不同时代黄土物理力学性质
晋北地区黄土湿陷系数与其物理力学性质的相关性分析
晋北地区黄土湿陷系数与其物理力学性质的相关性分析张光明【摘要】通过对晋北地区大量的黄土室内湿陷性试验数据进行分析,研究黄土湿陷系数与天然孔隙比、天然密度、天然含水量、压缩模量、塑性指数和液性指数6种常规物性参数之间的相关性,结果显示：黄土湿陷系数与天然孔隙比之间呈正相关关系；与天然密度、天然含水量、压缩模量、塑性指数和液性指数呈负相关关系；探讨不同湿陷强度黄土的天然孔隙比、天然密度、天然含水量及液性指数的分布规律,结果显示：该地区湿陷性黄土的天然孔隙比大于0.6,天然密度小于1.9 g/cm3,天然含水量小于22%,液性指数小于0.25。
%This paper studies the correlation between loess collapsibility coefficient and natural porosity ratio, natural density, natural water content, compressibility modulus, plastic index, liquidity index based on large amount of loess collapsibility experimental data in north region of shanxi. The study results show that there is positive correlation between loess collapsibility coefficient and natural porosity ratio. The correlations between loess collapsibility coefficient and natural density, natural water content, compressibility modulus, plastic index and liquidity index are negative. The studies of the natural porosity ratio, natural density, natural water content and liquidity index in loess of different collapsibility strength show that the natural porosity ratio of collapsible loess is more than 0. 6 , natural density is less than 1. 9 g/cm3 , natural water content is less than 22%, and its liquidity index is less than 0.25.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2016(060)010【总页数】5页(P36-39,40)【关键词】黄土;湿陷性;孔隙比;密度;含水量【作者】张光明【作者单位】铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142【正文语种】中文【中图分类】TU444黄土作为一种特殊土，具有直立性、大孔隙、湿陷性等特点，其湿陷性对铁路工程的危害性巨大，严重威胁铁路的运营安全。
论我国路基填筑常遇湿陷性黄土物理力学性质
论我国路基填筑常遇湿陷性黄土的物理力学性质摘要：我省地处黄土高原，经常在公路建设中遇到湿陷性黄土，必须进行特殊处理，本文结合工程实践，并参考了有关资料，对湿陷性黄土的物理力学性质进行了分析和论述。
主题词：湿陷性黄土路基填筑物理性质力学性质一．颗粒组成：颗粒是指那些岩石、矿物和非晶体化合物的零散碎片或碎屑。
颗粒本身既可以是矿物质的结晶构造，也可以是非结晶构造，如二氧化硅和氢氧化铁。
颗粒组成系指不同粒径的含量百分数。
我国一些主要它地区黄土的颗粒组成见表1-2由上表可见，我国它的颗粒主要为粉土颗粒，其含量占总量50%以上表中未将粗粉粒（0.01～0.05）和细粉粒（0.01～0.05）分别统计。
从有关资料看，细粉粒只占7%～9%,绝大部分是粗粉粒，其含量约为45%～65%。
不同地质时代的黄土，其颗粒组成也不同，第四世纪早期的黄土比晚期黄土的粘粒含量要高，而细砂（0.25～0.05）含量则较低。
一般认为：粒径＞0.02mm的颗粒完全没有胶结能力，0.005～0.02mm的颗粒基本没有胶结能力，0.002～0.005mm的颗粒为半胶结材料，＜0.002的胶粒、铁铝胶体、无定形硅酸盐和有机物遇水都是可塑性胶结材料。
中溶的硫酸钙和难溶的碳酸钙呈不连续的薄膜状结晶分布时，有细粒氧化钙、氧化镁都为半骨架半胶结材料。
易溶盐在通常含水状态下，大部分溶于水中，不起胶结作用，但对胶结物的老化有一定影响。
当含水量减少，一部分易溶盐从水中析出成为晶体，也能起一定的胶结作用。
二．土粒比重、天然容重土粒比重一般为2.51～2.84，平原地区的黄土大多数在2.62～2.76范围内。
比重的大小与土的颗粒组成有关，当粗粉粒和沙粒含量较多时，比重常在2.69以下；如粘粒含量多，则比重多在2.72以上。
它比重g与塑性指数ip统计关系表1-3ip g ip g17 2.722.73～2.74它天然容重的变化范围较大，一般为13.3～18.1 kn/m3,它不仅取决于克里的大小和含量的多少，海域土的含水量有关。
黄土工程地质所有内容
黄土是地球上分布十分广泛且性质十分特殊的一种沉积物。
•《禹贡》（3000年前）有黄壤记载•莱伊尔1834年提出loess一词•奥布鲁切夫把风尘直接堆积起来的叫黄土或原生黄土、真正的黄土或纯粹的黄土，把风尘经流水再搬运而新沉积的叫次生黄土、再积黄土、黄土状土或黄土状岩石•刘东生：以风力搬运堆积未经过次生扰动的、无层理的、黄色粉质、高含碳酸盐并具有大孔隙的土状沉积物（以山西、陕西、甘肃等地黄土为代表）➢张宗祜：1、黄色为主；2、结构疏松，孔隙率高（>45%)；3、以粉土颗粒为主，且常以粗粉砂颗粒为主；4、富含碳酸盐；5、具有湿陷性；6、容重较小，一般在1.5-1.6左右；7、成因可能为风成、洪积、坡积—洪积或坡积。
•可见，关于黄土的定义，可以说是中说纷纭，莫衷一是，仁者见仁，智者见智。
•我们将黄土分为两类，一类是狭义的黄土，即原生黄土，另一类是黄土状土•典型黄土是在干旱、半干旱气候条件下，形成于晚更新是和全新世的风尘堆积•典型黄土主要在末次冰期形成的，由于气候干旱寒冷，马兰黄土得以保存其典型特征。
