表层含水率低于下样及房屋墙体有隔水措施的个例以外，老土墙的压实度多在0.864～0.973之间，含水率为下样小于上样，下样含水率最小为2.976%，最大含水率12.850%，雨水下渗深度100 mm～240 mm不等。所取老墙土从建至今10多年～100多年不等，多数小于60年，对于同一个取土点，为反映雨水的下渗及其他破坏情况，取土时取上下两个土样，部分杨凌老墙土物理性质见表3。

表3 部分杨凌老墙土物理性质汇总表

根据土样含水率、下渗深度、干密度的试验数据，下渗深度越大，干密度越小，下样含水率越大，上样也基本是这种情况；上表显示多数取土点下样粘粒含量大于上样，砂粒含量小于上样，不均匀系数小于上样。各种结论均反映了雨水等作用于老土墙的破坏作用是由表及里、由上而下的。

3.2 三轴试验

对三个年代的离石老墙土进行普通三轴CD试验，每个年代的老墙土制作原状样，原状样采用原含水与饱和含水两个含水率，共计6种土样，为降低单个试样带来的个体差异，采用平行试验，分析采用有代表性的原状样。试验数据整理依据土工试验规程，其中35年的原状饱和土样的应力应变关系、应变体变关系曲线如图2,图3所示，三个年代土样的原状固结体变峰值与围压关系曲线和应力应变峰值与围压关系曲线如图4,图5所示。

由图2,图3得出，试验与一般土的应力应变、应变体变规律是一致的，即随围压的增大，主应力差也随之增大，体变也随之增大。因体变读数存在一定误差，操作也会产生一些影响，原状样本身也存在个体差异，应变体变关系曲线有与上述规律不严格一致的现象，其中35年土样体变伴随剪切的进行还出现了先剪缩后剪涨的现象，这从另一个方面也验证了35年土样干密度是最大。

由图4，图5得出，35年的土样在相同条件下强度最高，固结体变最小，这与老土墙随运行时间的增长，性能下降是不一致的。出现这一结论主要是由于土墙的施工工艺等有所不同造成的，尤其是压实度，如原状样35年的土样干密度最大。原状样细部较乱，但整体上依然是符合实际理论。由图5得出，同一个围压下，同种干密度的土样，低含水率时强度高，高含水率时强度低；35年土样，在同一围压下得出的强度峰值与15年，50年土样的差值，低含水率时差值大于饱和含水率时差值。

原状饱和土样试验数据采用E—μ模型,E—B模型及强度幂函数模型整理，其中E—μ模型计算结果如表4所示。

表4 E—μ模型参数计算结果表

三种模型参数计算结果显示，相同条件下的土样计算参数都是35年明显异于15年,50年，且土样随年代增长没有工程性质劣化的规律，只是，同年代土样，含水越低，初始切线模量越大，Ei越大。

4 结语

通过以上试验，可以得出以下结论：

1)老土墙的工程性质随运行时间增长而劣化，不能套用一个约定不变的公式，具体问题具体对待。相同的环境下，土样随年代的增长，强度会不断下降。对于不同的环境，没有可比度，如文中试验采用的三种离石老土墙。

2)老土墙的工程性质与水关系密切：土墙受到雨水的淋溶而破坏，土墙破坏最严重的地方是墙体上表面，老土墙入渗水量随深度增加而减少，若地面水分较多，水分会从地表向土墙近地面表层渗透而致使表层剥落；相同的降雨量条件下，入渗深度随墙体的施工工艺而变化，一般施工压实度越高，入渗越浅，表层有防水措施的，入渗更浅。

3)老土墙的工程性质与施工关系密切：施工工艺越好，土墙的工程性质越好，同等运行条件下，寿命越长。相同的施工工艺，因运营条件不同寿命也不同，杨凌地区现存完好的老土墙多为房屋土墙。

综上所述，土墙建成后，在干态下工程性质是很好的，且干态状态下冻融等因素对其影响极小，许多作用都需要水的参与，因此我建议隔绝水对老土墙的作用是保护老土墙最好也是最有效的措施。

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Project behavior study of the old wall in loess areas★

Duan Tao1Zhang Aijun2*Ren Wenyuan2

(1.CNBMGeologicalEngineeringExplorationAcademyCo.,Ltd,Beijing100102,China; 2.CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering，NorthwestSci-TechUniversityofAgriculture&Forestry，Yangling712100,China)

In light of old loose architecture operation problems occurring in its long-term operation, the paper selects typical loose architecture as an example, and explores old loess wall engineering properties in the loose region, which has provided some guidance for the loose architecture maintenance and utilization.

loess area, old wall, general tri-axial test, physical test

1009-6825(2017)09-0052-03

2017-01-18★:国家自然科学基金项目(No.50779058)

段 涛(1982- )，男，工程师

张爱军

TU444

A