浅谈含水量对黄土湿陷性的影响

2020-01-16陈香凤徐建军

中国建材科技 2020年2期

陈香凤徐建军

（1陇东学院土木工程学院，甘肃庆阳 745100；2长庆油田采油二厂工程项目管理室，甘肃庆阳 745100）

陇东地区东倚六盘山，西接子午岭，位于黄土高原西端，属黄河中游内陆地区，其黄土分布面积广且沉积厚度较大。从文献研究来看，学者们对陇东黄土的研究有不少，关于湿陷性的成因也存在较大的差异，但在工程建设中，黄土变形指标可通过室内外试验得出。本文以陇东黄土为例，研究含水量对黄土湿陷性的影响。

1 黄土的湿陷机理及影响因素

1.1 黄土的湿陷机理

湿陷指黄土由于受到上部荷重下浸水，在多种因素作用下突然下沉变形。湿陷性的黄土结构主要由集粒和碎屑颗粒构成，含水量的变化会影响粒间连结点的强度。当含水量增加，毛管的张力带来的法向应力会受到影响而减小，会降低黄土的结构强度，打破原有的土颗粒的平衡，进而出现塌落等情况，在多米诺效应下，就会造成黄土的湿陷。影响陇东黄土粒间连结点强度的因素，主要是上覆荷重传递的有效法向应力、粒间法向应力、粒间接触面的摩擦系数及粒间接触处凝聚着少量胶凝物质。

1.2 黄土湿陷性影响因素分析

1）黄土微结构。在发生湿陷前，黄土的微结构主要是支架大孔结构，同时镶嵌结构也会一定程度上存在。发生湿陷后，两种结构所占比例仍比较大，胶结的情况很少发生。但地区不同，也会存在一些差别，如陇东地区的黄土湿陷后主要是镶嵌微孔半胶结结构，胶结现象较少；陕北地区的黄土湿陷后主要是镶嵌微孔结构与支架大孔半胶结结构，胶结现象非常突出。黄土湿陷变形除了受到水的压力，支架结构的孔隙也是重要的影响因素。

2）物理性质。孔隙比、天然含水量、饱和度及液限都会对黄土的物理性质产生影响，特别是孔隙比的影响更大。就黄土的结构而言，孔隙的发育是非常重要的影响因素。黄土的孔隙不仅能反映黄土的微结构特点，还能反映孔隙的数量及体积。很多室内试验结果显示，黄土孔隙比的变化大多在1.0～1.1。随着孔隙比越来越高，黄土孔隙的数量及体积也相应增加，这就容易不断地增大黄土湿陷变形的空间。反之，较小的孔隙比也会缩小黄土湿陷变形的空间。

含水量的多少对黄土湿陷性的影响主要是对黄土的微结构和胶结物产生影响。受到水的作用，黄土的胶结物与颗粒会变得更加紧密，强度也会变大，但同时受水分多少的差异，连接强度、胶结的形式也会存在很多的不同。黄土的天然含水率越大，其湿陷性则越小。含水量与湿陷性在一定范围内呈反比关系，随着含水量的增大，湿陷系数明显降低。因此，为了确保黄土结构的稳定性，必须加强对水的含量控制。若是含水量的初始值比较高，黄土的内部结构颗粒与胶结间的强度也会越来越大，这样就能有效减少湿陷性的发生。

3）化学性质。在力学性质方面，黄土有机构性和欠压性两种。机构性指湿陷性黄土在一定条件下，能通过物理化学因素使颗粒相互接触产生固化联结键，增强成土骨架的强度，从而保证原始基本单元结构不被破坏，在这种情况下，黄土就会表现出比较典型的强度高、压缩性低等的特点。如果这种原始结构被破坏，黄土就会屈服、软化、湿陷等。黄土的欠压性是因湿陷性黄土沉积过程比较漫长，颗粒间固化键强度的增长速率大于上覆土层压力增长速率，使得黄土颗粒间的空隙度比较高，固结压密度比较低，处在欠压密状态。

4）物质组成。石英和长石、方解石等微碎屑是我国黄土的主要构成内容，另外还有一定的伊利石等粘土矿物，蒙脱石则较少。在黄土湿陷性影响因素中，伊犁石和蒙脱石的影响比较突出，且呈现正相关关系。

5）粘粒含量。黄土的颗粒大多数小于0.25mm，以粉土颗粒为主，湿陷性黄土的颗粒成分同样也以粉土颗粒为主。研究显示，在陇西、陇东两个区域，黄土粘粒含量是比较低的，但是在陕西关中地区则明显升高。

2 含水量对陇东黄土湿陷性的影响

陇东黄土分布相对来说比较广泛，而且沉积厚度也非常大，研究其湿陷性有助于提高地面工程建设质量。在分析方法中，一般采取预湿法、后湿法、次序效应方法来测定黄土湿陷性。研究显示，预湿法时水参与的作用要比后湿法时水的作用要大得多。本文选择后湿法对陇东庆阳地区某工程的地基土样进行试验。

试验方法：以含水率24%为基准，按照3%递减或递增，详细记录实测数据，观察不同含水率对土样湿陷性影响规律。

试验结论：黄土的湿陷系数与含水率呈线性反比关系。当黄土的含水率达到或超过特定极限值，其不会因湿陷压力而发生湿陷系数≥0.015的湿陷变形。这一数值就是黄土湿陷极限含水率。本文使用的陇东黄土土样湿陷极限含水率约24%。如果黄土越干燥，那么土的天然含水率越低，其湿陷系数就越大，湿陷变形的可能也越大。这提示黄土湿陷性会受到含水率的重要影响。