全新世中期，由于气候比较暖湿，形成了黄土高原的黑垆土层（S0），他的性质比马兰黄土退化了很多，在黑垆土之上晚全新世的黄土，在工程上叫新近堆积黄土，具有特别强的湿陷性，保存了最多的风尘堆积特征•中更新世的黄土，上覆压力较大，气候比较湿润，成壤作用较强，架空孔隙多被破坏湿陷性很小或没有。
早更新世和新近纪的黄土已有相当成岩程度，也都是一般黄土，但这些一般黄土没有层理，不含杂质，所以他们不是黄土状土。
➢典型黄土特征•1、色淡灰黄；•2、以粉粒为主；•3、无层理；•4、性疏松、多大孔；•5、垂直节理发育，常形成垂直陡崖；•6、富含碳酸盐；•7、有湿陷性。
➢黄土状土•与黄土相似，但具有两个重要特征与黄土相区别•1、层理明显；•2、成分较杂，常夹有粘土、砂层和砾石层等；•这两个特征都是流水作业或静水条件下沉积的特征，所以黄土状土就和次生黄土或再生黄土成为同意语•我国地质学发展史分为两大阶段：古代阶段；现代阶段，后者可分为：•1、萌芽期（1840-1910年）指鸦片战争到辛亥革命这一时期•（莱伊尔、李希霍芬、奥布鲁切夫、维里士等）•2、草创时期（1911-1921年）；从辛亥革命到中国地质学会成立•邝荣光的三张地图首次把黄土作为一个地层单元•3、成长时期（1922-1936年）从辛亥革命成立到抗日战争爆发•我国学者开始注意黄土的研究，如李学清等•4、动荡时期（1937-1949年）从抗日战争爆发到新中国成立•少数日本人进行研究•5、发展时期（1949年至今）目前，黄土工程地质已发展到一定程度，有众多通论及专论进行专门研究：•黄土地貌•黄土地层•黄土的物质成分•黄土的结构构造•黄土的物理性质•黄土的力学性质•黄土的湿陷性与震陷性•黄土力学•黄土边坡•黄土硐室•黄土地质环境等世界上的黄土主要分布在北半球的中纬度干旱及半干旱地带，南半球除南美洲一些国家和新西兰等外，其它地带很少有黄土分布➢我国是世界上黄土分布最广，地层最全，厚度最大的国家➢主要分布在北纬34°～41°、东经103°～114°的范围➢分布在秦岭、祁连山、昆仑山以北由新疆经甘肃、陕西、山西、河南西部、辽宁西部以致松辽平原，呈向南突出的弧形，包围在辽西、内蒙和甘肃的沙漠和内蒙的戈壁外围。
黄土特性
黄土特性黄土或黄土状土是一种多孔隙、弱胶结的第四纪沉积物。
我国黄土分布广范,6.6%的国土面积被黄土覆盖,黄土主要分布在我国中西部地区,其中以西北地区的黄土地层最厚,最完整。
黄土具有颜色淡黄至褐黄、大孔隙、结构疏松、具直立节理(破坏时能保持直壁)、常含有盐类(主要为碳酸盐与硫酸盐)、成分均匀无层理和遇水具有湿陷性等显著特点。
3.1.1典型物理化学性质黄土的颗粒粒径大部分为0.25~以下,主要以粉粒(0.05~0.005~)为主,含量多大于50%,一般土颗粒粒径大小在0.002一200~之间。
黄土的粘粒部分(<0.005~)基本上由粘土矿物组成,如蒙脱石、高岭石、绿高岭石和水云母。
根据粘土矿物的含量百分比,可将黄土分为蒙脱石黄土、蒙脱石一高岭石黄土和蒙脱石一水云母黄土。
粘土矿物成分和比例在某种程度上体现着黄土的湿陷性,因为各种粘土矿物的亲水性不同。
如高岭石和水云母等能促使黄土湿陷的发生与发展,而蒙脱石、绿高岭石和水云母等具有特殊的膨胀性,可以阻止湿陷过程的发展。
黄土粉细砂粒部分(0.1一0.05~),其矿物同水不起作用,不影响湿陷过程。
在粗粒造岩矿物中,石英、长石和碳酸盐含量较大,对湿陷性无重大影响,而细散粘粒对湿陷过程起重大积极作用,因其具有大的比表面积,会使黄土膨胀、收缩或湿陷,具有不同的力学性质,如压缩、强度等。
粉粒在黄土颗粒组成中占绝对优势,而粒径为0.05~0.01~粗粉粒含量最大,一般在50%~60%范围,其浸水活动性也最强。
因此有人认为粉粒含量>70%者为重粉质黄土,50%一70%者为中粉质黄土,<50%者为轻粉质黄土。
随着浸水,其团粒破坏特征亦不同,所表现的湿陷性亦不同。
主要成分:黄土中轻矿物含量占矿物总含量的90%一%%,主要由石英、长石和云母等组成;黄土中的重矿物含量较少,含量在4%~10%之间;黄土的物理力学性质主要由粘土矿物(伊犁石)的多少来决定。
而一般土中的粘土与粗矿物成分所占的比例并无规律,或大或小。
黄土的湿陷性
黄土的湿陷性黄土是中国古老的土壤形态，也是一种质量较高的土质。
它具有良好的工程性能和物理力学性质，并具有良好的湿陷性和胶结强度。
黄土的湿陷性是指它对水的吸收量、饱和度和水的渗透率。
从理论上讲，它的湿陷性取决于其粒度、纹理、可塑性和含水率的不同，这些性质都是由它的组成物质决定的。
黄土具有良好的湿陷性，主要取决于它的碎石含量。
较小的碎石能减少其含水量，使它更容易湿陷；而较大的碎石则能提高其含水量，减少它的湿陷性。
此外，纹理也会影响黄土的湿陷性，例如晶粒细小的土壤具有较高的湿陷性，而粗粒细小的土壤则具有较低的湿陷性。
另外，黄土的可塑性也会影响湿陷性。
可塑性较低的土壤结构更完整，湿陷性较强；可塑性较高的土壤具有较差的结构，湿陷性较低。
此外，含水率也是影响黄土的湿陷性的参数，黄土的含水率越高，它的湿陷性就越强；黄土的含水率越低，它的湿陷性就越弱。
由于黄土的湿陷性的复杂性，需要通过实验和统计学推断，以确定其不同组成物质和不同粒级结构对湿陷特性的影响。
然而，这些实验需要涉及较大的研究领域，且结果可能存在偏差，因此在进行实验之前，必须了解土壤结构和参数。
通过理解黄土的湿陷性，可以用来设计和优化基础和地基的结构，以最大限度地提高其稳定性，特别是在黄土地区常见的湿润环境中。
黄土的湿陷性对于许多领域都有重要的实际意义，它不仅可以用于基础和地基的设计，还可以应用于农业、水利和污水处理等领域。
深入研究其影响因子，研究它们对黄土湿陷性的影响，可以有效地提高土壤的湿陷性，提供良好的工程性能。
《黄土的湿陷性》是一个广泛存在的问题，考虑到其复杂的结构和性能，必须通过实验和统计学推断来研究这一问题。
为了最大限度地提高湿土的稳定性，必须全面了解黄土的湿陷性，研究其影响参数和结构，以有效地改善黄土的性能。
岩石物理力学性质一览表
15~30
10~50
45~60
安山岩
2.3~2.7
1.1~4.5
0.3~4.5
0.81~0.91
8.3~12.0（具裂隙岩体）
100~250
10~20
10~40
45~50
玄武岩
2.5~3.1
0.5~7.2
0.3~2.8
0.3~0.95
83
180~300
15~36
10~50
50~55
注：未注明为岩体的数据，均为岩石试验数据。
0.1~0.2
0.53~0.69（绿泥石片岩）
44~72
10~100
1~10
1~20
26~65
千枚岩
0.4~3.6
0.5~1.8
0.67~0.96
10（石英千枚岩）
10~100
1~10
1~20
26~65
板岩
2.3~2.75
0.45左右
0.1~0.3
5.0（新鲜岩体）
60~200
7~15
2~20
45~60
