關中地區黃土基質吸力與濕陷性關系試驗研究

田 源

(陜西省林業調查規劃院，陜西 西安 710082)

1 概述

黃土廣泛分布于我國西北地區，是一種特殊的第四紀沉積物，其力學變形性質受荷載、濕度、密實度、飽和度、分布地區等因素影響較大，研究天然原狀黃土的力學變形特性具有重要的理論及實用意義。天然黃土是典型的非飽和土，故對其力學變形特性的研究宜從基質吸力的研究入手。對非飽和土吸力特性已有的研究[1-3]主要局限在揭示其與土的起始含水率和起始密度之間的關系，涉及到應力狀態變化的較少，且多通過等吸力試驗進行研究。同時對黃土濕陷系數與吸力關系的研究還較少。本文擬利用非飽和土固結儀對不同濕度原狀關中黃土進行固結試驗，探討豎向壓縮應力的變化對天然原狀黃土基質吸力的影響，并對原狀黃土基質吸力的變化對其濕陷性的影響進行了初探。

2 試驗概況

2.1試驗用土

本次測試土樣采取位于關中平原西安南郊的Q3天然黃土，土層埋深約為4.5 m～5 m，其物理性質見表1。試樣面積為30 cm2，高為2 cm。

2.2試驗方案及方法

采用解放軍后勤工程學院與江蘇永昌科教儀器有限公司聯合研制的非飽和土側限壓縮儀，測量土樣基質吸力的陶土板進氣值約為5 bar，儀器具體組成及構造可見文獻[4]中的相關描述。

表1 天然黃土的物性指標

在試驗室對天然原狀黃土配置不同的濕度，根據初始濕度可以換算出天然原狀黃土的飽和度，具體數值見表2。

表2 天然原狀黃土的基質吸力

采用軸平移技術量測每級荷載作用下黃土的吸力變化過程，試驗方法為控制氣應力的不排水壓縮試驗，即常含水率壓縮試驗。所施加的應力級別為12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa,800 kPa,1 600 kPa，儀器可同時量測土樣的基質吸力和軸向變形。在施加第一級應力之前，對不同初始含水率黃土在無應力條件下測試吸力，即為原始基質吸力。待初始吸力穩定后再逐級施加軸向固結應力。采用雙線法確定黃土的濕陷系數。

3 試驗數據討論與分析

3.1天然密實狀態對土樣基質吸力變化的分析無應力作用下不同初始含水量黃土的初始基質吸力S0見表2?？梢钥闯觯?)初始含水量一定時，S0隨ρd0的增大而增大，且在初始含水量w較低(w

3.2基質吸力與非飽和黃土的濕陷系數之間的關系

根據一定壓力下不同初始含水率非飽和及飽和黃土試樣的壓縮變形h，采用雙線法計算黃土的濕陷系數δs，繪出不同壓力p下濕陷系數δs與初始基質吸力S0關系曲線如圖1所示。由圖1可以看出：

1)壓力p≤100 kPa時，三個不同天然干密度下陷系數δs皆不大于0.015，δs—S0關系曲線很平緩，不同天然干密度試驗點分布在很窄的范圍內，即基質吸力和天然干密度的變化對濕陷系數幾乎沒有影響。2)壓力100 kPa800 kPa時，δs—S0關系曲線基本處于平緩上升的變化趨勢，這說明較大的豎向荷載已將黃土的結構性完全破壞，濕陷系數隨基質吸力的增大而緩慢增大。

4 結語

1)無應力作用下，黃土初始含水量一定時，S0隨ρd0的增大而增大，且在初始含水量w較低(w