2005-张茂华-岩土力学增_减_湿时黄土的湿陷系数曲线特征_张茂花

第26卷第9期 岩 土 力 学 V ol.26 No.9 2005年9月 Rock and Soil Mechanics Sep. 2005收稿日期：2004-04-08 修改稿收到日期：2004-08-02 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No. 598780401）。

作者简介：张茂花，女，1977年生，博士，讲师，主要从事岩土工程及智能混凝土方面的研究。

E-mail: zmh7716@文章编号：1000－7598－(2005) 09―1363―06增（　减）湿时黄土的湿陷系数曲线特征　张茂花1，谢永利2，刘保健2（1. 东北林业大学 土木工程学院, 哈尔滨 150040；2. 长安大学 公路学院，西安 710064）摘 要：分别采用单线法和双线法对原状3Q 黄土进行了增、减湿情况下的单轴压缩试验。

根据试验结果，总结出了黄土的湿陷变形随饱和度及压力变化的规律，分析了湿陷性黄土在增（减）湿过程中的湿陷变形性状及不同应力路径对黄土湿陷变形特性的影响，指出湿陷系数曲线因为试验方法的不同而表现出不同的规律性：初始含水量较低时，单线法的湿陷性大于双线法；当初始含水量达到某个值时，两者的湿陷系数曲线出现交叉现象；当初始含水量超过该值后，单线法的湿陷性小于双线法；这种交叉现象是由黄土本身的特殊结构性所决定的。

最后对湿陷系数与初始含水量的关系进行了探讨。

关 键 词：湿陷性黄土；增(减)湿变形；湿陷系数曲线；单线法；双线法；原状土；单轴压缩试验 中图分类号：TU 444 文件标识码：ACharacteristics of collapsibility coefficient curves of loessduring moistening and demoistening processZHANG Mao-hua 1, XIE Yong-li 2, LIU Bao-jian 2(1. School of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2. School of highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)Abstract: The behavior of undisturbed loess 3Q in the case of moistening or demoistening is investigated with single-line and double-line uniaxial compression test. According to the experimental results, the characteristics of collapsible deformation of loess changing with saturation level and pressure are presented. The collapsible deformation properties of loess during moistening or demoistening process and the influence of different stress-paths on collapse deformation characters of loess are analyzed. It is indicated that collapsibility coefficient curves can display different characteristics for different test method. The collapsibility of single-line method is larger than that of double-line method for lower initial moisture content, and is smaller than that of double-line method for higher initial moisture content. For certain value of initial moisture content in between, collapsibility coefficient curves of the two methods will intersect. This intersection phenomenon is caused by special structure of loess. Finally, the relation between collapsibility coefficient and initial moisture content is discussed.Key words: collapsible loess; moistening or demoistening deformation; collapsibility coefficient curves; single-line method; double- line method; undisturbed loess; uniaxial compression test1 引 言在我国西北地区和黄河中游地区覆盖着大面积的黄土。

黄土是一种第四纪沉积物，多分布在干旱、半干旱地区，由于特定的生成环境，使其具有一系列内部物质成分和外部形态特征，结构特性非常独特，具有以粉粒为主、欠压密、大孔隙、垂直节理发育、富含可溶盐等一系列特征，不同于同时期的其它沉积物[1～4]。

由于其独特的工程性质和结构特性，黄土具有不同程度的湿陷性。

因其直接关系到工程的造价和安危，所以一直是岩土工程界关注的重要课题。

但是，过去仅限于把狭义的充分浸水饱和后的湿陷变形作为湿陷性黄土的核心问题来研究[1,5]。

事实上，经常遇到的湿陷往往发生在沿土层达到不同增湿含水量的情况下，此时的湿陷量应是沿深度上不同增湿引起的湿陷变形总和，它远远小于一般意义上的湿陷量，即充分浸水条件下的湿陷量[6]。

湿陷变形只是增湿变形的一种特殊的、极端的情况，而增湿变形包括了黄土在压力作用下由于增湿所产生的全部变形性状，它的定义域要比湿陷变形广泛得多[1,7,8]，我们通常也称之为广义湿陷。

岩土力学2005年在实际工程中，对湿陷性黄土地基进行处理时，可以按增湿程度的不同对其进行局部处理或分层处理，这相对于按狭义的湿陷处理整个湿陷性黄土层来说，工程造价可以大大降低。

