甘肅地區濕陷性黃土濕陷性規律的試驗研究

吳 軍

(西安長慶科技工程有限責任公司，陜西西安 710018)

我國是世界上黃土分布最廣的國家之一，因其覆蓋面積廣、埋藏深度大和地層構造全而著稱于世［1］。在我國，黃土和黃土狀土的分布面積約為64萬km2，是國土面積的6.6%。黃土基本上形成于第四紀，且具有明顯的地帶分布性規律。

1 黃土的濕陷性

濕陷性黃土是指在覆蓋土層的自重應力和建筑物附加應力綜合作用下，受水浸濕后，土的結構迅速破壞，并發生顯著的附加下沉，其強度也迅速降低的黃土［2］。濕陷性是黃土的最顯著特征。

黃土的濕陷性是由黃土的結構性來決定的。黃土的結構特性，概括起來主要有三個方面:一是富含碳酸鹽類而具有明顯的結構強度;二是以非飽和、大孔隙性為主;三是對水的敏感性強［3］。這些結構特性直接影響著濕陷性黃土的力學性狀和工程特性。

2 黃土的濕陷性特征影響因素分析

前人研究認為［4～6］，黃土的濕陷與水的浸入以及附加應力有直接而重要的聯系。因此，運用試驗的方法研究了甘肅地區濕陷性黃土的濕陷特征與初始含水量以及壓力之間的關系，從濕陷系數以及濕陷速率兩個方面對此進行了試驗研究。

2.1 濕陷系數

濕陷性黃土的濕陷系數是指單位厚度黃土在初始含水量下且在某級壓力作用下浸水飽和后濕陷量的大小。

根據試驗測試結果，濕陷性黃土在不同含水量和不同壓力作用下的濕陷系數規律曲線如圖1所示。

圖1 不同初始含水量下濕陷性系數曲線

由圖1可知，黃土濕陷性的大小與作用壓力和起始含水量有關。從中可以發現以下四點規律。

(1)當作用壓力大到一定程度時，黃土在水入滲后濕陷性將減小或趨于消失。

(2)隨著初始含水量的增大，濕陷系數有明顯的下降。這表明黃土的濕陷性將隨初始含水量的增大而減小。隨著初始含水量的增大，濕陷量減少，曲線逐漸降低平緩，且在初始含水量達到飽和狀態時，曲線趨近于橫坐標軸。

(3)在不同壓力作用下的濕陷系數均有一個峰值。因此可推知:初始含水量相同的濕陷性黃土，在某一壓力作用下，土將呈現最大的濕陷性，對應的最大濕陷系數即為峰值濕陷系數，對應的作用壓力即為峰值濕陷壓力。從圖1中可知，峰值濕陷系數和峰值濕陷壓力與含水量成反相關關系。

(4)不同初始含水量下兩條濕陷曲線的縱坐標差，表示在相應壓力下這種增濕程度所產生的增濕變形Δδs。從圖1中可見，Δδs將隨著壓力的增大而增大，也就是說，在大壓力下濕陷的減少速率比小壓力下快得多，這說明壓力不同使同等增濕產生的增濕變形有較大差異，小壓力下的濕陷速度較低，即濕陷的敏感性弱，因此較低的荷載可以減小濕陷性黃土的敏感性。

2.2 濕陷速率

濕陷性黃土的濕陷速率是指在單位時間內黃土濕陷的程度。它能直接反映黃土濕陷的過程，是研究濕陷性黃土濕陷規律的重要指標。

(1)濕陷速率與時間的關系

在同一含水量的情況下(w=6.7%)，測定黃土的濕陷速率隨時間的變化規律。試驗結果見圖2。

圖2 壓力與濕陷速率關系

從圖2中可以看出，在相同的含水量情況下，濕陷速率隨著壓力的增大而增大;當壓力值保持不變時，濕陷初期的濕陷速率呈增加趨勢，隨著時間的推移，濕陷量在逐漸增加到一個最大值后，開始逐漸減小;同時還可看出，在不同的壓力下，濕陷速率達到峰值的時間基本一致。

(2)濕陷速率與壓力的關系

在同一含水量(w=6.7%)的情況下，測試不同壓力條件下濕陷速率變化情況。試驗測試時間為8 d，濕陷速率取試驗期間的均值。結果見圖3。

圖3 在不同壓力下同一含水量時濕陷速率的變化曲線

從圖3中可以看出，在同一含水量時，濕陷性黃土的濕陷速率表現出隨著壓力的增加而增大的規律。

(3)濕陷速率與含水量的關系

在同一壓力(P=200 kPa)下，測定不同含水量條件下濕陷速率的值。測試結果見圖4。

圖4 不同含水量與濕陷速率的關系曲線

從圖4可看出，在同一壓力、不同含水量條件下，濕陷速率首先隨著含水量的增加而增加，到某一含水量后，濕陷速率明顯增大，并達到最大峰值，其后，隨著含水量的增加濕陷速率迅速減小。

3 總結及建議

(1)黃土濕陷性的大小與作用壓力和起始含水量有關。在較大的壓力作用下，隨初始含水量的增大，濕陷的敏感性也將逐漸減弱。當作用壓力大到一定程度時，黃土在受水入滲后濕陷性將減小或消失。

(2)隨著初始含水量的增大，濕陷系數將有明顯的下降，這表明黃土的濕陷性與黃土的初始含水量呈反相關的關系。

(3)在相同的含水量情況下，濕陷速率與壓力呈正相關;保持壓力不變，濕陷速率先增加，達極大值后又減小。

(4)在不同的壓力下，相同含水量的黃土濕陷速率達到峰值的時間基本一致。

(5)在同一壓力條件下，含水量不同，濕陷速率先是隨著含水量的增加而增加，到某一含水量時，濕陷速率明顯增大，并達到峰值，其后隨著含水量的增加而迅速減小。

針對以上研究結果，可以認為，在濕陷性黃土地區填筑路基前，保證路基基底濕陷性黃土下臥層較高的含水量是消除黃土地基濕陷的有效手段。但是這將造成黃土地基轉變為低承載力和高壓縮性土，將會增大地基的壓縮變形。

因此，尤其是對西部來說，在濕陷性高填土路堤施工期間，如能嚴格控制外來水對路基基底下臥濕陷性黃土層的浸入，當路基填筑完成后，由于巨大的填土壓力的作用，將能有效減少或消除公路運營期間路堤的濕陷。進而說明，對濕陷性黃土地區來說，設計完善的防排水設施非常必要。

［1］楊增光．黃土的濕陷性及評價［J］．山西建筑，2001(28)

［2］彭雅軒，肖 琦，張 麗，等．關于濕陷性黃土地基的成因分析及處理方法［J］．東北電力學院學報，2001(21)

［3］牛希順．濕陷性黃土地基處理［J］．鐵道建筑技術，2002(6)

［4］趙永國．高速公路濕陷性黃土地基的處治技術［J］．中外公路，2003(23)

［5］鄭 晏武．中國黃土的濕陷性［M］．北京:科學出版社，1982

［6］錢 鴻給，等．濕陷性黃土地基［M］．北京:地質出版社，1985