原状黄土的结构性及其与变形特性关系研究
洛川剖面黄土的结构性及其力学特征研究
洛川剖面黄土的结构性及其力学特征研究一、研究背景黄土这种自然界的伟大创造，自古以来就以其独特的魅力和神奇的力量，让人们为之倾倒。
它既是大自然的馈赠，也是人类文明的摇篮。
然而随着社会的发展和人口的增长，黄土的生态环境正在遭受严重的破坏。
为了保护这片神奇的土地，我们有必要深入研究其结构性和力学特征，以便更好地利用和保护这一宝贵的资源。
洛川剖面位于陕西省洛川县境内，是黄土高原的一个重要剖面。
这里地势平坦，地貌类型丰富多样，黄土层厚薄不一，结构复杂多变。
因此对于洛川剖面黄土的结构性和力学特征的研究，具有很高的科学价值和实际意义。
在过去的几十年里，我国的黄土研究取得了显著的成果，为我们提供了丰富的理论依据和实践经验。
然而由于各种原因，我们在黄土领域的研究仍然存在一些不足之处。
例如对于黄土的微观结构和力学特性的研究还不够深入，对于黄土在不同环境条件下的变形规律和稳定性分析还有待完善。
因此开展洛川剖面黄土的结构性及其力学特征研究，对于提高我国黄土研究的水平，促进黄土资源的可持续利用具有重要的现实意义。
1. 黄土在人类历史和现代社会中的重要性；黄土这种看似普通却又无比重要的自然物质，自古以来就在人类的生活中扮演着重要角色。
它不仅是我们祖先生活的基础，也是我们现代社会的重要资源。
黄土的广泛分布和丰富储量，使其在农业、建筑、环保等领域都有着不可替代的作用。
然而黄土的特殊结构性和力学特征，使得它在人类历史和现代社会中的重要性更加凸显。
黄土不仅承载着我们的记忆，更是塑造了我们的文明。
从古代的长城、秦始皇兵马俑，到现代的高速公路、高楼大厦，黄土都在其中扮演着关键的角色。
每一块砖石、每一粒沙砾，都是黄土的结晶，都是历史的见证。
黄土的存在，让我们有了生活的依托，也让我们有了追求进步的动力。
黄土的力学特征也是其独特魅力的一部分，它的强度和稳定性，使得它能够在各种恶劣环境中屹立不倒。
无论是风吹雨打，还是地震洪水，黄土都能坚守自己的岗位，保护着我们的家园。
黄土的物理力学性质
黄土的物理力学性质§2-1 黄土的物理性质试验用黄土采用甘肃兰（州）海（石湾）高速公路工程现场扰动土，其物理性质主要由它的物理性质指标来体现，其物理性质指标主要有：孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。
由于黄土的生成与存在条件比较特殊，它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。
一般黄土中存在肉眼易见的孔隙，这些孔隙多为铅直圆孔，这类孔隙通称为大孔隙。
大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小，大孔隙多的黄土湿陷程度大；反之则小。
试验所用黄土的天然含水量很低，一般在10％以下。
含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。
黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量，而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。
黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。
为了得到该黄土的物理性质，我们根据《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）的要求，分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定，测定结果如表2-1所示。
一．主要成分分析组成黄土的矿物约有60种，其中轻矿物（d﹤0.005mm）含量占粗矿物（d ﹥0.005mm）总量的90%以上。
黄土中粘土矿物（d﹤0.005mm）以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用，显示出不同的亲水性，故粘土矿物的成分和比例，在某种程度上体现了黄土的湿陷性。
水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切，直接影响着黄土的工程性质。
水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。
易溶盐（氧化物，硫酸镁和碳酸钠）极易溶于水或与水发生作用。
它的含量直接影响到黄土的湿陷性。
中溶盐（石膏为主）的存在状态决定其与水的作用情况。
以固体结晶形态存在时，溶解性小，但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时，易溶解，在这种情况下，会对黄土的湿陷性有一定的影响。
难溶盐（碳酸钙为主）在黄土中既起骨架作用，又起胶结作用，这取决于其赋存的状态。
原状黄土的结构强度变形特性分析
特性相关 。 关键词 ： 原状黄土 ； 结构性 ； 强度 ； 三轴剪切试 验 中图分类号 ： ２３ Ｕ １ 文献标识码 ： Ａ