岩土物理力学性质各项指标土类土类岩石密度gcm326527土粒密度液限塑限塑性指数变形模量mpa2040孔隙比抗拉强度内聚力c摩擦角备注碎石堆积类土0406一般假定0一般假定03642黄土类土干131523331520813新黄土具有湿陷性0811003006老0010033新1525老178284新含水率1025粘性土1820523551630725412压缩模量07100005006826含水率2040岩类岩类岩石密度gcm3孔隙率吸水率软化系数变形模量103mpa抗压强度抗拉强度内聚力c摩擦角泥岩003037粘土岩20759干粘土岩001004009粘土岩320231530粘土岩1530页岩23262041000532024074162010100123199干板岩210泥板岩232801050103039052粉砂岩10320071713寒武54震旦8402959石英砂岩262715458681025193075825似内摩擦角摩擦系数054寒武049震旦3550砂岩22271162800290065097174120200425砾岩24026608100032405009667162新鲜岩体1326新鲜岩体101502158503550泥灰岩2327101000530044054352040605020003142842520032新鲜岩体37新鲜岩体灰岩23277160520144507094353910503550白云岩2127032500130053069绿泥石片岩673280250152520503550片岩26929200218501024472101001101202665千枚岩0436051806709610石英千枚岩50新鲜岩体101001101202665板岩23275045左右0103602007152204560大理岩262701600110496770140204049裂隙较发育岩体1050145052裂隙较发育岩体50604560石英岩花岗岩242823280187054001150140094096072097657030371585具裂隙岩体83120具裂隙岩体1503501002501530725闪长岩252296025003500608100250102510505355辉长岩流纹岩25529825330340054018030018030015361530105010
11-4.3-2 黄土的工程性质
3.3.1 黄土
（7）黄土的湿陷性 天然黄土在一定压力的作用下，受水 浸湿后土结构受到破坏而发生的下沉现象， 称为黄土湿陷。湿陷性是黄土独有）黄土的含水量
黄土的天然含水量一般为1~38.6%，有的干燥地区则 为1~12%，天然含水量低的黄土常为湿陷性较强的黄土。 一般认为，含水量超过25%时就不再具有湿陷性了。
3.3.1 黄土 （4）黄土的透水性
黄土的透水性比一般粘性土大，这是因为其垂直节 理及大孔隙较为发育，其垂直方向的透水性大于水平方 向，有时可达十余倍。根据野外注水试验，黄土的渗透 系数一般为0.8～1.0m/昼夜，有时更大。
3.3.1 黄土
3．黄土的工程性质
由于黄土在成因、结构、构造、粒度成分 和矿物成分上的特殊性，因此其物理性质、水 理性质、力学性质等也有相应的特殊性。
3.3.1 黄土 （1）黄土的粒度成分：
前 面 提 到 黄 土 的 粒 度 成 分 以 粉 粒 为 主 ， 约 占 60%~70%，其次是砂粒和粘粒，各占1%~29%和8%~26%。 在黄土分布地区，由西北向东南，砂粒减少，粘粒增多。
（5）黄土的压缩性
黄 土 的 压 缩 性 中 等 ， 压 缩 系 数 一 般 变 化 于 0 . 1 ～ 0.4MPa-1之间。年代越老黄土的压缩性越小，只有新近堆 积的黄土是高压缩性的。
（6）黄土的抗剪强度
一般黄土的内摩擦角j =15°～25°，粘聚力c=30～ 40kPa，我国北部地区黄土的内摩擦角j =27°～28°。
3.3.1 黄土
（2）黄土的比重和密度
黄土的比重一般在2.54～2.84之间，与黄土的矿物成 分的含量有关系，砂粒含量高的比重一般小于2.69，粘 粒含量高的一般比重大于2.72。
黄土的工程特性
黄土的酸碱特征
• 黄土的酸碱特征以水土比为1:5的悬液PH值表示， PH值取决于粘粒所吸附的离子类型和黄土所含的 可溶盐成分。黄土的PH值在6.0-9.2之间，平均7.8， 大多数在7.5以下，一般干旱地区PH值大，湿润地 区PH值小。 PH值高的湿陷性强。
离子交换
黏土矿物和有机质是黄土中胶体颗粒的组成部分， 胶体物质都有离子交换的特征，胶体表面吸附着一 定量的阳离子，由于胶粒表面电荷不平衡便引起交 换现象。 黄土中的阳离子交换量随矿物类型、含量和有机 物含量不同而不同，交换量定义为介质PH值等于7 时，每100g土样中所吸附阳离子的当量数。黄土的 阳离子交换量为8.1-27.61毫克当量每100g土，主要 矿物为伊利石。
有机质
黄土中有机质含量在0.02-2%之间，平均0.64%， 在各级粒组中的含量随粒径减小而增多。有机物持 水性强，表面能大，常能于二价钙离子结合而产生 凝聚现象，多凝聚在大孔壁上，也有分散于粘粒中， 当呈分散分布时，则成为土中的胶结成分，受水浸 湿时会吸收大量水分而崩解。
黄土的力学性质
• 湿陷性黄土的力学性质包括： 压缩性 湿陷性 抗剪强度 透水性
s
非湿陷性黄土
轻微湿陷性黄土 中等湿陷性黄土
强湿陷性黄土
• 黄土的性质 物理性质
化学性质
力学性质
黄土由固、液、气三相组成，由以下指表示黄土的物理性质： 颗粒组成，土粒比重，含水量，重度，孔隙比，饱和度，液限， 塑性指数 1、颗粒组成：以粉粒为主，细粉粒（0.005~0.01mm）占7~9%， 粗粉粒（0.01~0.05mm）占45~65%。 2、土的比重和天然重度
黄土 的工程特性
（特殊性土的工程地质特征） 基础工程
摘要
• • • • • 一、黄土的概念 二、黄土的特性 三、黄土的成因及分类 四、黄土的湿陷性判别 五、湿陷性黄土的性质 物理性质 化学性质 力学性质
中国黄土的结构特征及物理力学性质PPT模板
第二章黄土地貌
第一节黄土地貌的基本概念与研究概况
1
一、地貌与黄土地貌的含义
2
二、黄土地貌研究的意义
3
三、黄土地貌研究历史
4
四、黄土地貌的研究内容
第二章黄土地貌
第二节黄土地貌的形成条件
0 1 一、黄土地貌形成的气候条件 0 2 二、黄土地貌形成的构造条件 0 3 三、黄土的岩石性质对黄土地貌的影
响
第二节黄土和冲积黄土状土的微结构特征及其物理力学性质比较
第七章结论
第七章结论
参考文献
参考文献
图版
图版
感谢聆听
2020
中国黄土的结构特征及物理 力学性质
演讲人 202X-11-11
目录
目录
第一章绪论
第一章绪论
第一节黄土的含义及分类 第二节黄土的成因问题
