淺析黃土地層的擊實特性

劉武杰

摘要：本文以渭南市吳田村黃土剖面為例，按黃土地層取樣并進行室內擊試驗，得出不同地層剖面土層的最佳含水率、最大干密度，通過試驗數據分析得出不同地層黃土擊實特性規律，旨在為黃土地區工程建設提供一定的參考。

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.

關鍵詞：黃土地層;室內擊實試驗;最大干密度;最佳含水率

0? 引言

黃土分布面積占我國國土面積約7%之多，黃土地區的基礎建設，尤其是道路工程建設頗為重要。而這些地區的建筑材料一般都較為匱乏，提高黃土及黃土質土這一特殊土壤的利用則是工程屆必須研究的課題。

遇水產生濕陷變形是黃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況下，在既定的壓力范圍內，天然狀態下未經壓實的黃土與經壓實后的黃土的濕陷性是有區別的，一般后者的濕陷性會更嚴重。因此，提高壓實度是黃土地區工程建設中性價較高一種方式，最佳含水率和最大干密度這兩大與壓實度相關的指標研究就尤為重要。

1? 剖面簡介及取樣方法

1.1 剖面簡介

本文試驗土樣取自渭南市吳田村（位于西安市以東約70公里）轄區內一自然剖面，該剖面上部為黃土地層，下部為三門組湖湘地層，是典型的較為完整的三門組黃土地層天然剖面，交通較為便利。剖面地層自上而下完整且連續包含了L0至S21所有地層，垂直高度約128.5m。

1.2 取樣方法

①利用“紅三條”地層S5、上分砂層（或上粉砂質黃土）L9、下粉砂層（或下粉砂質黃土）L15等三個黃土標志地層的特性，并借助水準儀，精確定位出黃土剖面的地質層位。

②清表，自上而下開挖一條可充分揭示原始地層信息的溝槽，以方便取樣。

③假定層厚為hi（單位：m），則1）hi≤1m時，按一層取樣;2）1m2m時，按1m/小層分層取樣。

④對于所取土樣，詳細標注其地層信息、層厚等，按順序擺放整齊，以便實驗。

2? 試驗過程及結果

進行擊實試驗前，對所取土樣完成篩分試驗，結果如表1。

2.1 儀器簡介

2.1.1 擊實儀器

LSD-V型數顯標準多功能擊實儀

①擊實錘參數：錘重4.5KG、落高45cm、底面直徑5cm;

②擊實次數：98。

2.1.2 烘箱

可調溫度為0～300℃，試驗過程中設置為106℃。

2.1.3 液壓推土器

2.1.4 其他

圓孔篩：孔徑40mm、20mm及5mm篩各一個。

擊實試筒及套環：筒內徑15.2cm、高17cm;套環高5cm，內徑15.2cm。

小刀：2把（用于拉毛各層結合面、削平多出擊實筒的土樣）。

臺秤：感量為試件用量的0.1%。

2.2 試驗方法及步驟

本文試驗的試樣制備及試驗方法依據《公路土工試驗規程》（JTG E40-2007）相關規定執行：①試樣不重復使用;②干土法。

1）試樣所用土樣晾曬風干后碾碎，用圓孔篩篩后拌合均勻，每小層土樣備5份試樣（四分法），并測出風干含水率（烘干法）。

2）結合黃土的最佳含水率工程經驗，本文試驗采用的目標含水率為：9%，11%、13%、15%、17%，本次試驗每份土量取5.1kg，結合以下公式可算出每目標含水率下的試樣制備所需加水量：

3）制備土樣均勻灑鋪在鋁盆中，用噴壺噴灑不同目標含水率下不同的加水量，用手攪拌均勻后，用保鮮膜覆蓋每份土樣，擱置一天一夜，保證水分不蒸發且能與土體混合均勻。

4）按規程對不同含水率的土樣依次擊實、對地層剖面的每層土樣也依次擊實。

5）本文試驗為重型擊實試驗，即：分三層擊實，每層擊98次。

3? 試驗結果及分析

3.1 擊實數據

通過擊實試驗，繪制擊實曲線，得出表2。

利用表2中數據，經過加權計算，得出表3結果。

分析表3中試驗數據，可知各層黃土的最佳含水率及最大干密度的數值范圍較為集中，最佳含水率大部分分布在13.0%～14.7%區間內、最大干密度大部分分布在1.878g/cm3～1.910g/cm3區間內。其中黃土L層與古土壤S層的最大干密度與最佳含水率數值也較為接近。

3.2 不同地質時期地層土樣擊實試驗結果比較

參考地質學界對黃土地層的劃分規則，結合本文剖面地層情況，分類如下：

全更新世Q4層：L0～S0層;晚更世Q3層：L1～S1層;中更新世Q2層：L2～S7層;早更新世Q1層：L8～S21層。

利用表2中試驗數據，進行加權計算，得出表4結果。

分析表4中試驗數據，可知全更新世Q4得到加權最佳含水率為四組數據中最小，而所達到的最大干密度確為四組數據中最大;相比較而言，其余三組數據的加權最佳含水率和最大干密度的數值均比較接近。

3.3 黃土層（L層）與古土壤層（S層）的擊實特性比較

利用表2中數據，經過加權計算，得出表5結果。

分析表4中數據，可知黃土層（L層）與古土壤層（S層）的加權值無顯著差異。

4? 結論

①該剖面地層最大干密度在1.85g/cm3～1.966g/cm3范圍內，最佳含水率在11.7%～15.5%范圍內，為該部分地區的壓實度指標提供一定參考價值。

②本次試驗剖面的黃土層與古土壤層試驗結果的加權值差異不大，表明黃土的擊實特性與其地層分類無顯著關聯。但擊實過程中有一特點較為明顯：即在含水率較小時，黃土層土料會被擠壓或振動出擊實筒，而在含水率較大是，古土壤層易出現“彈簧土”現象。

③本文試驗剖面的Q4、Q3、Q2、Q1等不同地質年代的試驗結果加權值差異不大，表明黃土的擊實特性與其形成年代特征無顯著關聯。

綜合以上分析，可得出黃土最大干密度及最佳含水率與其不同地層、地質年代的關聯性較弱，實際工程施工中嚴格控制壓實度，可取得良好的工程效益。

參考文獻：

[1]劉武杰.渭南吳田黃土剖面地層擊實特性研究[D].長安大學碩士論文，2013.

[2]景宏君，張斌.黃土路基強度規律[J].交通運輸工程學報，2004，4（2）：14-18.

[3]JTG E40-2007，公路土工試驗規程[S].