Hale Waihona Puke Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌＳ ｒ ｎ ｔ ｎ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ａ ｔＬｏ ｓ ａ ｙ ｉ ｆ Ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ｔ ｅ ｇ ｈ ａ ｄ Ｄｅ ｏ ｍ ｔ ｏ ｅ ｔｅ ｆ Ｉ ｔ ｃ ｅ ｓ ｏ
非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究
非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究原状土具有一定的结构性,主要以非饱和状态存在于自然界中。
与饱和土不同,非饱和土是由土粒(固相)、孔隙水(液相)、孔隙气(气相)和液-气交界面四相体系构成的。
这四相体系的变化是影响土结构性的内因,外因(如外力或吸湿)则是通过影响内因起作用的。
因此,原状土的力学性能要比室内重塑土的复杂得多。
若采用室内重塑土的试验结果去解决实际工程问题,则可能会造成安全隐患或不必要的经济浪费。
因此,在建立非饱和土本构模型中考虑土结构性的影响具有重要的理论意义和应用价值。
本文针对非饱和原状土开展了室内试验研究和理论研究工作,并取得了以下研究成果：(1)利用Fredlund SWCC压力仪对北京市平谷新城区不同深度处的原状粉质粘土进行了室内的土水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC)试验研究,并考察了土体初始孔隙比对土水特征曲线的影响。
最后采用Brooks&Corey给出的土水特征曲线方程对实验结果进行了拟合和分析。
分析结果表明：孔隙比对这种原状粉质粘土土水特征曲线的进气值sα和孔隙分布指数δ的影响比较大,而对残余含水量θr的影响相对较小；(2)分别给出了Assouline土水特征曲线方程中参数ζ和υ与土体孔隙率n之间的关系式,并利用已有实测数据对所提出的关系式进行了验证,结果表明：该关系式能够较好的反映参数随孔隙率增加或减少的变化规律；将所给出的关系式与Assouline (1998)所给出的土水特征曲线方程相结合,给出了七种不同土(包括原状粉质粘土)的预测结果和实测结果的对比,结果表明：本文所给出的方法对这七种土都能给出比较好的预测结果；(3)在Desai提出的扰动变量的基础上提出了适用于描述非饱和土结构性劣化的耦合扰动状态变量的概念,该扰动变量可表示为吸湿扰动变量和外力扰动变量的函数。
给出了耦合扰动变量的演化方程,方程中定义了新的结构性参数衰减指数α和峰值强度因子β。
K0结构性黄土的临界状态模型
Ａｕ ｇ． ２０１ ０
２１ ０ ０年 ８月
Ｋ０ 构性 黄土 的临界 状 态模 型 结
李俊 连 ， 仰 平 姚
（． 安 建 筑 科 技 大 学 土 木工 程 学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ；．机 械 工 业 勘 察 设计 研 究 院 ， 西 西 安 ７０ ４ ） １西 陕 １０ ５ ２ 陕 １０ ３
摘
要 ： 修 正 剑 桥 模 型 的 理 论 基 础 上 ， 入参 数 描 述 土 的 结 构 性 ， 立 在 引 建
结构性 黄土的临界 状态模型 ， 使
模 型 能 够 预 测 Ｋ０ 构 性 黄 土 的结 构性 及 其 他 基 本 特 性 ． 具 有 明 确 物 理 意 义 的结 构 性 参 数 通 过 分 析 Ｋｏ结 结 该
第４ ２卷
第４ 期
西 建 科 技 学 报（然 学 ） 安 筑 大 学 自 科 版
Ｊ Ｘｉ ｎ Ｕ ｎｖ ｏ ｃ ． ＆ Ｔｅ ｈ （ ａｕａ ＳｉｎｅＥ ｉｏ ） ． ｉ． ｆＡｒ ｈ ａ ｃ ． Ｎ ｔｒ１ ｃ ｃ ｄ ｉ ｅ ｔｎ
Ｖ ｏ ． Ｎｏ． １ ４２ ４
土的先期固结压力和结构性研究
先期固结压力指的是天然土层在地质历史过程中受到的最大的有效固结压力。
通常把土的先期固结压力来判断土长期受到的应力历史情况。
在不同应力历史的土层变形研究中土的先期固结压力值同样也被当作一个非常重要的计算参数来看待[在工程的设计和研究过程中先期固结压力指标都应该被充分考虑，使建筑物的设计情况更接近工程实际的情况,使工程设计图纸更加优化合理，这一指标对保证建筑物的安全具有重要的意义，同时也可以通过合理优化设计来降低工程成本。
所以准确确定先期固结压力是工程人员应该注意的问题。
1 先期固结压力理论1。
1 传统的先期固结压力理论把土体在其应力历史中荷载对土体的压缩变形作为研究基础是传统的先期固结压力理论的特征。
先期固结压力用 Pc 符号表示。
判断土体应力历史的时候先期固结压力被作为一个非常关键的指标。
地基沉降计算中受到先期固结压力值的影响非常的大。
我们所说的超固结比是指先期固结压力和当今的土层上面覆盖的土的自重应力的比，用 OCR 符号来表示，土的天然压密状态这个指标我们经常用超固结比这个指标来描述。
国内广泛分布南方红土、东北黄土状土、长江中下游下蜀土等粘土。