一、风成说 二、水成说 三、土壤（残积）说 四、多成因说
第二章黄土地貌
第二章黄土地貌
第一节黄土地貌的基本概念与研究概况 第二节黄土地貌的形成条件 第三节黄土地貌的划分原则与类型 第四节黄土高原地貌的发育历史及其成因组合分析
二、光性方 位粘土
四、黄土的 成土类型
第四章黄土的 显微结构特征
第四节黄土的显微结构类 型
A
一、黄土的显微 结构类型
二、黄土显微结构 类型在区域上的分
布特征
B
第五章黄土的物理力学性质与 湿陷性
第五章黄土的物理力学性质与湿陷性
第一节历史与现
01 状的概略
第二节黄上的物
02 理力学性质
一、黄土的物理性质 二、黄土的力学性质
第四章黄土的显微结构特征
第一节碎屑颗粒的结构
二、黄土骨 架颗粒的形 态
浅谈大同地区饱和黄土的工程特性
浅谈大同地区饱和黄土的工程特性摘要：本文根据实际勘察成果总结了大同地区饱和黄土的工程特性。
回归了承载力与单轴抗压强度的相关方程。
关键词：饱和黄土工程特性一、饱和黄土的地质构成大同地区饱和黄土是指赋存于大同市周围河流阶地上，厚度一般为3～7m，地层主要为第四系上更新统及第四系全新统，成因为冲积层。
外观特征，一般为黄色、褐黄色，大孔隙明显，随深度加深孔隙变小。
含有云母及钙质菌丝，触变性强，灵敏度高。
保持原状结构时，能维持其原有形状，一经扰动，多呈流塑状态。
二、饱和黄土的物理力学性质（一）颗粒组成黄土的颗粒组成主要是粉粒（0.05～0.005mm），一般占总量的50％以上。
大同地区黄土颗粒组成是>0.05mm占20％，0.05～0.005mm占60％，<0.005mm占20％。
（二）物理指标大同地区的饱和黄土的天然含水量W=25～29％，天然容重γ=18.2～19.2kN/m3，饱和度Sr=80～95％，天然孔隙比e=0.80～1.10，液限WL=22～27％，液性指数IL=0.96～1.1。
(三)力学性质笔者从对饱和黄土力学指标统计可知，大同地区的饱和黄土的压缩系数α1～2=0.25～0.32MPa-1，压缩模量ES=3.0～6.3MPa，单轴抗压强度qu=21～50kPa，粘聚力c=7～10kPa。
三、饱和黄土的工程特性饱和黄土虽然具有某些软土的特征，但与沿海、湖泊等软土的性质有着显著的区别，仅就饱和黄土的工程特性归纳如下：（一）灵敏度土的结构强度是反映黄土特性的一项综合指标，而构成结构强度的主要因素为土的固化凝聚力，用单轴抗压强度qu来表示土的结构强度，而用灵敏度St值来反映固化凝聚力的丧失程度的话，大同地区饱和黄土的单轴抗压强度qu=21～50kPa，灵敏度St=6.1～7.3，由指标可见该区饱和黄土的特性。
（二）塑性状态大同地区饱和黄土的液性指数IL值大多在1以上，属流塑状态。
反映土的塑性状态的液性指数值，是一个有条件性的土质指标。
黄土的内摩擦角和粘聚力
黄土的内摩擦角和粘聚力
黄土是一种常见的土壤类型，具有特殊的物理性质，其中包括内摩擦角和粘聚力。
本文将从黄土的内摩擦角和粘聚力的概念、影响因素、地质工程中的应用等方面进行介绍。
让我们先来了解一下黄土的内摩擦角和粘聚力的概念。
内摩擦角是指土壤颗粒之间因摩擦而产生的阻力角度，是衡量土壤抗剪强度的重要参数之一。
粘聚力则是土壤颗粒之间由于颗粒间的吸附作用而产生的结合力。
黄土的内摩擦角和粘聚力受多种因素的影响。
首先是黄土的颗粒组成和颗粒大小。
黄土颗粒较细，颗粒间的接触面积大，因此具有较大的内摩擦角和粘聚力。
其次是黄土的含水量。
当黄土含水量增加时，水分填充颗粒间隙，使黄土颗粒间的接触面积减小，从而导致内摩擦角和粘聚力的减小。
此外，黄土的固结状态也会影响内摩擦角和粘聚力的大小。
在地质工程中，黄土的内摩擦角和粘聚力的特性对工程设计和施工具有重要影响。
首先，在土壤力学计算中，需要准确确定黄土的内摩擦角和粘聚力，以确保工程的稳定性和安全性。
其次，在土方开挖和填筑工程中，了解黄土的内摩擦角和粘聚力可以帮助工程师选择合适的施工方法和措施，以降低工程风险。
此外，在黄土地区的地基处理中，合理利用黄土的内摩擦角和粘聚力特性，可以减少地基沉降和变形，提高地基的承载力和稳定性。
总结一下，黄土的内摩擦角和粘聚力是黄土特有的物理性质，受颗粒组成、颗粒大小、含水量和固结状态等因素的影响。
在地质工程中，了解黄土的内摩擦角和粘聚力对工程设计和施工具有重要影响。
因此，我们需要对黄土的内摩擦角和粘聚力进行详细的研究和实验，以确保工程的稳定性和安全性。
工程地质-湿陷性黄土的工程性质
一、湿陷性黄土的成因及主要特征
该假说将物质来源、堆积方式、黄土的形成以及演化看做是 一个统一的过程。划分成因类型的主要标志是地质因素。根据之一 原则，将我国黄土划分为十种类型：冲积、洪积、坡积、风积、冰 水沉积、湖积、洪积－坡积、冲积－洪积、残积－坡积、冲积－坡 积。河谷平原类型内的黄土状土的成因主要是冲积类型。
午城黄土
由于我国各地黄土堆积环境、地理、地质和气候条件不同，致使其 在堆积厚度、土的物理、力学性质等方面都有明显的差别，如湿陷性具有 自西向东，自北向南逐渐减弱的规律。
二、湿陷性黄土的基本性质－物理性质
1. 湿陷性黄土的物理性质 黄土是由固、液、气三相组成的，其三相组成间重量和体积的 比例关系，可以反映出一系列物理性质，这些性质常用以下一系列 指标表示：颗粒组成，土粒比重，含水量，重度，孔隙比，饱和度， 液限，塑性指数。 • 颗粒组成 土的颗粒是指那些岩石、矿物和非晶体化合物的零散碎片或碎 屑。颗粒本身可以是矿物的结晶构造，也可以是非结晶构造，如二 氧化硅和氢氧化铁。不同地质时代的黄土，其颗粒组成不同，第四 纪早期的黄土比晚期黄土中的粘粒含量高，而砂含量则低。 湿陷性黄土以粉粒为主，含量达60%以上，其中细粉粒(0.050.01mm)占7-9%，粗粉粒(0.01-0.005mm)占45-65%。我国由西北向 东南方向，砂粒减少而粘粒增多，这与我国湿陷性黄土由西北向东 南递减的趋势大体相关。
一、湿陷性黄土的成因及主要特征
一、湿陷性黄土的成因及主要特征
• 我国黄土地层的化分
地质时代 全新世 Ｑ4 早期Q41 晚更新世 Ｑ3 中更新世 Ｑ2 早更新世 Ｑ1 近期Q42
地层名称 新近堆积黄 土 新 黄 土 马兰黄土
说明 一般有湿陷性、高压 缩性
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。
黄土的物理性质表2-1一．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。
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。
黄土的物理性质表2-1一．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。
