太原東山地區黃土濕陷試驗數據統計分析

馬愛農

(中國冶金地質總局第一地質勘察院秦皇島分院，河北秦皇島 066001)

1 黃土濕陷試驗現狀

黃土為第四紀沉積物，組成分富含碳酸鈣，有肉眼可見到的大孔(俗稱蟲孔)，垂直節理發育，在載荷和浸水共同作用下土體結構遭破壞產生顯著的濕陷變形，這是黃土的重要特性，稱為黃土的濕陷性。目前工程地質對黃土的工程評價主要采用黃土濕陷試驗的三項主要指標，濕陷系數(δs)、自重濕陷系數(δzs)和濕陷起始壓力(psh)來進行黃土地區的工程計算和評價，這些指標通常是通過室內試驗獲得。黃土濕陷系數試驗是:天然濕度狀態黃土試樣(高度為h0)在某壓力(p)下壓縮穩定(此時試樣高度為hp)，不增加壓力而往容器內注水使土樣浸水飽和，待沉陷穩定記下試樣高度(hp′)，則濕陷系數 δs=(hp－ hp′)/h0;當 δs≥0.015 時判定試樣黃土具有濕陷性，該黃土定名為濕陷性黃土，自重濕陷系數試驗是:試樣施加土的飽和自重壓力，待穩定后浸水求得的，自重濕陷系數計算公式為 δzs=(hz－ hz′)/h0;當 δzs≥0.015 時判定試樣黃土為自重濕陷性黃土，黃土在荷重作用下，受水浸濕后開始出現濕陷的壓力稱為濕陷起始壓力，即在黃土濕陷試驗后所作的濕陷系數(δs)與壓力(p)關系曲線上求得，在p—δs曲線上查出與δs=0.015相對應的壓力，就是試驗黃土的濕陷起始壓力(psh)。黃土濕陷試驗國內外都沿用單線法和雙線法兩種方法。單線法試驗是用環刀取某天然濕度下的原狀土樣5個～7個，分級加壓，加至各個規定壓力下壓縮穩定后浸水，至濕陷變形穩定，可得到相應壓力下的濕陷系數，繪制p—δs曲線。雙線法試驗是用環刀取試樣兩個，分別在天然濕度及浸水飽和條件下作壓縮試驗，利用兩條壓縮曲線的變形差，計算出不同壓力下的濕陷系數，繪制p—δs關系曲線［1］。單線法數據準確但工作量大，雙線法簡便工作量小但數據存在一定偏差，需要嚴格控制試驗每個細節。

2 太原東山地區黃土試驗數據分析

本人通過對太原東山地區某大型商住樓建設區域的施工勘察樣品的黃土試驗數據進行了匯總分析，側重分析探討了不同濕陷系數區間壓縮模量下降問題，并對該地區黃土濕陷特征進行了總結。

1)參與統計的黃土試樣共計1 146件，這些試樣均為人工挖探采樣，樣品質量較高均達到一級試樣要求，該地區黃土覆蓋層較厚，根據工程需要探井最深挖至20 m。試驗方法分別采用單線法和雙線法進行，基本采取交替進行，即某孔的單號樣品采用單線法、雙號樣品采用雙線法，試驗結果顯示兩種方法結果有較高的溫和性，主要統計數據指標見表1。其中非濕陷性黃土458件，濕陷性黃土688件。該地區黃土主要指標為:含水率在5.6%～25.2%范圍，干密度在 1.14 g/cm3～1.80 g/cm3范圍，孔隙比在0.503 ～1.374 范圍，天然飽和度在9.9% ～80.0%范圍，液性指數在 －1.60 ～0.92范圍;濕陷系數在0.001 ～0.172 范圍，自重濕陷系數在0.000 ～0.145 范圍。