通过对这些广泛分布的具有地质特征的土进行的地质研究发现，以上各种土体的 Pc 值除了和土的应力历史紧密联系以外，它的大小还跟土的组成物质和结构特征有关系。
这些联系表现明显的土是老粘土。
粘性土体的结构特征和物质组成各具独特的性质，原因在于它们各自形成过程的不同,各自的地质经历以及形成的环境的不同,这些土体相对应的先期固结压力值也千差万别，而且对于同一种类型的土体的 Pc 值在地质剖面上的变化情况也比较显著。
本文主要就花岗岩残积红土、黄土状土和下蜀土的基本物理特性进行对比分析，通过对他们的形成环境、物质组成和结构特征进行比较分析，来分析哪些影响因素决定了先期固结压力值的大小。
期望通过研究使土的 Pc 值在建筑行业中得到有效运用。
（1）各类粘性土的组成和结构特点土的形成经历了漫长的沉淀,它的物理化学以及力学特性复杂而且多变。
土结构性变化对开挖边坡稳定性的影响分析
D 0.11 ，
(6) (7)
E e1 w e2 。
压，其余试验参数取值如表 1 所示。
2
结构性土的莫尔–库仑强度准则
其中， w ， pa 和 3c 分别表示含水率、大气压强和围 从式（2）建立的结构性参数可以看出，该结构 性参数实际上反映了土体含水率、固结围压以及剪切 变形之间的综合影响。其变化规律如图1～3所示。
摘
要：基于对结构性的研究和常规三轴试验，合理评价了土结构性变化规律，建立了考虑土体剪应力和球应力综合
影响的应力比结构性参数并提出适用表达式，分析了该结构性参数与强度参数之间的关系。在边坡开挖过程中，土体 结构性的变化将对土体强度参数产生影响，在此基础上，进行了考虑结构性变化的边坡开挖安全稳定性评价，同传统 的不考虑土体结构性边坡开挖的评价方法进行了分析对比，结果表明：结构性的变化对边坡开挖及其稳定性有较大影 响，当考虑土体结构性变化的影响时，边坡开挖后的安全系数小于不考虑结构性变化时的边坡开挖安全系数。 关键词：结构性参数；强度参数；边坡开挖稳定；强度折减法 中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2011)12–1938–05 作者简介：陈昌禄(1974– )，男，四川合江人，博士，从事黄土力学研究。E-mail: ccl@。
图 2 含水率为 8.5%时的结构性参数 Fig. 2 Structural parameters for water content of loess = 8.5%
(1)
m 为应力比结构性参数；q 和 p 分别表示广义
剪应力和球应力； (q/p )i 、 (q/p )r 和 (q/p )s 分别表示原 状土、重塑土和饱和土在剪切过程中的应力比； 为 应力比。 从式（1）可以看出，结构性参数 m 不仅考虑了 剪应力对土结构性的作用，同时也反映了球应力对结 构性的影响，是对应力结构性参数的继承和发展。 为方便应用，将应力比结构性参数 m 和广义剪 应变 s 之间的关系式整理如下：
真三轴条件下Q_2黄土强度及变形试验研究
土 的先期 固结压 力 、 时土 的 结 构 与其 力 学 行 为相 互 影
响 ～ 。
性 液压 囊 ， 与液 压体 变控 制器 连接 。试 样尺 寸为７ ０ 且 ． ｅ ｍ×７ ０ ｅ ×７ ０ ｅ 被 包 含 在 一 个 特 制 的橡 胶 膜 ． ｍ ． ｍ，
土也 是一 种结构 性 土 ， 构性 是 指 土 中颗 粒 或 土 颗 粒 结 集合 体 以及它们 之 间 的孔 隙大小 、 形状 、 列组 合及 联 排
结等 综合 特征 ， 由于颗粒 的特殊排 列 方式 和联 结特 性 ，
使 得 黄 土 具 有 各 向 异 性 特 征 。 黄 土 的 结 构 性 强 弱 也 与
变 变 化 规 律 。 研 究 表 明 ， 水 量 变 化 是 直接 影 响 Ｑ 含 原 状 黄 土 强 度 的 最 主 要 因 素 ， 体 强 度 随 含 水 量 增 加 迅 土
速降低 ； 当围 压 大 于 结 构 强 度 ｐ 时 ， 力 应 变 为硬 化 型 曲线 ， 之 ， 。 应 反 呈软 化 型 曲 线 ； 中主 应 力 参 数 ｂ 也 对 土 而 值
盖 之 间 ， 样 的 侧 面 对 应 的 有 两 组 梯 形 侧 压 腔 ， 置 柔 试 放
是 以粗颗 粒为 主体 骨 架 的架 空 结 构 ， 触 点 处 胶 结 物 接
形成 了较 强 的联 结 强 度 ， 得 黄 土 在低 含 水 率 时表 现 使 出较 高的 强度 ， 受 水强 烈影 响后 ， 度 明显降 低 。黄 但 强
遍含有 红 色 的土 壤 层 ， 层 致 密 ， 载 力 很 大 ’ 土 承 。近 年来 随着 国 民经 济 的 飞速 发 展 ， 土地 区工 程 建 设 规 黄
模 也 在 逐 年 扩 大 。 在 干 旱 半 干 旱 的 气 候 条 件 下 ， 土 黄
黄土的工程特性
黄土的工程特性本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March湿陷性黄土地基处理方法及其在工程中的应用王飞阳（华南理工大学土木与交通学院，广东省广州市510000 ）摘要：许多常用的地基处理的方法用于湿陷性黄土的地基处理。
基于对湿陷性黄土不同地基处理方法以及工程案例的分析，对多种复合地基进行了探究。
目前，多种复合地基应用于湿陷性黄土地基处理中区。