黄土物理力学性质指标的变异性及相关性分析
变异性和相关性 ， 提出 了相 应的回归方程 ， 为解决有关该地 区黄土的土工问题作参考。
关键词 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ４ ４ ４
０引 言
理力学性质的研 究亦随之增强。黄土是在干旱、半干旱气候
条件 下形 成 的 一种 特 殊 土 ，有 其 它 域 和 物理 力学 性 质 的特 殊
Ｉ 物理指标 回归方程 相关系数
土样资料来源于西安市某地铁车站勘察报 告土工试验 结
果报 告 。
１ ． １ 土样来源 土样分布在 ｌ ６个钻孔中的新黄土 （ Ｑ３ ｃ ｏ ‘ ） 层 中。本层黄 土 呈褐黄色 ， 大孔 、 虫孔发育 ， 见少量 白色钙 质条纹及蜗牛壳碎
１ ｗ Ｔ
系数一般 小于 力学指标的变异系数。液 限、 塑限、 含水率 、 容
重的变异系数较小 ， 粘聚力 、 压缩系数、 塑限、 孔隙 比的变异系 数较大； 其中， 容重的变异系数最小 ， 粘聚力的变异系数最大 。 （ ２ ）对物理指标 间的相关性分析表明： 容重和压缩系数、
如ｘ ， ， ， ……， ｘ ｎ为实验值， 则平均值 ＝ ÷∑ ， 标准
参考文献
【 １ 】 陈希哲主编． 《 土力学及地基基础》 ， 清华大学 出版社， ２ ０ ０ ４ 年 【 ２ 】 汪荣鑫． 《 数理统计》 。 西安交通大学 出版杜， １ ９ ８ ６ 年 【 ３ 】 赖天文， 何斌． 黄土物理力学性质指标的变异性及相关性分析． 兰州铁道学 院学报 ２ ０ ０ ３ ， ２ ２ （ ６ ） ： １ １ ０ － １ １ ２ ．
聚 力做 三轴 压 缩 实 验 ， 室 内实 验共 成 功 获 得 ２ ５ 组 物 理 力 学性 了西安市某地铁车站的黄土物理力学性质 。由此可 以得出： （ １ ） 对物 理力学指标 的变异性分析表 明： 物理指标的变异 质参数。 ２黄土的物理力学指标 的变异性及相关性分析 ２ ． １变异性分析及 结果
黄土特性及处理方法研究
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黄 土的湿陷性
黄土 湿 陷性 问题 ，一直 是黄 土地 区典 型 的工 程 地 质 问题 。湿陷是 黄土在 荷载作 用下浸水 时所产 生 的附 加 下沉变 形 ，研究证 明黄土 的湿 陷是 由本 身独特 的结构 造 成 的 ，外荷 和水是 导致 黄上 湿陷 的外 因。
３．１湿 陷性 影响 因素 影响 黄土 湿 陷性 的 因素很 多 ，其 中主 要 的影 响 因 素有 ：含 水性 、孔 隙性 、物 质成份 及显微 结构 特征 。黄 土 的物理 指标 中能反映 上述 因素 的指标 （含 水量 、干 密 度 、孔 隙 比等 ）与黄 土 的湿 陷性之 间必 然 存在 着关 联 。 为 了研究 黄土各物性 指标 对黄土湿 陷性 的影 响 ，对 各 因 素 与湿陷 系数 进行 了多重 相关分析 ，结果如 下表 ３．１：
ｒｕＪ东粗粉粒逐 渐减 少 ，粘 粒逐渐增加 的趋 势 ，按黄土 颗
（３）塑性 指数（ｉｏ ）：自新而 老 由小变 大。
粒 的平均粒 径将黄土 高原 的黄土分 为三 个带 ：砂黄土 、
（４）大 孔隙 系数（ ）：自新 而老 由大变 小。
黄 土 、粘黄土 。不 同成因时 代黄土 的粒度成 分具有 明显
≯ 。
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;黄土的物理性质表2-1一．主要成分分析组成黄土的矿物约有60种,其中轻矿物d﹤含量占粗矿物d﹥总量的90%以上;黄土中粘土矿物d﹤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;当碳酸钙遇到CO2和H2CO3时溶解,溶解后的阴离子与颗粒表面的阳离子发生交换;当碳酸钙呈现固体结晶状时,是土体骨架的一部分;当它以薄膜状分布或与粘土一起构成次生团粒时,起胶结作用;一般来说,碳酸钙的含量大时,土的强度高;黄土中的有机质表面能大,持水性强,它以聚集于大孔孔壁或分散于粘粒中形态存在,当其呈分散分布时,构成土的胶结成分,受水浸湿时,会吸收大量水分,而使土崩解; 二．颗粒组成一般黄土的颗粒组成有两个特点,即小于颗粒占绝大多数,且以粉粒~为主;用乙种比重计法对本文试验所用的土质进行颗粒分析,其颗粒分析结果见表2-2;黄土颗粒组成表2-2三．压实黄土的微观结构特性原状黄土是自然历史的产物,它是在一定历史时期内经过了各种复杂作用后形成的,而压实黄土是利用人为的方法,将原状黄土经过粉碎,过筛,加水重塑,击实而成,因此,击实后的黄土改变了土的原始结构,具有独特的结构特征;公路工程中的路基一般为压实土,为了进一步了解路基土体的结构,下面我们就介绍压实黄土的微结构特性;黄土的结构性是指黄土的骨架颗粒成份、形态、排列方式、空隙特征、胶结物种类以及胶结程度等对黄土的工程性质的影响,组成原状黄土颗粒的成份主要是单个的粉粒和由粘胶微细碎屑胶结成的集粒,除此之外,还有少数片状和棒状颗粒.这些单个的颗粒和集粒一般是颗粒间点接触,但也有少数的面胶结接触方式.黄土中的空隙包括根洞、虫孔、裂隙之类的大空隙,骨架颗粒相互支架构成的中空隙；以及粘粒间的空隙,和存在于土体内起骨架作用的集粒内的空隙构成黄土中的微空隙;黄土中颗粒的胶结物一般为碳酸钙,石膏为集粒内部的胶结物;1．骨架颗粒的接触关系在扫描电镜下观察,黄土由结构单元单矿物、集合体和凝块、胶结物粘粒、有机质和碳酸钙和空隙大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙和粒内孔隙三部分组成;从空间结构体系的力学强度和稳定性角度分析,构成黄土结构体系的支柱是骨架颗粒;骨架颗粒形态表征传力性能和变形性能,其连接方式直接影响着黄土结构体系的胶结强度;黄土的骨架颗粒主要是大于的碎屑颗粒;骨架颗粒的存在状态及相互关系决定着黄土的工程性质,如：黄土的湿陷性和压缩性;压实黄土的骨架颗粒的接触关系主要有三种,即镶嵌接触、支架接触和分散分布;这三种接触关系的分配比例随黄土的压实度和含水量的变化而变化;镶嵌接触是指骨架颗粒相互交叉,紧密堆积,呈犬牙交错的镶嵌状,形成缝隙粒间的小孔隙,其接触形式为点-面、线-面和面-面,故接触面积较大;支架接触是指骨架颗粒松散堆积,往往形成粒间的大孔隙,其接触形式为点-点、点-线和点-面,故接触面积较小;分散分布是指矿物颗粒间基本上互不接触,呈分散状;2．