探讨湿陷性黄土的结构性变形特性

探讨湿陷性黄土的结构性变形特性
摘要：我国是世界上黄土分布范围最为广泛的国家之一，而且其覆盖面积广、埋藏的深度大、地层构造复杂。

在我国的黄土分布中，湿陷性黄土的分布范围最广。

原状黄土在沉积的过程中会形成大孔隙骨架结构，而且颗粒间的接触点在长期的物理与化学作用下会逐渐形成可溶盐胶结，从而使其具有较为显著的抗压与抗剪的能力。

因此，要正确的揭示原状黄土变形的结构性参数的变化，首先必须对湿陷性黄土的组成与基本特征以及其结构特性进行分析。

关键词：湿陷性黄土；变形；组成；结构特性
一、湿陷性黄土的组成及基本特征
黄土是一种欠压密土，而且具有不同程度的湿陷性，湿陷性也是黄土的典型特征。

湿陷性黄土主要是指在受到覆盖土层的自重应力或是自重应力与土层上建筑物的附加综合应力的作用下，若此时水将其浸湿，那么土的结构将会被破坏，同时出现显著的下沉现象，而且强度也迅速下降的一种黄土。

在我国，湿陷性黄土的分布范围大约占黄土分布总面积的四分之三，主要是位于地层的上部，厚度大约为10m～20m。

湿陷性黄土的主要特征：其颜色主要是以黄色为主，有灰黄、褐黄等颜色；其中有55%以上为粉粒；具有很多肉眼可以看见的大孔隙，孔隙比大约在1左右；黄土中有丰富的碳酸钙成分及其结晶；呈现出无层理、垂直节理发育；具有湿陷性、易溶性、易冲刷性、各项异性、失水干裂性等工程特性。

湿陷性黄土中有大量的原生矿物质，例如石英、长石、方解石以及绿帘石等等，由于这些矿物的化学性质较为稳定，具有较强的抗水性与抗风化的能力，而亲水性又较弱，因此，这些矿物对黄土的性质的影响主要是由矿物本身的性质所反映的。

另外，湿陷性黄土中还含有微量的次生矿物，例如粘土矿物，虽然其在黄土中的含量不高，但是其对黄土的性质还是有较大的影响，主要表现为明显的控制作用。

二、湿陷性黄土的结构特性
黄土主要是分布在我国的西部，因为我国西部特定的气候条件、地理环境与物质组成等原因，湿陷性黄土在沉积的过程中所形成的结构状态与湿陷性黄土结构本身在新条件下的变化情况息息相关。

而湿陷性黄土的结构特性主要包括以下三个方面：第一，由于湿陷性黄土富含碳酸盐类物质，因此具有明显的结构强度；第二，湿陷性黄土主要是以非饱和、大孔隙性为主；第三，湿陷性黄土对水具有较强的敏感性。

这些结构特性将会对湿陷性黄土的力学形状与工程性质造成直接的影响。

另外，湿陷性黄土最主要的特征就是湿陷性，而其湿陷性主要是由外因（浸水和压力）与内因（特殊的结构性，即黄土颗粒的排列方式与联结方式）共
同作用而形成的。

而且黄土的区域性变化规律为：从西北的颗粒状构成的架空接触式结构逐渐过渡到东南的凝块构成的镶嵌胶结式结构。

三、湿陷性黄土变形中结构性参数的变化
湿陷性黄土的结构发生改变的主要原因就是扰动、压力以及浸水。

湿陷性黄土在未进行这一系列动作时原结构保持不变，表现出了一定的结构性。

而扰动可以将黄土的联结作用以及已形成的稳定空间排列破坏，从而致使黄土颗粒间的胶结作用所表现出的结构势被彻底的释放出来。

加压力则会使土骨架在受到压剪力的作用下，首先将会破坏其中联结较弱、不稳定的部位，然后次强联结和稳定部位的抵抗作用将会逐渐发挥出来，这样一来，黄土颗粒间的排列方式不仅被改变，其联结特征也将被改变。

浸水主要是将黄土中的化学物质弱化、溶解，从而使其的胶结、吸力联结丧失。

由此可见，在扰动、加压力以及浸水的作用下，黄土的结构将会发生变形。

因此，笔者在三轴剪切试验的条件下通过原状土、重塑土与饱和土的三轴剪切试验对湿陷性黄土的结构参数的变化规律进行分析。

在三轴剪切条件下，随着应变力的发展，原状土体内部颗粒排列与胶结结构也在不断的发生变化，因此，原生结构将会遭到破坏，次生结构也将会逐渐生成。

原生结构在压剪力的作用下，其抗力构成主要表现为胶结所产生的抗力、水膜吸力作用所产生的抗力以及嵌固摩擦作用所产生的抗力，而通过原状土重塑的扰动与浸水饱和等作用后原状土将会因胶结作用、土粒空间排列、水膜吸力作用表现出结构势的释放。

通过以上认识与分析，我们通过对原状黄土、饱和黄土和相同含水率与干密度的重塑黄土进行了三轴试验。

在试验中，通过它们的应力与应变之间的关系可以得到给定应变条件下，不同结构状态土在扰动、浸水与加压力的作用下的主应力差分别为(σ1-σ3)y、(σ1-σ3)r与(σ1-σ3)s，它们分别表示的是各种情况下黄土结构性的变化，其中(σ1-σ3)y主要表示的是天然沉积黄土在剪切过程中，基于结构性变化的条件下的主应力的差值；而(σ1-σ3)r与(σ1-σ3)s分别表示的是扰动重塑土样与浸水饱和土样的主应力差。

原状土的主应力差和重塑土的主应力差之间的比值与原状土的主应力差和饱和土的主应力差之间的比值相乘则可以反映出土粒的空间排列与粒间联结特征所反映的结构性。

结构性参数的计算式如下：
从上述的结构性参数表达式中可以看出，黄土的原始联结越强，那么其扰动重塑后的强度损失也就越大，黄土的结构性参数也就越大；而在浸水的作用力下，结构性的破坏越大，黄土的饱和原状情况下的强度损失也就越大，从而致使黄土的结构性参数也就越大。

根据上面的分析思想，我们利用三轴仪测出了原状黄土在扰动、加压力以及浸水等造成的变形情况下的结构性参数的变化规律。

如图(a)～(e)所示：
从上图中可以看出，mσ和ε1之间的曲线呈现出规律性排列，当0.0＜ε1＜1.0%时，曲线呈快速上升趋势；当1.0%＜ε1＜5.0%时曲线呈快速下降趋势；当
ε1＞5.0%时，曲线呈单调下降趋势，最后逐渐趋于1.0，而且所有曲线均在ε1=1.0%时达到峰值。

四、结束语
湿陷性黄土在我国的分布范围较广，当湿陷性黄土遇水出现变形时，土层及其上层建筑物均会受到相应的影响，将产生很大的变形，同时其承载力严重下降，严重影响上部结构安全，因此，为了避免湿陷性黄土在施工期间以及施工完成后出现严重的湿陷破坏，对湿陷性黄土的结构性分析是非常重要的。

通过本文分析，笔者对湿陷性黄土的组成及基本特征进行了初步探讨，并分析了湿陷性黄土的结构特性及其变形中结构性变化的规律，以供相应设计时进行参考。

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