黃土路基的水理特性及影響因素

摘要：通過三軸滲透和崩解試驗，對壓實黃土的水理特性做了探討，得出壓實黃土的滲透系數、崩解性隨干密度的增大而減小，隨圍壓的增大而減小。

關鍵詞：黃土 路基 滲透 水理特性

1、引言

外界水份在浸入路基土的過程中除引起大的濕化變形外，其在土內的運移過程有哪些特點，在浸入過程對物理力學性質有哪些影響？這些問題涉及到土的滲水性、收縮和膨脹性以及崩解性等水理特性，因而考察黃土的水理性研究對路體的穩定及安全運行至關重要，本文著重對路基黃土的滲水與崩解特性進行研究。

2、土體的滲透性

土體滲透性的研究大多采用常水頭（70型）和變水頭（南55型）常規滲透儀進行以測定土體滲透系數為目的，一般不考慮試驗土樣在原位置的應力狀態，因此一般偏大；而通過三軸滲透試驗，可以較好地模擬工程實際研究土體的干密度、圍壓等對黃土滲透特性的影響，可以有效彌補常規滲透試驗的不足并減小誤差。

2.1試樣制備

采用常規三軸制樣器分4層壓實制作的直徑39.1 mm、高80mm的標準重塑土樣進行三軸滲透試驗；崩解試驗所用的試樣，通過兩種方法獲得：未進行剪切破壞的試樣分三層由三軸制樣器壓實的直徑39.1mm，高60mm的試樣；剪切破壞后土樣削成直徑39.1mm高60mm規格的試樣，作為崩解對比樣。

2.2試驗方法

試驗所用儀器為SLB-1型應力應變控制式三軸剪切滲透試驗儀，試樣按《土工試驗規程(SL237～1999)》關于三軸試驗的要求安裝。試驗過程中控制周圍壓力分別為50、100、150 kPa（相當于約8m深土層），在每級圍壓下施加相同的滲水壓力進行恒水頭滲透試驗，試樣在恒滲水壓力下的滲透系數按式（1-1）計算。為便于分析，k值按規范統一換算為20℃的滲透系數k20值。

（1-1）

式中：Q—t時間內滲水量，ml； L—試樣高度，cm；

P—用水頭表示的滲水壓力，cm；A—試樣過水面積，cm2；

t—滲水時間，min。

崩解試驗按SL273—1999規程進行，但需指出的是試驗用樣為三軸試驗制樣模具制作的圓柱樣，為便于分析土樣剪切前后崩解性能變化規律，包括崩解過程曲線（崩解量At-時間t關系曲線）與崩解速率。試驗方案主要考慮兩個控制因素：土樣質量壓實度與土樣質量含水率。其崩解量計算依式（1-2）進行。

(1-2)

式中：AT—t時刻試樣崩解量%；RT—t時刻浮筒齊水面處刻度讀數；

R0—開始時刻浮筒齊水面處刻度讀數；

Rend—崩解結束時刻浮筒齊水面處刻度讀數。

本文依此公式（1-3）和崩解曲線最陡段斜率兩種方法進行崩解速率分析。

（1-3）

式中：v—崩解速率cm3/min；RT—崩解結束時浮筒讀數；A—體積換算系數。

3、路基黃土的崩解特性

土的崩解，是指粘性土在靜水中發生碎裂解體塌落或強度減弱的現象，又稱濕化性。

3.3.1干密度對崩解性能的影響

試驗過程中將壓實黃土試樣放入清水中時，壓實度較小土樣表現為周圍水立即混濁，有大量氣泡逸出土體；筒內水面馬上聚集漂滿微小氣泡，緊接著土樣表面開始崩解掉落，崩解的碎屑物以粒狀為主；壓實度較大樣表現與其類似，不過劇烈程度小的多。

圖1-1為初始含水率為14%時不同壓實度黃土樣的崩解量與時間關系，即崩解曲線，其基本形狀為S形。圖線表明壓實度越大，同體積的土樣崩解過程線越緩和，崩解掉落完所需時間越長。對圖中各線條最陡段求其斜率，并利用公式（1-3），得兩種方法下的崩解速率，結果如表1-1。

圖1-1 不同壓實度下黃土崩解曲線圖

表1-1 崩解速率

做出崩解速率與壓實度關系曲線，如圖1-2。我們可直觀的看到土樣崩解隨壓實度的變化規律。可見，無論采用哪種方法求得崩解速率，所得曲線形狀基本相同，黃土崩解速率隨壓實度增大而減小，尤其是當壓實度大0.98后，崩解性已很小，并且基本不發生變化。表明在工程實際中若真正能實現0.98的壓實度要求，黃土的濕化破壞可有效的降低。

3.3.2剪切前后黃土崩解性能變化

將破壞后切削為3.91cm×6.0cm的圓柱試樣與相同規格的未進行剪切試驗的試樣分別進行浸水崩解。圖1-3 a、b兩圖表明不同初始含水的土樣在剪切破壞前后有不同的崩解特性。當初始含水為10%與14%時，剪切應力應變關系變現為軟化型曲線，剪切破壞后崩解曲線較未進行剪切破壞的原試樣陡峭，崩解速率要比未進行剪切破壞的原樣大，但是崩解歷時卻要長。而初始含水率為22%和18%情況下時，破壞前后試樣的崩解特性則剛好與低含水相反，較高含水時土樣剪切應力應變關系為硬化型，土體塑性增強，土樣在剪切過程中被壓密且沒有裂縫，水的入滲通道減少，土體崩解過程受阻，土體崩解時間成倍增加，相應崩解速率急劇減小。

圖1-2 崩解速率與壓實度的關系

圖1-3 土樣剪切破壞前后崩解曲線

4、小結

（1）壓實黃土的滲透系數隨干密度的增大而減小，隨圍壓的增大而減小；非飽和壓實黃土水分初始入滲速率隨隨壓實度和圍壓增大而減小。表明對黃土工程，要切實做好表層土體的的滲水控制。

（2）壓實黃土的崩解性隨干密度的增加而減小，但并非只是線性關系，相關關系還值得探討；隨初始含水率的增大而減小，表明在干燥自然環境下，有必要考慮黃土的崩解性能對黃土的強度與變形的影響。

（3）較低含水情況下，土體剪切破壞（或其他原因）引起裂縫對黃土工程的穩定性極度不利，及時做好防水排水工作對維護工程長久安全有重要意義。

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