这里，主要探究了处理大厚湿陷性黄土复合地基处理方法，分别为预浸水法和强夯法复合地基、DDC法（孔内深层强夯工法）和增湿法复合地基。
最后得出结：预浸水法施工工期长、对周围环境扰动大；DDC法具有工期短、对周围环境扰动小，能有效消除湿陷性。
关键词：湿陷性黄土；复合地基；DDC法；增湿法；预浸水法中图分类号：TU444 文献标识码：B1 引言黄土作为一种多孔隙、弱胶结的第四纪沉积物。
而黄土的湿陷性主要是有黄土所具有的架空孔隙（主要为中孔隙）结构决定的，黄土的微观结构决定着黄土的渗透性和各种工程地质性质。
其失效形式主要有黄土地基湿陷、液化和震陷，黄土边坡的崩塌、坍塌、滑坡、坡面冲刷等。
2 湿陷性黄土一般性质综述颗粒成分黄土在我国分布面积相当的广泛，一般颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄、黄褐、棕黄色。
颗粒组成以粉粒为主，含量5272%，粒径大于的较少。
我国的黄土粒度成分自西北向东南，细粘土颗粒逐渐增多，较粗颗粒逐渐减少，黄土的不均匀系数 Cu的平均值在 612 之间。
颗粒特征结构基本单元一般由原始矿物颗粒和集合体组成，集合体包括一般的集粒和凝块两种：集粒包括带棱角或磨圆的粗颗粒、粘粒、微细碳酸盐胶结而成的集粒；凝块是由于集粒的碳酸钙被淋湿，集粒变软而成。
3 黄土的湿陷机理湿陷性黄土的结构性从力学性质来考虑, 湿陷性黄土的特性突出地表现在它的结构性、欠压密性和湿陷性三个方面。
土体的结构性
土体的结构性，是指土体颗粒和孔隙的性状和排列形式(或称组构)及颗粒之间的相互作用。
绝大多数天然土都有一定的结构性，软土由于特定的历史条件和矿物成分，同样具有结构性，其结构类型有着自身的特点。
这种结构性对土的工程性质有强烈的影响。
结构性软土具有结构强度。
因此，它呈脆性破坏，其破坏应变较小。
在工程中，结构性土地基往往会在缺乏预兆情况下，产生突然性破坏。
研究软土的结构性，从而对软土地区的结构物的设计、地基加固设计有着重要意义。
沈珠江认为土的结构性是影响土力学特性诸要素中一个最为重要的要素，被认为是“21世纪土力学的核心问题”。
本文主要从宏观力学试验出发，制作SEM 图像并对其进行分析、研究。
研究结构性原状软土变化特性，其主要研究成果有如下几点：（1）收集了珠江三角洲地区158个原状软土的物理力学指标数据，对指标的变化范围、变异性、指标间的相互关系和各指标的统计分布规律进行研究。
研究的结果表明：不同地方的软土的物理力学性质差异较大；各参数与含水量w、孔隙比e存在一定的关系；天然密度ρ、干密度ρd、液限wL、塑限wp、塑性指数Ip、无侧限抗压强度qu和灵敏度St服从正态分布；含水量、孔隙比和粘聚力C服从近似正态分布；饱和度Sr、比重Gs、渗透系数Kv、压缩系数a v1-2、压缩模量Es1-2和内摩擦角ф为非正态分布。
研究的结果对在软土工程有着重要意义。
（2）通过固结压缩试验，采用3种不同的方式对结构性原状土和重塑土的结构性参数、压缩特性进行研究。
结果显示结构性对软土压缩特性影响较大；结构性参数mp>1，当荷载较大时，mp≈1；原状土和重塑土的压缩系数在加载初期有较大的区别，随着荷载的增加，原状土的压缩系数逐渐趋于重塑土的压缩系数。
由SEM图片显示了土样压缩的变化过程。
（3）针对同一地段的50个原状土样的试验数据进行统计分析，得出孔隙比、含水量、密度、干密度是影响软土压缩特性的重要因素。
通过原状土和重塑土一维固结压缩试验，对固结系数、压缩系数、压缩模量进行分析，得出结构性对软土压缩特性有较大的影响。
黄土的工程特性
Vol.
No.
Month
Year
为5～15m。挤密法是指用沉管、冲击、夯扩、爆破 等方法成孔, 然后用填料, 如素土、灰土必要时用 水泥分层回填夯实的一种地基处理方法。这种方法 施工简便, 是一种效果好较经济的方法。
土薄层。该场地的湿陷性土层下限深度大于 30 m， 湿陷系数δs = 0.003～0.114，自重湿陷系数δzs = 0.003～0.085，自重湿陷量������������������ = 23.10～172.51 cm， 总湿陷量������������ = 52.2～213.8 cm， 为自重湿 陷性黄土场地，湿陷等级一般为IV 级。 根据上述提到的湿陷性黄土地基处理的方法 分析可得： (1) 全部消除基础以下黄土层湿陷性，这对 于湿陷性黄土土层厚度在15 m 以内时容易达到， 其常用方法有垫层法(处理深度1～3 m)、 强夯法(处 理深度3～12 m)、挤密法(处理深度5～15 m)。上 述案例湿陷性黄土厚度达30m，要完全消除黄土层 的湿陷性，显然常用黄土层地基处理方法均不能达 到要求。 （2）黄土浸水后，集粒粘结物的软化、溶解 及颗粒之间连接的软化、破坏, 使之削弱了土颗粒 连接的总强度, 使黄土颗粒分散化, 并在土中剪 应力的作用下, 滑落到土体中的大、中孔隙内, 使 土体结构急速崩溃, 造成湿陷。对此地基可以做预 浸水处理，降低深层黄土孔隙率，使得其消除湿陷 性。预浸水处理要求有足够的工期（整个过程持续 一年左右），足够的水源，且会对周围的建筑产生 较大的影响。在工程允许的情况下，可以做预浸水 处理，预浸水法只能处理6m以下的湿陷性黄土。浅 层湿陷性黄土可以采用垫层法、强夯法等地基处理 方法。 （3）此工程也可以考虑DDC法（孔内深层强夯 法）。由于黄土在干燥的情况下，其强度比较高， 因此为了达到强夯效果，可以采用增湿法。增湿法 要先进性钻孔， 控制水压来达到增湿的效果。 然后， 进行孔内深层强夯法。通过两种复合的方法能有效 的消除黄土的湿陷性，该方法所需工期较短，处理 效果显著。
