王婧

　　中国建筑材料工业地质勘查中心甘肃总队实验测试中心, 甘肃 天水 741000

　　摘要：本文在借鉴总结有关黄土湿陷变形研究成果的基础上，通过实验总结出黄土的湿陷变形和抗剪强度指标随饱和度以及压力变化的规律，对湿陷性黄土在增湿减湿过程中的湿陷变形性状、强度特性和不同应力路径对黄土变形特性的影响进行了分析探讨。

　　关键词：黄土湿陷性;增湿减湿;试验;影响

　　1黄土力学及黄土湿陷性研究现状

　　黄土是一种欠压密土，具有不同程度的湿陷性，随着黄土地区经济建设的加快发展，黄土的湿陷性研究和分析评价成为工程建设的重中之重。黄土以粉粒为主，具有欠压密、大孔隙、垂直节理发育、富含可溶盐等结构特性，直接决定着黄土的力学性状和工程性质。

　　1.1黄土的结构特性。土的结构性指的是土中颗粒或土颗粒集合体以及颗粒间孔隙的大小、形状、排列组合等综合特征。黄土的结构性是黄土工程性质的本质，天然土体都具有结构性，黄土具有明显的大孔隙结构和湿陷性，外因取决于浸水和压力，内因取决于其特殊结构性，也就是黄土颗粒的排列方式和联结方式。过去的研究只是对土的结构性的定性分析，已经不能满足黄土力学特性定量分析的要求，这给土性以至土力学的研究与应用带来了一系列问题。黄土的湿陷性、应力应变关系以及固结曲线等，与土的结构性密切相关。当前一些研究成果把黄土的宏观工程性质与微观结构特征相结合，结构性研究目的在于揭示结构性对土力学行为的影响和内在联系，建立宏观应力应变关系。近年来对原状土、饱和原状土和扰动重塑土的侧限压缩试验，依靠浸水、扰动、加荷等进行测量的方法提出的结构性定量化参数，具备了合理性、广泛性、灵敏性和稳定性，因此土的显微结构和土的力学性质结合起来分析，对土的工程性质进行判定成为土体结构性研究的主要方向。

　　1.2黄土的湿陷特性。黄土的特殊性体现在地质特征、微结构特征及一些物理性质，其工程性质主要体现在力学性质，表现在强度和湿陷特性，具有和其他土类不同的强度特性和变形特性，体现在结构性、欠压密性和湿陷性方面。黄土天然状态下是欠压密状态，压力弹性变形小，主要体现在压缩变形和湿陷变形。湿陷变形浸水后会对建筑物结构强度造成破坏，力学性质改变，产生明显湿陷变形。黄土的湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性的特点，是一种特殊塑性变形。也就是说，因为黄土的工程性质和结构特性，低湿度情况下的的压缩性较低、抗剪强度较高;增湿情况下会迅速大幅度降低强度增大变形，地面水或降水入浸成为降低黄土地基上建筑物稳定性的重要因素。湿陷性对黄土地基的危害性不仅和湿陷量大小有关，与湿陷变形发展的速率也有很大关系。需要指出的是，因为湿陷性黄土的生成环境、物理成分、化学成分、地理位置和气候条件有所不同，黄土的开放型结构和粒状架空结构的程度也会有所不同，表现出不同的湿陷性。

　　2黄土的应力应变关系

　　黄土的应力应变关系是其变形和强度特性的反应，受力后先产生弹性变形再产生不可逆的塑性变形。通常黄土的应力应变关系用单轴压缩或三轴剪切试验的结果拟合为相应的数学公式，按弹性非线性增量的E—B模型或K-G模型求出参数。通过几十年的分析研究，得出了有关结论。一是黄土的结构特性是引起黄土湿陷的主要因素，黄土的湿陷变形取决于结构强度程度;二是随着含水量的变化黄土结构强度转弱，进行结构性研究是为了科学的反映强度和变形问题;三是湿陷性黄土的变形包括加荷变形、增湿变形和力与水两者的耦合产生的变形，变形量受应力路径、增湿路径的变化影响;四是黄土对水有特殊敏感性，应力不变时，含水量的变化和增(减)湿变形量呈现一一对应关系。