所以说，研究黄土的广义湿陷变形性状可以与实际情况紧密联系，对具体工程建设有一定的指导意义。

以往对黄土湿陷性的研究，采用的单轴压缩试验方法大都是双线法[9～11]，很少采用单线法进行研究。

由于双线法具有方法简便、工作量小、对比性强等优点，所以目前在我国仍被广泛使用，但在实际生产过程中，由于取样扰动、试验手段、计算方法等各种原因，用双线法得出的湿陷沉降量与实际情况有较大的出入，其试验结果并不能完全反映土体的真实受力状况[3, 4, 7, 12]，所以只用双线法试验研究所得出的规律性与湿陷性黄土的实际性状之间也将有一定的差异。

而单线法的受力状态和湿陷过程比较符合地基的实际情况，可直接测出湿陷系数[3]，因此被认为是比较可靠的湿陷性试验方法。

针对湿陷性黄土的研究现状以及研究中的不足，本文在广泛总结前人有关黄土湿陷变形研究成果的基础上，分别采用单线法和双线法对甘肃陇西原状3Q黄土进行了增、减湿情况下的单轴压缩试验研究。

根据试验结果的对比分析，总结出了黄土的湿陷变形随饱和度及压力变化的规律，分析了湿陷性黄土在增（减）湿过程中的湿陷变形性状及不同应力路径对黄土湿陷变形特性的影响，最后讨论了湿陷系数与初始含水量的关系。

2 试验研究2.1 试验用土的基本性质试验用的黄土取自甘肃定西土家湾隧道西侧，属于典型的陇西3Q黄土。

取土深度为1.3～1.8 m，土呈褐黄色，硬塑状态，天然含水量为 6.2 %～9.7 %，天然密度为1.35～1.413g/cm，天然孔隙比为 1.05～1.20，细根状大孔发育，有虫孔、细树根和草根、少量蜗牛壳和蚁穴，以及某些微小动物的尸体，土质不太均匀。

通过液塑限试验和颗粒分析试验测得该土的基本物性指标如表1所示，据此判定该土为级配良好的中液限粉土[13, 14]。

在天然含水量下，试验用土的孔隙比e>1.0，而且压缩系数21−a<0.5 MPa-1，所以该土为较疏松的中压缩性土；自重湿陷系数z sδ>0.015，为自重湿陷性黄土；在标准压力（200kPa）作用下，湿陷系数sδ>0.07，故为强烈湿陷性黄土[2]。

表1 试验用土的基本物性指标Table 1 Basic physical parameters of loess used in test塑限W P ／% 液限W L ／% 不均匀系数K u 曲率系数K c19 28.3 11 2.272.2 试验内容及方法本文分别用单线法和双线法对几组不同饱和度的土样进行了单轴压缩试验，通过对两种方法的试验结果进行对比分析，总结出了黄土增、减湿变形性状的相关规律。

因为试验用土的原始含水量较低，所以主要进行增湿试验。

环刀土样的增湿采用预湿法[15]，预湿后的试样放在保湿缸内静置的时间不少于24 h。

在试验过程中采用了有效而且不同于《土工试验规程》[13,14]的试样保湿措施[15]。

减湿采用烘干法。

考虑到荷重率对压缩变形规律的影响，以及实际工程的加荷速率，采用的加荷等级为：25，50，100，200，300，400，500，600，700，800 kPa。

双线法一共做了8组不同的饱和度，含水量的变化依次为0 %，7.42 %（天然含水量的平均值），11.95 %，15.1 %，18.58 %，22.57 %，27.2 %，31.28 %。

单线法仅做了前7组，因为在=w31.28 %时，土样已经接近饱和，再进行单线法湿陷试验已经没有实际意义。

3 不同初始含水量下湿陷系数曲线的比较图1、图2分别为不同初始含水量下双线法和单线法的湿陷系数与压力的关系曲线。

通过对比分析可以发现，无论是单线法还是双线法，随着初始含水量的增大，湿陷系数均有明显的下降，这表明黄土的湿陷性将随增湿而减小，随减湿而增大。

随着初始含水量的增大，湿陷量减少，曲线逐渐降低平缓，最后在初始含水量达到预湿饱和状态时，曲线趋近于横坐标轴。

峰值湿陷系数和峰值湿陷压力都将随着增湿而降低，随着减湿而增大。