骨架颗粒的连接方式黄土中骨架颗粒的连结是控制土体强度和工程性质的主要因素之一,它是通过粘粒物质的胶结作用来实现的;在扫描镜下观察,土体的骨架颗粒存在三种连结形式,即小桥连结、焊接连结和嵌埋状连结;小桥连结是由颗粒较大的骨架间接触形成的一种特殊小桥状态,这种连结因含粘结相较少,故其间的化学键力和重力很微弱,它的强度主要来源于外部压力所产生的有效应力;焊接连结是因粘结相含量较多,在颗粒接触处聚集着较多的胶结材料,对骨架颗粒起着焊接作用,这种连接强度一般较牢固;骨架颗粒被粘结相包围,粒间连结完全靠粘结相,这形成了嵌埋状连结,其连结强度由粘结相的连结强度决定,故这种连结强度最大;3．黄土的孔隙黄土中的孔隙类型和分布情况是影响土体工程性质的又一主要因素;原状土的孔隙率一般比较大,经过压实后,土的孔隙所占比例会有所减小;根据孔隙的大小、形状及与骨架颗粒排列的方式,土中孔隙可分为大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙和粒内孔隙;架空孔隙是由一定数量的骨架颗粒松散堆积,相互支架构成的孔隙,该孔隙较大,连通性好,易透水,故该类型的孔隙直接影响着土的湿陷、压缩等性质;粒间孔隙是指颗粒交错排列所形成的缝隙,该孔隙较稳定;大孔隙是由碳酸钙胶结形成的空隙,结构稳定;从有关试验中发现,不管压实度多大,孔隙总是存在,但在一定含水量条件下,压实度越大,孔隙所占体积比例有所减小;§2-2 黄土的主要力学特性一．原状黄土的力学性质原状黄土的力学性质主要包括压缩性、湿陷性和抗剪强度;1．压缩性压缩性是在外荷作用下,地基土产生的压缩变形的大小;现在,一般应用压缩系数α、压缩模量E s 、压缩指数C c 等作为压缩性质指标;α=e 1﹣e 2/p 2﹣p 1 2-1E s =1+e 1/α 2-2式中,p 2、p 1——荷载Kpa ；e 1、e 2——分别为在荷载p 1、p 2作用下,压缩稳定后的孔隙比;2．湿陷性黄土的湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性;为了反映黄土湿陷程度的大小,我国采用湿陷系数δs 来体现湿陷变形的特性;湿陷系数δs 是单位厚度土体在土自重压力或自重压力与附加压力共同作用下受水浸湿后所产生的湿陷量; 0'0'1e e e h h h p p pp s +-=-=δ 2-3式中,h p —土样在压力p 作用时下沉稳定后的高度cm;h p ′—土样在压力p 作用稳定后的土样,在浸水作用下,下沉稳定后的高度cm;h p —土样原始高度cm;e p —土样在压力p 作用时下沉稳定后的孔隙比;e p ′—土样在压力p 作用稳定后的土样,在浸水作用下,下沉稳定后的孔隙比;e 0—土样原始空隙比;湿陷系数的大小反映了黄土对水的敏感程度;湿陷系数越大,表示土受水浸湿后的湿陷量越大,因而对工程的危害性也越大;目前,常采用的试验方法有单线法和双线法;3．抗剪强度土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力;在工程中,一般应用饱和土的强度理论公式,即库仑理论;τf =c+σtg ψ 2-4式中,τf —剪应力kpa ；σ—法向应力kpa ；c —土的粘聚力kpa ；ψ—土的内摩擦角;土的抗剪强度是一个受诸多因素控制的指标,迄今为止,库仑理论仍然是描述其特性的最为合理的实用理论;压实黄土路基填土,其饱和度多数在65％～80％之间,实际上仍处于非饱和状态,严格意义上应采用非饱和土的强度理论;非饱和土的抗剪强度可用独立的应力状态变量来表示;已经证明应力状态变量σ－Ua 和σ－Uw 是实际应用最有利的组合,也可用σ－Ua 和Ua －Uw 两个应力变量来表示;其表达式分别如下：b f w a f a f ff u u uc φφστtan )(tan )(-+'-+'= 2-5φφστ''-+'-+'=tan )(tan )(f w a f w f ff u u u c 2-6式中,τff —破坏时土的抗剪强度；c ˊ—有效粘聚力,莫尔－库仑破坏包线的延伸与剪应力轴的截距；φˊ—与净法向应力状态变量σ－Ua f 有关的有效的内摩擦角；φb —抗剪强度随基质吸力Ua －Uw f 而增加的速率；φ′′—与基质吸力和应力状态变量有关的摩擦角；σ－Ua f —破坏时在破坏面上的净法向应力；Ua －Uw f —破坏时在破坏面上的基质吸力；σf －Uw f —破坏时在破坏面上与孔隙水压力有关的净法向应力；σf —破坏时在破坏面上的总应力；Ua —破坏时在破坏面上的孔隙气压力；Uw —破坏时在破坏面上的孔隙水压力;二．压实度对黄土力学性质的影响为了改善天然土的工程性质,在工程中常采用压实的方法使土颗粒重新排列压实变密,以获得新的结构强度;在实际施工时,路基的压实度有时达不到95%的规范要求;而对于压实土,压实度的大小对其力学性质有很大的影响;按照公路土工试验规程要求,将土样风干、碾压、过筛后,按最佳含水量12%将土击实成压实度75%,80%,85%,90%,95%的土样,进行土的固结、湿陷试验;1．压缩性由图2-1可看出压缩模量随压实度变化的规律,即压实度增大,压缩模量也增大,这是因为压实度越大,对土体施加的机械功就大,从而使土粒间的孔隙变小,可压缩性减小;2．湿陷性由试验数据整理得图2-2;由图可知,湿陷系数随压实度的递增而递减;当压实度约82%时,湿陷系数为,压实度大于90%时,其湿陷系数变化很小,其值基本接近于0,即可认为无湿陷性;黄土中存在四种孔隙,即架空孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙和大孔隙,研究表明,黄土的湿陷性主要由架空孔隙造成的;压实度增大,使得孔隙所占土体的体积比减小,虽密度指标不能直接反映架空孔隙的值,但在总孔隙率减小的同时,架空孔隙也会减小;由于路基压实度的分区,要求路基压实度大于91%,因此我们可粗略地认为该段路基无湿陷性;3．抗剪强度按公路土工试验规程要求,将土样配制成最佳含水量,分别做成压实度85%、90%、95%和100%四种,让试样分别在压力为 pa、、下固结,然后以min的速率进行直接剪切试验;将试验结果进行整理,其结果如图2-3～图2-5所示;由图2-3可知：随着压实度的增大,内摩擦角呈线性增加,其关系比较明显;这是因为压实度越大,土粒间越密实,颗粒相互运动时的摩擦就越大;在同一压实度条件下,最佳含水量除外,含水量小时,内摩擦角大,其原因是含水量小时,土粒周围的水膜相对较薄,润滑作用小,从而使得内摩擦角大;以最佳含水量为界,当含水量大于最佳含水量时,压实度对内摩擦角的影响比小于最佳含水量时大,在最佳含水量下,外力能使土达到它的最大干密度,而其它的含水量条件下,密度较小,故同一压实度下,最佳含水量的土样孔隙率最小,压实度的变化对内摩擦角的影响最大,含水量大于最佳含水量时,土粒间的结合水膜较厚,润滑作用大,故内摩擦角较小,随压实度的增大,土粒间距减小,结合水膜的厚度变化不大,只是自由水增多,所以随着压实度的逐渐增加对内摩擦角的影响逐渐减小;由图2-4可见：粘聚力随压实度的增大而增加,压实度增大,土粒间的距离减小,粒间引力增大,故粘聚力增加;抗剪强度是内摩擦角与粘聚力的综合反映,根据前面的试验结果,得出抗剪强度与压实度之间的关系,结果见图2-5;抗剪强度与压实度之间的关系比较明显,其总的变化趋势是抗剪强度随着压实度的增大而增大;图2-3 压实度与内摩擦角间的关系图2-4 粘聚力与压实度的关系图2-5 抗剪强度与压实度的关系从以上试验结果分析得出：提高压实度有利于降低黄土的湿陷性、减小土的可压缩性和提高土的强度,因此,在实际工程中,可通过提高压实度来达到改善土的工程性质的目的;§2-3 压实黄土中水的存在形态水是黄土的物质组成之一,土中水的存在形态有结合水、自由水、固态水和气态水;不同形态的水,在一定条件下会相互转化,并对土的性质起着重要的作用;因固态水和气态水存在条件有限,故在此,主要介绍结合水和自由水;1．