黄土、黄土力学与黄土工程问题
黄土、黄土力学与黄土工程问题谢定义（西安理工大学）半个世纪来对黄土、黄土力学与黄土工程的研究使得人们的认识逐渐向黄土客观真实的规律相靠近，增强了人们用黄土力学的理论、观点和方法解决复杂黄土工程问题的思考面、可靠度和主动性。
但是在它基础上的进一步深化仍然是一个非常具有现实意义的问题。
下面仅就笔者接触到的一些主要材料，分别就黄土地质，黄土力学，黄土地基，黄土边坡和黄土洞室等几个方面的有关问题简要地考察一下半个世纪以来研究工作的一些基本结论。
1. 黄土地质（1）我国的黄土具有覆盖广（平原，丘陵，高原，山地），厚度大（低阶地5-10m，高阶地20，50-180，200m，兰州西津村400m），大面积连续（乌梢岭以东，太行山以西，长城以南，秦岭以北的黄河中游地区， 28万km2 ）和性质特殊（对水的特殊敏感性）等特点。
（2）从地质特征看，干旱、半干旱地区（北纬33°～47°）黄土以粉粒为主，欠压密、高孔隙、富含可溶性盐（加固凝聚力）以及垂直节理发育等特征。
（3）黄土的成因有风成因，水成因和多成因等不同的学说。
有一般认为，典型的、或原生的黄土主要是风成黄土；黄土状土或次生黄土多为其他成因的黄土（如冲积，洪积，坡积，湖泊沉积，冰水沉积，洪积－坡积，洪积－冲积，残积－坡积，冲积－坡积等）或是经过其它营力改造过的风成黄土。
（4）黄土在地貌上有高原类的塬（古地形平坦开阔处）、梁（长条形，长几公里到几十公里，顶宽几十米到几百米）、峁（园、椭圆形、丘陵）和河谷类的多级堆积阶地（宽广处）和基床阶地（狭窄处）。
（5）在中国黄土高原区，黄土对水的敏感性有由西北向东南逐渐减弱的趋势。
顺着这个方向，黄土的含水量由小到大，天然容重由低到高，粘粒含量由少到多，湿陷起始压力由小到大，黄土层厚度由厚到薄。
（6）对中国黄土按其基本特征可划分为陇西地区，陇东-陕北-晋西地区，关中地区，山西地区（汾河流域区，晋东南区），河南地区，冀鲁地区（河北区，山东区），北部边缘地区（宁陕区，河西走走廊区，内蒙中部-辽西区）及新疆地区等八个大区。
黄土的三轴剪切吸力变化特性与结构性的分析
配制 ５ 种不同含水率的原状样 ，分别是 １ ０ ％、１ ５ ％、１ ９ ． ６ ％、２ ６ ％、饱和样 ． 对含水率低于天然含水率 的土样采用 自然风干法制备 ，达到 目标含水率后 ，将其放入养护缸中养护数天 ，待试样 内部水分均匀后即 可进 行试 验 ．对含 水 率大于 天 然含水 率 的土样 制备 采 用水膜 转移 法 ．用滴定 管将 所需 加入 的水量 均 匀缓慢 的滴入试样表面 ，然后在保湿缸中养护数天，让水分均匀分布于试样内部 ．饱和样采用抽气饱和法制备 ． 将原状土碾碎过 ０ ． ５ ｍｍ筛 ，控制干密度和含水率 ，用压样器分层压实制备成重塑样 ．制好后的试样 在保湿缸 中静置 ２ ４ ｈ 后 ，即可进行试验 ． 试验所用仪器为应变控制式非饱和土三轴仪 （ 江苏溧阳永 昌工程试验仪器厂，Ｆ Ｓ Ｙ ３ ０型） ．试验前 ， 检查陶土板饱和度， 并确定陶土板传压的滞后时间（ 经试验陶土板在加压阶段滞后时间约为 １ ｍ ｉ ｎ 左右） ． 安
＿
第１ 期
蔡东艳 ，等 ：黄土 的三轴剪切 吸力变化特性 与结构性 的分析
７ ７
初始吸力稳定后 ，压力室 中注水 ，加压 固结，固结时排气不排水 ．固结围压分别取 ５ ０ ｋ Ｐ ａ 、１ ０ ０ ｋ Ｐ ａ 、 ２ ０ ０ ｋ Ｐ ａ 、３ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ．围压分级施加 ，每级压力 ５ ０ ｋ Ｐ ａ ，每级压力下体积变形稳定后施加下一级压力 ． 在 围压 下 固结稳 定后 ， 关 闭排气 排水 阀 门 ， 直 至 孔隙水 压 力和 孔 隙气压 力稳 定为 止 ， 然 后开 始剪切 ． 剪
黄 土 是 一种 典 型 的结 构性 土 ．人们 从 细观 考 察黄 土 的结构 虽 然对 认识 其成 因及结 构性 具 有 一 定 的作 用 ，但 是 ，由于 不能 定量 反 映黄土结 构 的力 学效应 ，使 其在 土 的变形 和强 度分析 中难 以应 用 ．也就 是说 ， 不能 综合表 征 黄土 结构性 在 排列 和胶 结两 方面 的指标 ，定量地 引入本构 关 系 的研 究ｕ Ｊ ．近 年来 ，人 们从 损
黄土路基
黄土地区路基1.黄土地区路基工程的特点黄土是指第四世纪以来在干旱和半干旱地区沉积的，以粉粒为主，富含钙质的粘性土，呈棕黄色、灰黄或黄褐色。
黄土覆盖世界大陆面积的12%左右，分布于温带沙漠外缘的半干旱地区、中纬度森林、荒漠草原地带，呈现断续分布。
中国黄土的分布面积，比世界上任何一个国家都大，而且黄土地形在中国发育得最为完善，规模也最为宏大。
