湿陷性黄土的主要特征

岳雅

摘 要： 介绍了湿陷性黄土的特征，影响黄土的湿陷成因。依据大量湿陷性黄土的研究，提出了有效大孔隙率的概念，从测定湿陷性系数的压力值、地基稳定设计、地基处理、预防渠道湿陷变形灾害及有效大孔隙率的直观性等几方面，阐述了湿陷性黄土的研究意义。

关键词： 湿陷性黄土；有效大孔隙率；湿陷性系数；研究意义

0 引言

湿陷性黄土是干旱半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物，颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色，颗粒组成以粉土粒（其中尤以粗粉土粒，粒径为0.05～0.01mm）为主，约占60%-70%，粒度大小均匀，黏粒含量较少，一般仅占10%-20%。黄土含水量小，一般仅8%-20%；孔隙比大，一般在1.0左右。大孔隙性是湿陷性黄土最重要特征之一，有粒間孔隙、集粒间孔隙、集粒内孔隙、颗粒-集粒间孔隙等，孔隙大小一般为1～0.002mm.

1主要工程特性

在天然状态下，湿陷性黄土表现出如下的工程特性：1.塑性较弱，液限一般23%-33%，塑限为15%-20%，塑性指数多为8-13；2.含水较少，天然含水率一般10%-25%，常处于半固态或硬塑状态，饱和度一般为30%-70%；3.压实度程度很差，孔隙较大，孔隙率大，常为45%-55%，孔隙比0.8-1.1，干密度常为1.3-1.5克立方厘米；4.抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩较明显，遇水失陷明显；5.透水性强，由于大孔和垂直节理发育，故透水性比一般粘性土要强得多且具有明显的各向异性；6强度较高，尽管空隙率高，但压缩性仍然属于中等，抗剪强度较高

2 影响黄土的湿陷性外因

（1）压力

在湿陷系数与压力δ-P曲线上有一峰值，在峰值压力以前，湿陷性随压力的增大而增强，当压力大于峰值压力，湿陷性随压力的增大而减小，即湿陷性黄土的湿陷变形是压力的函数。

（2）含水率

对于湿陷性黄土而言，初始含水率越小，黄土的湿陷性越强，反之湿陷性越弱。黄土的压缩性、深度对湿陷性的影响。黄土的湿陷性与压缩性有关。黄土的压缩性高，产生湿陷的空间就大。如果发生湿陷，那么湿陷性就强，反之则弱。湿陷系数与深度（即丄覆土层厚度）有关，湿陷系数随深度的增肌而减少。

3 影响黄土的湿陷性内因

（1）孔隙性

研究结果表明，黄土的多孔性是引起黄土湿陷性的重要原因，但不同类型不同大小的孔隙在湿陷变形中所起的作用不同。其中孔隙是导致黄土产生湿陷性的主要因素。孔隙比与湿陷性关系的普遍规律是孔隙比越大，湿陷性越强。

（2）密度

密度和干密度与湿陷性研究的文献较多，干密度越大，湿陷性越弱，反之湿陷性越强。

（3）成因、时代及土的类型

同一地质时期，风积-冲洪积-残积，湿陷性由强变弱；地层越老，湿陷性越弱，反之湿陷性越强。从土壤类型分析，最强湿陷和极强湿陷的黄土主要是在荒漠草原和草原生物气候条件下发育的棕钙土，灰钙土、栗钙土和黑钙土；具中等湿陷性和弱湿陷性的黄土主要是在森林草原条件下发育的黑炉土和碳酸盐褐土；不具湿陷性的黄土或古土壤通常是在森林条件下发育的。

（4）粘粒含量

粘粒含量少，黄土的湿陷性强，反之湿陷性弱。粘粒含量少，黄土骨架胶结强度低，容易破坏，因而湿陷性强。而粘粒含量高时黄土骨架多以镶嵌状为主，这种胶结强度不易破坏，因而湿陷性弱。

4 大孔隙率概念的提出

（1）通过大量湿陷性黄土试验研究认为，大孔隙在结构上是由大孔洞与孔壁构成。孔洞直径多大于0.5mm，肉眼可见，延伸空间在数倍及数十倍骨架颗粒以上；孔壁由黄土骨架颗粒围构而成，骨架颗粒之间发育粒间孔隙，与一般土壤类同。大孔隙是产生黄土湿陷的物质条件，黄土没有大孔隙就没有湿陷性（可溶盐型湿陷性黄土除外，下同）。

现行规范中，用黄土湿陷系数（δs）评价黄土湿陷性，那么湿陷系数（δs）必然与大孔隙率有密切的联系。所以在这里首先考察一下湿陷系数δs：

δs =hp-hp′/h0=（hp-hp′）A0 /h0 A0= △V/V0= △n

式中：hp为黄土试件在一定压力下稳定后的高度；hp′为黄土试件在一定压力下稳定后，再浸水的稳定高度；A0为黄土试件的横截面积；△n为黄图在一定压力下稳定后，受水浸湿引起的总孔隙率的变化量。δs在不同压力下有不同的值，在δs-P曲线中是连续的，随压力由小变大，达到最大值时，黄土的大孔隙完全破坏而消失，之后随压力增大而减小。

在湿陷系数达到最大值（图1中δsmax）时破坏并消灭的全部大孔隙，称为有效大孔隙。这个湿陷系数的最大值用百分数表示就是有效大孔隙率。

5 研究意义

（1）测定湿陷性系数的压力值

大孔隙是湿陷性的物质条件，测得有效大孔隙率，克服了湿陷系数δs的局限。因为在规范中要求，测定湿陷系数的压力值对10m内的土层用200kpa，10m以下的土层用300 kpa。而在实际试验中，只要测得有效大孔隙率就可以结束试验，当规范规定的压力范围不足以测得有效大孔隙率，就应增大试验压力。

（2） 地基稳定设计

能够根据有效大孔隙率对黄土的湿陷性进行更全面的预测与设计。建筑物在使用过程中，偶尔的地震会使使局部应力剧增；超过历史的降雨大幅度浸湿等等，均会对建筑物的稳定性造成不可预期的破坏。但测得有效大孔隙率，就可以对地基经行全面的设计，避免偶发因素的严重影响。

（3）地基处理[1]

根据有效大孔隙率，有利于选择有效、经济的地基处理方法。湿陷性黄土因其湿陷性变形大、速率快、变形不均匀等特征，往往使工程设施的地基产生大幅度的沉降，从而造成建筑开裂、倾斜，甚至破坏。建筑物地基若为湿陷性黄土，因地表积水或管道、水池漏水而发生湿陷变形，加之建筑物的荷载变形更加重了黄土的湿陷程度，表现为湿陷速度快和非均匀性，使建筑物地基产生不均匀沉降。破坏了建筑物基础的稳定性及上部结构的完整性。

地基处理措施：主要有重锤表层夯实（强夯）、垫层、挤密桩、灰土垫层、顶浸水、土桩压实爆破、化学加固及非湿陷性土替换等法。

（4） 预防渠道湿陷性变形灾害

例如甘肃省修建的一座堤灌工程，在引水灌溉10年之后，部分地段下沉0.8～1.0 m，不少分水闸、泄水闸和泵站等因湿陷而遭到破坏。

预防措施：夯实表土，铺填黏土等不透水层或在坡面种植草皮，增强地表的防渗性能。■

参考文献

[1]罗宇生 湿陷性黄土地基处理[M] 北京：中国建筑工业出版社，2008.endprint