结合水吸附在土颗粒表面的水为结合水;这部分水所占水量一般不变,可视为土颗粒的一部分,结合水受土粒表面引力的控制,故不服从静水力学的规律;水分子愈靠近土粒表面,所受其引力愈大；反之,愈小,根据引力的强弱,结合水又分为强结合水和弱结合水;据有关研究表明,压力和温度对结合水形态的转化有着很大的影响;当压力增大时,能使部分吸附结合水向渗透结合水转化,渗透结合水向自由水转化;对饱和粘土加压,当压力低于1Mpa时,自由水排出,压力增加至3Mpa时,渗透结合水渗出,当压力增至10Mpa 时,部分吸附结合水压出;当温度为55~70℃时,部分吸附结合水转化为自由水；当温度达到80~90℃时,部分弱结合水排出；温度升高到200℃时,绝大部分强结合水排出土体;2．自由水不受土颗粒引力作用的水为自由水;自由水受重力控制,能流动和传递静水压力;根据是否受表面张力的作用,自由水又分为毛细水和重力水;重力水连续存在于土的孔隙中;毛细水在土骨架孔隙内分布不连续,由于表面张力的作用,毛细水会沿着土的孔隙上升,故毛细水对公路路基的干湿状态及冻害有重要的影响;§2-4 黄土的渗透性一．黄土的渗透性特征黄土的渗透性,是黄土的重要工程性质之一,许多工程如湿陷性黄土地基的湿陷变形大小和湿陷变形速度,灌溉水渠和水库的渗漏量、挡水坝和水坠坝等的渗流稳定性、给排水设计以及人工降低地下水位,黄土地区的公路路基的湿化水毁等都同黄土的渗透性密切相关;但是,由于影响黄土渗透性的因素很多土粒性质、形状和级配、土的孔隙比、结构、裂隙、层理、饱和度以及水的粘滞性等,对于不同成岩类型的黄土,其影响程度又不相同,同一地区不同地段,黄土的渗透系数都有很大的差异;因而到目前为止,对黄土渗透性的研究远远不适应工程实际的需要;黄土的渗透性与其他土质相同,均以单位水力梯度作用下的渗流速度即渗透系数来表示;目前测定黄土渗透系数有室内和野外两类方法1．室内常水头和变水头试验2．为了获得地基和黄土建筑物的渗透性在野外进行试验,常用双环法、抽水法和模型试验;由于很多因素影响渗透性,目前室内渗透试验同黄土的实际渗透情况又有很大的差距,因而常会得到不能令人满意的试验结果;由于土样质量和测试方法等不同,实践表明,现场试验结果总是大于室内试验成果;对同一种黄土室内外试验结果可相差达几百倍,而且室内试验总是偏小;由于野外双环法比较简单,试验结果又接近实际,故是一种接近实际的试验方法;二．黄土渗透性的一般规律1．黄土中有垂直管状大孔隙,所以黄土的渗透性具有明显的各向异性的性质,垂直向渗透性远比水平向渗透性强,大孔隙俞发育,其差值俞大,二者的比值一般在2～10范围内;作为公路路基的压实黄土和浸水湿陷后的黄土,由于天然结构已经破坏,则两个方向的渗透性逐渐接近;故天然状态黄土渗透试验的水流方向,应同工程实际的渗流方向一致与孔隙比e之间无明显的关系,压实后的黄土,由于 2．天然状态黄土的渗透系数K10值随e的减小而减小,其关系是非线性的,一般成消除了黄土中分布不均的大孔隙,则K10对数函数关系;3．黄土的渗透性与其颗粒组成和结构特征有密切关系;陕西、陇东、陕北的黄土的颗粒较粗,微观结构多呈粒状、架空接触状态,因而渗透性较大;河南豫西地区黄土颗粒较细,微观结构多呈凝块、镶嵌胶结状态,因而渗透性较小；关中地区黄土颗粒组成及结构特征介于二者之间;这就表明颗粒组成和结构特征对渗透性有明显的影响;黄河中游地区自西向东和自北向南,黄土的渗透系数亦由大变小;4．当密度相同时,天然状态黄土的渗透性较击实黄土的渗透性强,这是由于天然状态黄土中存在着大孔隙,而水在大孔隙中流动时阻力较小的缘故;5．湿陷性黄土,在湿陷发生和发展的过程中,由于土的结构状态发生了变化,因而渗透系数也发生了变化,即逐渐减小;根据苏联安德鲁欣的野外试验,天然状态的湿陷性黄土,其渗透系数为d；湿陷稳定后的渗透系数为d,较前者小3倍左右；一般来说,非湿陷性黄土的渗透性均小于湿陷性黄土的渗透性;6．天然状态黄土的含水量少,由于土处于三相状态,所以水在黄土中开始入渗时,渗透系数K值较大,随着渗透时间的增长而逐渐降低,最后接近稳定渗流;黄土的初始含水10值愈小,当初始含水量达到某一定数值时量对渗透性有一定的影响,初始含水量愈大,K10值便趋于稳定;K107．关于黄土渗透系数的讨论影响黄土渗透系数的因素很多如孔隙比、颗粒组成、粘粒含量、结构特征等,还有大量的垂直孔洞,因之黄土的渗透系数变化幅度较大,垂直与水平方向也有较大的差异,二者的比值约计在～倍;再者室内试验由于土样与仪器侧壁接触不紧,在测定过程中,开始与终了的渗透系数也有很大的差异,所以关于黄土的渗透系数以现场测定较能符合实际;三．压实度对黄土入渗性的影响黄土中含水量的变化取决于大气降水的入渗情况,压实黄土路基由于通过机械压实改变了黄土层的原始结构,使颗粒进行了重新排列,孔隙率降低;因此,雨水在地表的入渗是有限的,同时降雨时雨水向黄土中的入渗通常受到雨滴拍打形成的雨壳的阻碍;黄土表层这些特殊作用的效果是进一步降低雨水的入渗能力,从而增加表面流;通过以下的试验结果我们也可以看到这种情况;1．试验方法入渗试验是在西北农林科技大学水土保持研究所的黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室内进行的;所用黄土为扰动土,分别按照压实度为80％、83％、85％、88％、91%进行入渗试验;按照不同的压实度要求,根据相对应的干密度分别计算装土量,然后装入试验所用的容器内,由于试验设备的限制,压实度最高只能达到91％;装土高度为,水头高度为10cm;根据入渗量的大小每隔一定的时间读取入渗量;根据公式HTALQ Ks ∆=计算土样的饱和导水率;2．