中国西北的黄土高原是世界上规模最大的黄土高原；华北的黄土平原也是世界上规模最大的黄土平原。
中国黄土总面积达63．1万平方公里，占全国土地面积的6%。
黄土的工程特性：①、黄土的孔隙比一般为0.7~1.1，具有肉眼可见的大孔隙，并具有垂直节理，可保持天然垂直边坡；②、黄土的颗粒组成以粉粒为主，质地均匀，不含大于0.25mm颗粒；③、黄土含有10%~30%的碳酸钙，有的黄土中含有大量钙质结核；④、黄土天然含水率低，干燥时比较坚固，遇水容易崩解，剥蚀。
⑤、有些黄土具有湿陷性，受水浸湿后易溶盐的溶解破坏了土粒间的胶结作用，黏聚力减弱，在自重或外荷载作用下产生湿陷性沉陷。
⑥、黄土土质依据土的塑性指标进行分类。
当塑性指数不大于10时，应定为砂质黄土；当塑性指数大于10时，应定为黏性黄土。
黄土的时代及其工程性质由于黄土特有的性质和黄土类型复杂，黄土地区的路基工程具有以下特点：（1）黄土地貌有真独特的形态、形成所谓塬、梁、岇的地貌景观。
由于冲沟发育。
黄土地区山高谷深。
因此，黄土地区路基多高填深挖，工程数量浩大。
（2）黄土路堑边坡容易产生变形。
常见的变形有剥落、冲蚀、溜坍和崩塌，所以恰当的根据工点黄土类型和特性选择路堑边坡形式及边坡坡度是防止发生上述变形关键。
（3）黄土高路堤容易产生下沉，这一方面是由于黄土湿陷性造成的，另一方面也是由于黄土天然含水量小，难以达到要求的压实密度的缘故。
（4）黄土路堤边坡在雨水作用下容易产生冲蚀。
（5）由于黄土具有垂直节理、多孔隙及丰富的易溶盐，使黄土产生陷穴。
增(减)湿时黄土的压缩变形特性分析
摘
要： 分别采 用单线法和 双线法对原状 黄土进行 了增 、 湿情 况下的单轴压缩试验． 据试验结果 ， 减 根 总结 出了黄土的压缩
变形随饱和度 变化 的规律 ， 发现无论单线法还是双线法 ， 黄土的压缩性均 随增湿而提 高 ， 随减湿而降低 ． 由两种方法得 到的黄土 的压 缩性规律 虽然基本相 同， 但还存在一定差异 ： 初始含水量较低时 ， 单线法的压缩性小于双线法 ； 当初始含水量达到某个值 时， 两者 的压
沉积物 ， 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 ， 同 不 于同时期的其它沉积物【Ｊ ． ２黄土是我 国西北地 区的主 要区域性土质 ， 它的变形特性对建造于该地区的各种 建筑物 的稳定性和安全性具有十分重要的意义 ， 因此 受到岩土工程界 的广泛重视【 ２ Ｊ ． 对一般土来说 ， 在一定 的压力作用下 ， 其变形大 体有 ４ 种形式 ： 弹性变形、 压密变形 、 塑性变形 和蠕变
缩曲线表现 出交叉现 象； 当初始含 水量超过该值 时， 单线法的压缩性逐渐大于双线法． 这种现 象是 由黄土本 身的特殊 结构性所决定的． 对同一种黄土而言 ， 不论增（ ） 减 湿后试样的初始含水量如何 ， 采用的方法是否相 同， 浸水后 试样 的压缩性相 差不大周 ８ 表 １ 参 １ ． ， ， ２
可分为两类 ： 即一般欠压密土和有结构强度的欠压密 土 ． 土 就 是一 种 有 结 构 强度 的欠 压 密 土． 土 在沉 黄 黄
积过 程 中 的物 理化 学 因素 促使 颗 粒相 互 接 触 处产 生
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， 因此已经得到大家的认可嗍 、 ． 本文分别采用单线法和双线法对甘肃陇西原状 ９ 黄土进行 了增 、减湿情况下的单轴压缩试验． ， 通过 对试验结果进行对 比分析 ， 总结出了黄土增（ ） 减 湿过 程 中压缩变 形 的规律性 、
黄土力学与黄土工程
分布连续：
平原 ，丘陵，高原 ，山地 乌梢岭以东，太行山以西，长城以南，秦岭以北的黄河 中游地区， 28万平方公里
性质特殊：
黄土以粉粒为主，富含碳酸盐类，孔隙、垂直节理发 育，可以分为湿陷性和非湿陷性; 湿陷性黄土，一般地层新，埋深小，变化大，结构稳 定性差 ； 非湿陷性黄土，一般 地层老，埋深大，密 度高，结构稳定性好； 湿陷性黄土地区占50万平方公里（在黄土集中区的甘 肃中部，青海东部，宁夏南部，陕西北部、中部，山 西、河南西部45万平方公里中，湿陷性黄土约35万平 方公里）； 黄土的 湿陷性由西向东，由北向南 逐渐减小，最大 厚度30米，应视为特殊土类，研究它的水敏性变化规 律。
一般认为， Q1黄土，Q2黄土，Q3黄土，甚至早期的Q4黄土 黄土为原生黄土（或黄土），以风成为主（风积黄土），而 Q4黄土或Q4黄土的近期黄土为次生黄土（或类黄土，黄土状 土），以水成为主（冲积黄土、洪积黄土、坡积黄土）。
●黄土分类定名体系之二 以湿陷特性为基础的体系，如非湿陷性黄土，湿 陷性黄土；自重湿陷性黄土，非自重湿陷性黄土等 。
s
近年来，黄土力学的研究出现了◆由侧限 压缩到三轴压缩， ◆由常规三轴应力路径到 多种复杂应力路径， ◆由浸水湿陷量到湿陷 敏感性， ◆由狭义的浸水饱和湿陷到广义的 浸水增湿湿陷， ◆由单调的增湿变形到增湿 减湿、间歇性湿陷变形， ◆由增（减）湿路 径到增（减）湿路径与加（卸）荷路径的耦合， ◆由湿陷性到湿剪性以及由宏观特性分析到宏、 微观结合的力学特性分析等诸多方面的发展。
自重湿陷系数
zs
hz hz ' h0
