关中地区黄土基质吸力与湿陷性关系试验研究

田 源

(陕西省林业调查规划院，陕西 西安 710082)

1 概述

黄土广泛分布于我国西北地区，是一种特殊的第四纪沉积物，其力学变形性质受荷载、湿度、密实度、饱和度、分布地区等因素影响较大，研究天然原状黄土的力学变形特性具有重要的理论及实用意义。天然黄土是典型的非饱和土，故对其力学变形特性的研究宜从基质吸力的研究入手。对非饱和土吸力特性已有的研究[1-3]主要局限在揭示其与土的起始含水率和起始密度之间的关系，涉及到应力状态变化的较少，且多通过等吸力试验进行研究。同时对黄土湿陷系数与吸力关系的研究还较少。本文拟利用非饱和土固结仪对不同湿度原状关中黄土进行固结试验，探讨竖向压缩应力的变化对天然原状黄土基质吸力的影响，并对原状黄土基质吸力的变化对其湿陷性的影响进行了初探。

2 试验概况

2.1试验用土

本次测试土样采取位于关中平原西安南郊的Q3天然黄土，土层埋深约为4.5 m～5 m，其物理性质见表1。试样面积为30 cm2，高为2 cm。

2.2试验方案及方法

采用解放军后勤工程学院与江苏永昌科教仪器有限公司联合研制的非饱和土侧限压缩仪，测量土样基质吸力的陶土板进气值约为5 bar，仪器具体组成及构造可见文献[4]中的相关描述。

表1 天然黄土的物性指标

在试验室对天然原状黄土配置不同的湿度，根据初始湿度可以换算出天然原状黄土的饱和度，具体数值见表2。

表2 天然原状黄土的基质吸力

采用轴平移技术量测每级荷载作用下黄土的吸力变化过程，试验方法为控制气应力的不排水压缩试验，即常含水率压缩试验。所施加的应力级别为12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa,800 kPa,1 600 kPa，仪器可同时量测土样的基质吸力和轴向变形。在施加第一级应力之前，对不同初始含水率黄土在无应力条件下测试吸力，即为原始基质吸力。待初始吸力稳定后再逐级施加轴向固结应力。采用双线法确定黄土的湿陷系数。

3 试验数据讨论与分析

3.1天然密实状态对土样基质吸力变化的分析无应力作用下不同初始含水量黄土的初始基质吸力S0见表2。可以看出：1)初始含水量一定时，S0随ρd0的增大而增大，且在初始含水量w较低(w

3.2基质吸力与非饱和黄土的湿陷系数之间的关系

根据一定压力下不同初始含水率非饱和及饱和黄土试样的压缩变形h，采用双线法计算黄土的湿陷系数δs，绘出不同压力p下湿陷系数δs与初始基质吸力S0关系曲线如图1所示。由图1可以看出：

1)压力p≤100 kPa时，三个不同天然干密度下陷系数δs皆不大于0.015，δs—S0关系曲线很平缓，不同天然干密度试验点分布在很窄的范围内，即基质吸力和天然干密度的变化对湿陷系数几乎没有影响。2)压力100 kPa800 kPa时，δs—S0关系曲线基本处于平缓上升的变化趋势，这说明较大的竖向荷载已将黄土的结构性完全破坏，湿陷系数随基质吸力的增大而缓慢增大。

4 结语

1)无应力作用下，黄土初始含水量一定时，S0随ρd0的增大而增大，且在初始含水量w较低(w