關中地區Q2黃土物理力學性質分析研究

宋世鑫 馬馳

【摘要】本文通過查閱國內外與Q2黃土相關的大量文獻，總結了Q2黃土物理力學性質及微結構性質研究現狀和發展趨勢，同時通過室內試驗得到Q2黃土相關物理力學性質參數，如密度、含水率、液塑性指數、抗剪強度、壓縮模量、濕陷性系數等。

【關鍵詞】Q2黃土；物理力學

一、緒論

鑒于不同時期古黃土物理力學性質的差異性以及黃土在我國的廣泛分布和工程建設影響，其學術意義和工程實踐價值十分顯著[1]。發生在黃土區的各種地質災害現象對工業、交通、農業以及人們的生命財產安全產生了嚴重的威脅，黃土區地質災害如滑坡、泥石流等，多是由于其內部應力分布的不均勻所造成，而黃土內部結構又是應力分布的一大影響因素，更重要的是Q2黃土現階段研究較少，故本題以陜西省西安市臨潼區芷陽湖Q2黃土為研究對象，依托國家自然科學基金項目（41002101），通過微結構分析其內部結構，輔以相關物理力學性質實驗，分析其之間聯系，從而研究西北地區Q2黃土相關性質及工程影響，對黃土區建設予以一定的建議。

Q2黃土由于埋藏較深，在上世紀80年代以前一般工程很少接觸到，因此對該層土研究資料很少，最早對其進行試驗研究的應該是從王曲電廠和蒲城電廠工程開始的[2]。為解決好場地地基處理問題，西北電力設計院委托中國建筑科學研究院進行了大面積試坑浸水試驗，現場浸水試驗結果表明該場地也應判定為非自重濕陷性黃土場地。自此以后，Q2黃土濕陷性的研究才逐漸被重視起來，但是Q2黃土的試驗研究還處于初級階段。但隨著工程建設規模的擴大，越來越多的工程將直接涉及到厚層Q2黃土的地基處理。因此，對Q2黃土的力學特性、工程性質等進行深入研究就顯得非常迫切，同時也具有較大的工程實用價值[3]。我囯黃土的分布面積廣大，黃土的粒度成分和它的工程性質必然會受到其所在地區的地貌、地質和氣候等條件的制約與影響，而形成不同地理區域的黃土之間的在共性基礎上的工程性質土的種種差異。

二、Q2黃土的物理力學性質研究

根據國內黃土的分布和區域差異性，選擇選取具有典型黃土分布核心區（陜西省西安市臨潼區境內芷陽湖Q2黃土為研究對象），通過現場取樣并進行室內巖土物理力學試驗，對比試驗成果并于前人的研究成果，概括出該地區典型Q2黃土的物理力學性質。

三、室內Q2黃土的物理性質試驗及數據

為了研究Q2黃土的物理力學性質，在陜西省西安市臨潼區芷陽湖景區施工現場電纜鋪設開挖坑道中部取得土樣。臨潼區位于驪山北緣、黃土高原地區南部，屬于典型的黃土堆積地貌，故選此處進行取土。本次取土深度3～5m，該處土體為深棕紅色亞粘土夾薄層亞砂土，柱狀節理發育，夾古土壤層及鈣質結核層，呈巨塊狀整體結構，具有一定的強度，所示。為了盡量的減少對土樣的擾動，試樣在現場挖成直徑150～200mm高度300～400mm的近似圓柱體共10件，標明取樣類型及用途，并用保鮮膜和塑料帶包好，裝入鐵筐，運回實驗室。土樣取回后，剝去塑料紙和膠帶，檢查土樣結構，看是否擾動或土樣質量是否符合試驗要求，若土樣保持完好，按照試驗規程要求利用專用的削土器將土樣削制成實驗所需的圓柱形試樣。未使用土樣則用保濕器保濕待下次使用。在室內制樣時可以看見黃土內含極小的細砂、石英顆粒等，部分存在鈣質結核，屬黃土正常特征，但會對試驗數據產生一定影響。

對現場取得Q2黃土原狀進行物理性質試驗，主要包括含水率試驗、密度試驗、粒度分析實驗和液、塑限試驗。含水率試驗、密度試驗和界限含水率試驗進行了6組，取6次測值的平均值作為最終值。

本章由Q2黃土力學性質試驗得以下Q2黃土的物理性質分析結果表：

表3.1Q2黃土的物理性質分析結果

天然

含水量% 密度

Cc

Cu 可塑性液限

土質

分類

濕密度ρ（g/cm3） 干密度ρd

（g/cm3） 液限

ωL（%） 塑限

ωp（%） 塑性

指數

Ip 液性

指數IL

21.53 1.81 1.49 1.13 8 33.79 23.3 10.16 -0.225 粉質粘土

四、室內Q2黃土的力學性質試驗及數據

對現場取得Q2黃土原狀進行力學性質試驗，主要包括剪切實驗、固結實驗、和擊實實驗，剪切實驗進行2組，固結實驗進行6組，擊實實驗進行1組，含水測量兩組試樣。

本章由Q2黃土力學性質試驗得以下Q2黃土的力學性質分析結果表：

表4.1Q2黃土的力學性質分析結果

壓縮系數αV

（MPa～1）

壓縮

模量 濕陷

系數 抗剪性質 擊實性質

P=0.2

MPa 內摩

擦角（°） 凝聚力

C（KPa） 最大

干密度ρd（g/cm3） 最優含水率ω（%）

0.079 26.23 0.0011 26.02 55.83 1.63 21

五、結論

本文以陜西省西安市臨潼區境內芷陽湖Q2黃土為研究對象，從宏、微觀研究方法入手，通過室內土工常規試驗和CT掃描試驗，對芷陽湖Q2黃土的粒度組成、物理性質指標、力學性質和微結構性質進行系統試驗研究，分析總結了黃土的組成及其相互作用、各個物理力學指標之間的聯系及對工程建設的影響。得出了以下結論：

對本區域內Q2黃土物理力學性質予以總結，并可作為本區域內工程參考。本區Q2黃土天然含水率21.53%左右，濕密度1.81g/cm3左右，干密度1.49g/cm3，塑性指數10.16左右，液性指數～0.223左右，屬粉質粘土，表現出含水較低，密度較小，但相對于Q2黃土又較大；且具有一定可塑性；顆粒分析表明粉、粘粒含量較多，顆粒均勻，為均粒土；抗剪強度抗壓縮能力并較大，同時具有一定濕陷性，這與Q2黃土相對較大的含水與較粉、粘粒含量以及形成時間較長等因素有關。最后Q2黃土的壓縮系數αV為0.079左右，壓縮模量Es為26.23左右，為低壓縮性土；而濕陷性系數在0.0011左右，雖存在濕陷性，但十分小，故Q2黃土的壓縮性與濕陷性對工程影響極小。

參考文獻：

【1】《工程地質手冊》編委會. 工程地質手冊[M].中國建筑工業出版社，2007，北京（4）：132～165，418～445.

【2】孫建中.黃土學[M].香港考古學會，2005，香港：1～28.

【3】喬平定，李增鈞.黃土地區工程地質[M].水利水電出版社，1990，北京：1～4 24～69.