　　3黄土湿陷性试验研究

　　3.1单线法压缩试验。在相同取土点相同深度取5个以上的环刀试样，全部在天然湿度下分级加荷，分别给他们有所不同的规定压力。等下沉稳定后浸水，指导湿陷相对稳定的时候再停止。

　　3.2双线法压缩试验。在相同取土点相同深度取2个环刀试样，一个在天然湿度下分级加荷，分别给他们有所不同的规定压力。等下沉稳定后浸水，直到湿陷相对稳定的时候再停止;另一个在天然湿度下加第一级荷载，等下沉稳定后浸水，直到湿陷相对稳定的时候，再分级加荷，加荷过程中确保试件始终处于饱和状态，一直到规定压力下沉稳定为止。对黄土湿陷性试验的这两种方法，一个是在天然含水率下获取的压缩曲线，一个是在保水的条件下获得的压缩曲线。在实践中可以知道采用单线法和双线法试验，测定的湿陷系数和湿陷起始压力有所不同，甚至存在较大差别。要在工作实际中结合实际情况科学地选择试验方法，尽可能提供相对可靠的试验结果。

　　4黄土湿陷性试验分析

　　湿陷性黄土受垂直荷载和水的作用的影响，一般有压缩变形、湿陷变形和溶滤变形三种形式，湿陷的起始压力指的是当黄土受水浸湿后而产生湿陷时的相应压力，当黄土浸水后受到的外界压力使土粒间的剪应力比残余结构强度小时，土体会产生压密变形，不会产生湿陷变形。当黄土浸水后受到的外界压力使土粒间的剪应力比残余结构强度大时，土体结构单元将发生错动破坏出现湿陷。单线法和双线法两种压缩试验，根据浸水和加荷程序的不同，在湿陷的产生和发展过程中也有着很大的差别。单线法是在压力下压缩当稳定后才浸水，能直接得出湿陷系数，其受力和湿陷过程与地基的实际情况更加符合，单线法试验数据相对的认可程度更高。双线法在土体饱和状态下进行分级加荷，随着荷重的逐渐增大土体的结构也会遭到逐步破坏，更接近饱和土压缩过程。双线法选择的两个试件一个浸水、一个不浸水，试验过程中的两个试件的密度就会不同，实验结果就不能代表同一个土样的实际情况。一般情况下双线法测得的湿陷系数偏大，湿陷起始压力偏小。从理论上和试验结果中可以看出，单线法比双线法更符合黄土的湿陷变形情况。从试验的取样和操作上来看，双线法工作简单方便，可比性较强，应用也比较广泛。

　　5增(减)湿过程中影晌因素分析

　　湿陷系数的大小影响因素较多，比如经常受到土体微结构特征、成因、应力状态、物理力学性质、浸湿范围、浸湿程度等多种因素影响，通常黄土的湿陷变形主要是受土体孔隙体积压缩影响，一般容易忽视土体在压力作用下的侧向变形，这是测定湿陷系数的缺陷。从黄土湿陷变形的显微结构理论方面来分析，黄土的微结构特征是黄土中的粘胶微粒和碳酸钙凝成的集粒和微琐碎矿物共同组成的架空结构和孔隙，微结构中架空结构的稳定性受地质地理环境、气候条件以及成因等各方面的影响，综合影响主要是因为黄土湿陷变形敏感性。根据以往的科学实验和研究，知道了湿陷性黄土的颗粒间存在粒间孔隙、大孔隙、粒内孔隙和架空孔隙，其中架空孔隙遭受破坏是浸水湿陷的主要原因。一旦架空孔隙遭受破坏，周围的土粒会自动进入到孔隙，从而加大湿陷量构成。另外，力和水是黄土形成湿陷的主要的外因，结构强度通过力和水的作用而发生降低。湿陷量大小跟受力的大小和水湿程度密切相关，是成正比例关系。湿陷系数随作用压力和初始含水量的变化而变化，初始含水量的大小决定土体的压缩变形和湿陷变形的大小，作用压力的大小决定着湿陷量的大小。

　　结语 在湿陷性黄土地区进行建筑时容易产生地基失稳事故，为避免事故发生，必须根据湿陷性黄土的特点和工程要求，进行黄土的湿陷性评价，从而科学地进行建筑设计，才能确保工程的稳定性。

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