保持天然湿度和结构的土样，在上覆土 层饱和自重压力下压缩稳定时的土样高度； hz ' 再浸水作用下压缩稳定后土样的高度； h0 土样的原始高度。
考虑细观结构变化的原状Q3黄土变形和强度特性
（ ｅ ｔｏ Ａ ｃ ｉ ｃｕｅ＆ Ｃｖｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｌ Ｕ， ｈ ｎ ｑｎ ０ １ ， ｈｎ ） Ｄ ｐ．ｆ ｒｈｔ ｔｒ ｅ ｉｉＥ ｇ ｅｉ ，Ｅ Ｃ ｏｇ ｉｇ４ Ｃ ｉ ｎ ｎ １ ３１ ａ
ｌ ｍｂ ｗｈ ｃ ｒ ｏ ｐ ｉｅ ｆｔ ｓ —ｔ ｃ ｕ ａ ｒ ｍｅｅ ｓ ｅ ｔｂｌｓ ｄ． ｏ ｉ ｈ ａｅ ｃ ｍ ｒｓ ｄ ｏ ｈｅ ｍｅ ｏ ｓｒ ｔ ｒ ｌｐａ ａ ｔｒ ｉ ｓａ ｉｈｅ ｕ
Ｋ ｙ ｏ ｄ ｕ ｓｔｒｔｄｏｉｉ ｌＱ ｏｓ ； Ｔ—ｔ ａ ｉ ｓ ｗ ｔ ｕ ｌａ ｉｇ ｃｎｉｉｇ ｐｅｓ ｒ ； ｓ—ｔ ｃ ｒｌ ａａ ｔｒ ｅ ｗ ｒ ｓ ｎａｕａ ｒ ｎ ３ｌｅｓ Ｃ ｅ ｇａ ｒ ｘａ ｔ ｔ ｉ ｎｏ ｄ ｏ ｆ ｎ ｒｓｕｅ ｍｅｏｓ ｔ ａ ｐ ｒ ｅ ； ｉ ｌｅ ｈ ｎ ｎ ｕ ｒ ｕ ｍｅ
关 键词 非饱 和原 状 Ｑ 黄 土 ；Ｔ一三轴 侧 向卸荷 试 验 ； Ｃ 细观 结 构参数 ； 力 一应 变关 应
系 ； 度 公 式 强
中图分 类号 ： ｕ４ １ Ｔ １
文献 标 志码 ： Ａ
Ｓｒｓ— ｒｉ ｅ ｔ ｎｈｐａ ｄＳｒｎ ｔ Ｆ ｒ ｕａｏ ｎａ ｒｔｄＯ ｉｉａ Ｑ ｏ ｓ ｗｔ ｅｏｓ ｕ ｔｒｌ ａａ ｔ ｔ ｓｓ ａ Ｒ ｌ ｉ ｓｉ ｎ ｔ ｇｈ ｏｍ ｌ ｆ ｓｔ ａ ｒ ｎｌ ３ ｅｓ ｉ Ｍ ｓ— ｒｃ ａ Ｐ ｒｍｅ ｒ ｅ ｔ ｎ ａｏ ｅ Ｕ ｕ ｅ ｇ Ｌ ｈ ｔ ｕ ｅ
ｓｒ ｓ —ｔａｎ ｒ ｌｔｏ ｓ ｉ ｓｒ ｎｇｈ ｆｒ ｕａ ｔｅ ｓｓｒ ｉ ｅａ ｉｎ ｈ ｐ； ｔｅ ｔ ｏ ｍ ｌ
土结构性及其定量化参数研究的新途径_谢定义
土结构性及其定量化参数研究的新途径＊Soil structure characteristics and new approach in research onits quantitative parameter谢定义 齐吉琳 (西安理工大学岩土工程研究所,西安,710048) (兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室,兰州,730000)文 摘 考察了当前对土结构性及其定量化指标研究的现状和方法,提出了一个既能反映结构性关于颗粒排列(即几何特征影响),又能反映结构性关于颗粒联结(即力学特征影响),并具有简便、明晰特点的结构性定量指标———综合结构势。
然后通过试验检验了这个定量化参数在表征结构性对土性影响方面的良好功能和合理性。
关键词 土的结构性,结构性定量化参数,试验检验中图法分类号 TU411.3作者简介 谢定义,男,1931年生,西安理工大学教授,岩土工程学科博士生导师,主要研究方向为土动力学和非饱和黄土力学。
Xie Dingyi(Xi′an University of technology,Xi′an,710048)Qi Jilin(State Key Laboratory of Frozen Soil Engineeri ng,Lanzhou Institute of Glaciology and Geocryology,CAS,730000)Abstract In thi s paper,the approach to study the soil structure quantitatively and the situation of the study are analyzed.A new structure parame-ter-comprehensive structure potential(CSP)w hich can demonstrate both the characteristics of the soil particle arrang ement(i.e.the geometric fea-ture of soil structure)and the soil particle linkage(i.e.the mechanic feature of soil structure)is proposed.This parameter is easy to be obtained and distinct in its mechani sm.It has been proved through a series of experiments that thi s parameter is not only efficient and reasonable to consider the influence of soil structure on its property,bu t also sensitive to the factors affecting the soil structu re.Key words soil structu re,structu re parameter,experiment verification1 前 言长期以来,土力学研究中表示土物理本质特性只用了粒度、密度和湿度3个方面的指标,而对一个已被公认为非常重要的方面,即土的结构性(构度),却缺乏明确而合理的综合性定量指标,从而给土性研究带来很大的不便和复杂化,在认识土性时,只能对土结构性从定性角度予以解释和描述。
