浅析黄土地层的击实特性
2020-04-20刘武杰
刘武杰
摘要：本文以渭南市吴田村黄土剖面为例，按黄土地层取样并进行室内击试验，得出不同地层剖面土层的最佳含水率、最大干密度，通过试验数据分析得出不同地层黄土击实特性规律，旨在为黄土地区工程建设提供一定的参考。
Abstract： This article takes the loess section of Wutian Village， Weinan City as an example， and samples the loess layer and conducts indoor impact tests to obtain the optimal moisture content and maximum dry density of the soil layers in different stratum sections. Based on the analysis of test data， the loess compaction characteristics in different strata is obtained to provide a certain reference for engineering construction in the loess area.
关键词：黄土地层;室内击实试验;最大干密度;最佳含水率
0 引言
黄土分布面积占我国国土面积约7%之多，黄土地区的基础建设，尤其是道路工程建设颇为重要。而这些地区的建筑材料一般都较为匮乏，提高黄土及黄土质土这一特殊土壤的利用则是工程届必须研究的课题。
遇水产生湿陷变形是黄土最大的不利因素之一，多年的研究揭示，含水率和干密度相同情况下，在既定的压力范围内，天然状态下未经压实的黄土与经压实后的黄土的湿陷性是有区别的，一般后者的湿陷性会更严重。因此，提高压实度是黄土地区工程建设中性价较高一种方式，最佳含水率和最大干密度这两大与压实度相关的指标研究就尤为重要。
1 剖面简介及取样方法
1.1 剖面简介
本文试验土样取自渭南市吴田村（位于西安市以东约70公里）辖区内一自然剖面，该剖面上部为黄土地层，下部为三门组湖湘地层，是典型的较为完整的三门组黄土地层天然剖面，交通较为便利。剖面地层自上而下完整且连续包含了L0至S21所有地层，垂直高度约128.5m。
1.2 取样方法
①利用“红三条”地层S5、上分砂层（或上粉砂质黄土）L9、下粉砂层（或下粉砂质黄土）L15等三个黄土标志地层的特性，并借助水准仪，精确定位出黄土剖面的地质层位。
②清表，自上而下开挖一条可充分揭示原始地层信息的沟槽，以方便取样。
③假定层厚为hi（单位：m），则1）hi≤1m时，按一层取样;2）1m
④对于所取土样，详细标注其地层信息、层厚等，按顺序摆放整齐，以便实验。
2 试验过程及结果
进行击实试验前，对所取土样完成筛分试验，结果如表1。
2.1 仪器简介
2.1.1 击实仪器
LSD-V型数显标准多功能击实仪
①击实锤参数：锤重4.5KG、落高45cm、底面直径5cm;
②击实次数：98。
2.1.2 烘箱
可调温度为0～300℃，试验过程中设置为106℃。
2.1.3 液压推土器
2.1.4 其他
圆孔筛：孔径40mm、20mm及5mm筛各一个。
击实试筒及套环：筒内径15.2cm、高17cm;套环高5cm，内径15.2cm。
小刀：2把（用于拉毛各层结合面、削平多出击实筒的土样）。
台秤：感量为试件用量的0.1%。
2.2 试验方法及步骤
本文试验的试样制备及试验方法依据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）相关规定执行：①试样不重复使用;②干土法。
1）试样所用土样晾晒风干后碾碎，用圆孔筛筛后拌合均匀，每小层土样备5份试样（四分法），并测出风干含水率（烘干法）。
2）结合黄土的最佳含水率工程经验，本文试验采用的目标含水率为：9%，11%、13%、15%、17%，本次试验每份土量取5.1kg，结合以下公式可算出每目标含水率下的试样制备所需加水量：
3）制备土样均匀洒铺在铝盆中，用喷壶喷洒不同目标含水率下不同的加水量，用手搅拌均匀后，用保鲜膜覆盖每份土样，搁置一天一夜，保证水分不蒸发且能与土体混合均匀。
4）按规程对不同含水率的土样依次击实、对地层剖面的每层土样也依次击实。
5）本文试验为重型击实试验，即：分三层击实，每层击98次。
3 试验结果及分析
3.1 击实数据
通过击实试验，绘制击实曲线，得出表2。
利用表2中数据，经过加权计算，得出表3结果。
分析表3中试验数据，可知各层黄土的最佳含水率及最大干密度的数值范围较为集中，最佳含水率大部分分布在13.0%～14.7%区间内、最大干密度大部分分布在1.878g/cm3～1.910g/cm3区间内。其中黄土L层与古土壤S层的最大干密度与最佳含水率数值也较为接近。
3.2 不同地质时期地层土样击实试验结果比较
参考地质学界对黄土地层的划分规则，结合本文剖面地层情况，分类如下：
全更新世Q4层：L0～S0层;晚更世Q3层：L1～S1层;中更新世Q2层：L2～S7层;早更新世Q1层：L8～S21层。
利用表2中试验数据，进行加权计算，得出表4结果。
分析表4中试验数据，可知全更新世Q4得到加权最佳含水率为四组数据中最小，而所达到的最大干密度确为四组数据中最大;相比较而言，其余三组数据的加权最佳含水率和最大干密度的数值均比较接近。
3.3 黄土层（L层）与古土壤层（S层）的击实特性比较
利用表2中数据，经过加权计算，得出表5结果。
分析表4中数据，可知黄土层（L层）与古土壤层（S层）的加权值无显著差异。
4 结论
①该剖面地层最大干密度在1.85g/cm3～1.966g/cm3范围内，最佳含水率在11.7%～15.5%范围内，为该部分地区的壓实度指标提供一定参考价值。
②本次试验剖面的黄土层与古土壤层试验结果的加权值差异不大，表明黄土的击实特性与其地层分类无显著关联。但击实过程中有一特点较为明显：即在含水率较小时，黄土层土料会被挤压或振动出击实筒，而在含水率较大是，古土壤层易出现“弹簧土”现象。
③本文试验剖面的Q4、Q3、Q2、Q1等不同地质年代的试验结果加权值差异不大，表明黄土的击实特性与其形成年代特征无显著关联。
综合以上分析，可得出黄土最大干密度及最佳含水率与其不同地层、地质年代的关联性较弱，实际工程施工中严格控制压实度，可取得良好的工程效益。
参考文献：
[1]刘武杰.渭南吴田黄土剖面地层击实特性研究[D].长安大学硕士论文，2013.
[2]景宏君，张斌.黄土路基强度规律[J].交通运输工程学报，2004，4（2）：14-18.
[3]JTG E40-2007，公路土工试验规程[S].