2)從表1的統計數據看，該地區黃土濕陷性與試樣天然孔隙比液性指數存在較大相關性，即隨著孔隙比的增大濕陷系數增大，當試樣天然孔隙比不小于0.850時就屬于濕陷性黃土，圖1顯示孔隙比與濕陷系數有很高的正相關;圖2是液性指數與濕陷系數的關系曲線，也表現出很強的相關性;另外隨著濕陷等級的加大;起始濕陷壓力降低、飽和自重壓力降低，該地區濕陷性黃土大多屬于自重濕陷性黃土，自重濕陷系數與濕陷系數表現出很高的正相關性。

表1 太原東山地區1 146件黃土試樣濕陷試驗數據統計表

圖1 孔隙比與濕陷系數關系曲線

圖2 液性指數與濕陷系數關系曲線

3)工程地質評價中另外一項重要指標是土的壓縮模量，是判斷土的壓縮性和計算地基壓縮變形量的重要指標之一。

在工程地質中對土的壓縮性做如下分類:當Es＜4 MPa時為高壓縮性土，當4 MPa＜Es＜20 MPa時為中等壓縮性土，當Es＞20 MPa時為低壓縮性土。對黃土濕陷性程度做如下規定:δs＜0.015 非濕陷性黃土，0.015≤δs≤0.030 濕陷性輕微，0.030≤δs≤0.070 濕陷性中等，δs＞0.070 濕陷性強烈［2］。

通過對太原東山地區黃土濕陷試驗數據統計可以看出，該地區黃土天然狀態下均為中等壓縮性土，但浸水飽和后，壓縮性發生很大變化，尤其是濕陷性中等和濕陷性強烈的土樣其壓縮性由中等壓縮性轉變為高壓縮性。黃土壓縮試驗隨著濕陷系數的變化，其壓縮模量產生的衰減也與濕陷系數表現出很強的相關性。當濕陷系數小于0.015時，黃土浸水沉陷后的壓縮模量相對于天然黃土壓縮模量的衰減ΔEs(暫稱作ΔEs)不超過20%，當濕陷系數不小于0.015時，黃土浸水沉陷后的壓縮模量相對于天然黃土壓縮模量的衰減ΔEs超過26%，并隨著濕陷系數的遞增而呈增大趨勢。當濕陷系數不小于0.03時，ΔEs超過40%;當濕陷系數不小于0.07時，ΔEs超過60%。對太原東山地區1 146件黃土試樣中的688件具有濕陷性黃土的ΔEs與濕陷系數δs的關系進行匯總分析，發現在不同荷載區間二者的相關趨勢有很好的一致性，見圖3～圖7。

圖3 0 kPa～50 kPa濕陷系數與壓縮模量下降關系圖

圖4 50 kPa～100 kPa濕陷系數與壓縮模量下降關系圖

圖5 100 kPa～200 kPa濕陷系數與壓縮模量下降關系圖

圖6 200 kPa～300 kPa濕陷系數與壓縮模量下降關系圖

圖7 300 kPa～400 kPa濕陷系數與壓縮模量下降關系圖

4)上述壓縮模量衰減ΔEs，其計算公式為ΔEs=100×(Es－Es′)/Es，其中，Es為黃土在某級荷載下的壓縮模量;Es′為對應荷載飽和浸水后的壓縮模量。壓縮模量衰減ΔEs雖然在濕陷性黃土地區建筑規范中沒有明確提出，但肯定在工程地質勘察設計中對黃土濕陷危害性評價有著很大的指導意義，關鍵是壓縮模量衰減ΔEs的規律是否穩定，在不同地區的黃土中表現是否一致，這是同行業工作者需要進行總結分析的問題。

3 結語

濕陷性黃土對工程的危害性評價需要嚴謹科學的進行，但如何既準確又簡便的進行評價值得探討，本文提出的壓縮模量衰減概念在太原東山黃土覆蓋地區的黃土試樣存在很好的規律性，在其他黃土地區是否存在類似的規律值得深入研究，如果壓縮模量衰減能夠準確表達黃土濕陷等級，是很方便使用的指標。

［1］ GB/T 50123-1999，土工試驗方法標準［S］.

［2］ GB 50025-2004，濕陷性黃土地區建筑規范［S］.