第一章 土体变形特性与非线性本构关系
即所谓的三个应力不变量为。 如果用一般应力张量 σ ij 表示三个应力不变量，则写成：
应变：在应力作用下，单元体截面上发生面积和形状变化。以二维变形为例，直观地考察长 度和角度这两个形状基本要素的变化。
图 2.3 现在来看微线元 （假设初始长度为 dx）长短的相对变化：
3
可见，应变
几何意义为
方向上微线元的相对伸长。当
对于小变形时的非线性，一般会比较多地采用非线性弹性理论。然而，实际当中土体很 少会出现完全弹性的情况， 弹性理论只能在很小的一个应力空间内完全确定土的应力应变响 应，超过这个区域，就会出现塑性变形。一般认为土体只有在剪切变形 ε < ε 0 ≈ 10 时变形
−5
才是完全的弹性情况，图中的 1 区域。
q
qf
δ ——最大主应力方向与
沉积面法向的夹角
δ = 0o δ = 90o
ε1
δ
（a）应力－应变关系的变化 2.19 应力各向异性
（b）剪切强度的变化 固有各向异性
土体受到一定的应力发生变形后，也会改变颗粒空间位置的排列，从而造成土的空间 结构发生变化。 结构性的变化将影响后续加载的应力应变响应， 并使之不同于初始加载时的 应力应变响应，导致土体的变形特性具有应力各向异性（诱发各向异性） 。如图 2.20 是应力 ， 路径三轴试验的情况，首先按一定应力比将试样固结到 C 点（围压为 pc 如图中标注所示） 然后在应力状态为 C 的基础上，在 5 个方向上再施加相同的应力增量，结果表明，不同方 向上的应力增量引起的应变增量方向与所施加的应力增量方向并不相同， 并且应变增量之间 的大小也各不相同。 这说明由于不等向固结产生了各向异性， 导致了不同方向上的变形响应 不同， 只有当再加载比例与初始固结的应力比路径相同时， 应力增量与产生的应变增量才具 4） 有相同的方向（加载路径○ ，而其他方式的加载则情况完全不同。
低频循环荷载作用下结构性对软土变形的影响
加荷波形见图 １ 。图中①段为 等速加载 阶段 ； ③段 为等速卸 载
阶段 ； 、 ② ④段为恒 载阶段。 、 ｔ 。为循 环荷载的荷载 因子 ， 可
题须 同时考虑土整体的运动 惯性力 和孔 隙水相对 于土骨架 运 动 的惯性力 ， 而对于低频 循环荷 载下土 的 固结 变形 问题 ， 两 该 项惯性力均可忽略不计… 。低 频循环 荷载 是介于 动荷 载和 静 荷载之间的一种特殊 的加荷形式 ， 在其作 用下土体既有动荷 载 的累计变形效应 ， 又有静荷载作用下 的流变特性 。
软土 的最大应变量为 １ ．５ ； １ ３ ％ 当荷载 为 ２０ ｋ ａ时， ０ Ｐ 软土 的应
收 稿 日期 ：０ ９ ５ １ ２０ —０ — ３
１ ２ 低频 循环试 验方 案 ．
通过 常规固结试验 ， 到结构性软 黏土的压缩 曲线 ， 根 得 并
据文献 ［ ］ ２ 介绍的结 构屈服 强度 确定方 法 ， 出该软黏土 的结 测
下 和 单 调荷 载作 用 下 ， 构 性 的 变 化 特 征 不 同 ， 而 所 表 现 出 结 从 的软 黏 土 变形 特 性 不 同 。
图 １ 梯 形波 单 次 循 环 加 荷示 意 图
盈 一
以结构屈服强 度为基 准将梯 形波 中荷载 分别设 定为 ５ 、 Ｏ １０ｋ ａ和 ２０ｋ ａ ０ Ｐ ０ Ｐ 。试 验 中， 在匀速加 荷阶段 ， 将设 定 的时间
多 学 者 通 过 对 特定 的微 细 结 构 特 征 参 数 进 行 分 析 ， 释 软 黏 土 解
在 固结压缩过程 中其微结构 的变化特征 ， 没有将微观结构 的 但 变化和宏观中软黏土 的变形特性直接进行设 想和探讨 。此外 ， 软黏土受荷载情 况不 同 ， 结构 性的变化 特性也 不 同， 其 从而对 软黏土压缩变形特 性的影 响作用 不 同。在低频 循环荷 载作用
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原状黄土的结构性及其与变形特性关系研究
作者：陈存礼， 胡再强， 高鹏， CHEN Cun-li， HU Zai-qiang， GAO Peng
作者单位：陈存礼,胡再强,CHEN Cun-li,HU Zai-qiang(西安理工大学,岩土工程研究所,西安,710048)， 高鹏,GAO Peng(核工业工程勘察院,郑州,450022)
刊名：
岩土力学
英文刊名：ROCK AND SOIL MECHANICS
年，卷(期)：2006,27(11)
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引用本文格式：陈存礼.胡再强.高鹏.CHEN Cun-li.HU Zai-qiang.GAO Peng原状黄土的结构性及其与变形特性关系研究[期刊论文]-岩土力学 2006(11)。