压实度与入渗量的关系从图2-6～图2-10中可看出,不同压实度情况下,入渗量随着时间的增大,各自的增长速度有所不同;在同一时间内,压实度为80%时,入渗量的增长最快；依次为83％、85％、88％；压实度为91%时,增长最慢;这是因为压实度增大,土颗粒间的孔隙减小,导水率和扩散度减弱,从而致使水分运动和气体的排出更为困难;图2-6 压实度80％的入渗时间与累计入渗量的关系图2-7 压实度83％的入渗时间与累计入渗量的关系图2-8 压实度85％的入渗时间与累计入渗量的关系图2-9 压实度88％的入渗时间与累计入渗量的关系图2-10 压实度91％的入渗时间与累计入渗量的关系由图2-6～图2-10分析可知,尽管随着路基压实度的增加入渗量减少,但它们有一个共同的变化规律,就是随着入渗时间的增长,入渗量在以增函数形式上升,这一点也说明,只要土颗粒间存在孔隙和外界有水源的供应,入渗量就会随着时间的增长而增大;根据实验资料分析,发现土的压实度和初始含水量对入渗率有较大的影响;压实度大时,土的入渗率较小,并且入渗率很快趋于稳定；当压实度在95％附近时,入渗率显着降低,当压实度为100％时,入渗率很小,可认为几乎不入渗;这是由于压实度大,粒间孔隙小,因而导水率和扩散率均小,不利于水分运动和气体的排出,故入渗率降低;3．压实度与饱和导水率的关系从图2-11可以看出,压实黄土的饱和导水率随着压实度的增加而减小;当压实度达到91％的时候,其饱和导水率为min;其数值已经很小了,也就是说,当压实度达到一定的值时,其饱和导水率对水分入渗的影响已经很弱了,因此对路基内部的水分迁移研究就要从非饱和土的导水参数结合水分势能以及水分动力学方程来进行;图2-11 压实度与饱和导水率的关系§2-4 本章小结压实度的变化影响着黄土的力学性质和入渗性能;就目前黄土地区的高速公路建设的实际情况,引起破坏的原因是多方面的;就本章的计算分析情况,可得出如下结论：1．提高压实度有利于降低黄土的湿陷性、减小土的可压缩性和提高土的强度;2．不同压实度情况下,入渗量随着时间的增大,各自的增长速度有所不同;在同一时间内,入渗量随压实度的增加而减小;3．压实黄土的饱和导水率随着压实度的增加而减小,当压实度达到一定的值时,其饱和导水率对水分入渗的影响已经很弱了;。
不同地貌黄土的物理力学特性和湿陷性评价
不同地貌黄土的物理力学特性和湿陷性评价陈伟;赵天宇【摘要】地形地貌对黄土的堆积产生了重要的作用,使得不同地貌条件下黄土的物理力学特性显现出不同的特性.通过对甘肃陇东、陇西一定区域内不同地貌黄土的室内工程试验与分析发现,同一取样区不同地貌黄土的物理力学性质在古土壤层以上范围内具有一定的规律性.运用黄土物理力学指标与湿陷系数的线性相关性分析和主成分分析,结合非线性拟合方法可得到不同地貌黄土的湿陷性评价方程.通过将不同地貌黄土湿陷系数的预测值与实测值进行对比分析,验证了该评价方程的准确性和合理性.最后,依据黄土干密度与孔隙比之间拟合幂函数的关系式,解决了评价方程量纲不统一的问题.【期刊名称】《安全与环境工程》【年(卷),期】2018(025)006【总页数】8页(P191-198)【关键词】不同地貌;黄土;物理力学特性;湿陷性评价;相关性分析;主成分分析【作者】陈伟;赵天宇【作者单位】山西农业大学城乡建设学院,山西太谷030801;甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司,甘肃兰州730030【正文语种】中文【中图分类】X951;U412.22随着大量高等级公路、铁路在黄土地区的建设速度加快，通车里程大幅增加，黄土特殊的物理力学性质和湿陷特性将对工程的安全性、经济性产生重大的影响[1]。
第四纪构造运动和气候对黄土的沉积和分布有深刻的影响。
地形地貌对黄土的堆积产生了重要作用，使得不同地貌条件下黄土的工程力学特性显现出不同的特性[2-3]。
单一地貌或不同地区、不同地貌黄土的物理力学性质研究和湿陷性评价，对工民建行业在地势平坦的黄土塬、河川沟谷等地进行建设活动提供了重要依据与参考[4]。
而对于公路、铁路这种线性工程来说，其建设线路往往要穿越不同的地貌单元。
单一地貌黄土的相关研究成果对同一区域相同地貌的工程建设具有一定的指导意义，但在一定程度上还不能较为全面地满足其他地形地貌条件下工程建设的需求。
虽然不同地区、不同时代、不同成因黄土的湿陷性差异较大，但是在同一地区不同地貌单元条件下黄土的物理力学性质和湿陷性表现出一定的差异性和规律性[5]。
黄土湿陷性成因综述
黄土湿陷性成因综述摘要:本文探究了湿陷性黄土的成因，基于湿陷性黄土必须具备的3点原因，分别对湿陷性黄土在垂向和地层的变化、形成区域上的变化、微结构、成壤环境4个方面进行分析，找出了其间的内在关系，得出只要在满足形成湿陷性黄土的条件下，均可产生湿陷性。
关键词:湿陷性黄土湿陷系数微结构一、湿陷性黄土概述黄土是以粉粒为主，含碳酸盐，具大孔隙，质地均一，无明显层理而有显著垂直节理的黄色堆积物。
是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。
湿陷性是在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的性质。
具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。
大量资料证明，湿陷性黄土形成时期一般为全新世和上更新世。
中更新世和下更新世产生的黄土一般不具有湿陷性。
我国湿陷性黄土的分布主要是黄江中下游地区。
湿陷性黄土主要分布在黄河及其支流惶水、大通河、渭河、径河、延河、洛河及汾河等河谷地区。
我国湿陷性黄土分区图(如图1-1)。
图1-2我国湿陷性黄土分区图二、湿陷性黄土的物理力学性质湿陷性黄土的工程性质具有如下的一些特征：1. 塑性较弱，液限一般为26－34％，塑限常在16－20％之间，塑性指数多在8－14之间。
2. 含水较少，天然含水量一般在10－25％之间。
3. 压实程度很差，孔隙较大，孔隙率高，常为45－55％(孔隙比0.8－1.1)，干容重常仅1.3－1.54. 透水性较强，具有明显的各向异性，垂直方向比水平方向要强得多，渗透系数可大数倍甚至数十倍。
5. 强度较高。
尽管孔隙率很高，但压缩性仍属中等，抗剪强度较高。
但新近堆积黄土(Q4)土质松软，强度低，压缩性高。
三、湿陷性黄土成因湿陷性黄土发生湿陷的原因较复杂，是由多种因素造成的。
其根本原因是湿陷性黄土具有有利于湿陷的成分和结构。
即：1. 具有大量的孔隙，尤其是大孔隙，这是是否具有湿陷性和湿陷性强弱的基础；2. 粒间的连结因水分增加而易于削弱和破坏；3. 粉粒含量较高，粘粒含量低。
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(一)Q3均质浅黄色湿陷性黄土与Q2红橙色无湿陷性老黄土基本物理力学性质
Q3均质浅黄色湿陷性黄土(即马兰黄土)与Q2红橙色无湿陷性老黄土(即离石黄土上部)的基本物理力学性质
两类黄土间在物理力学性质上的差别，以及在水平方向的变化规律：
(1)Q2红橙色无湿陷性老黄土的强度和干容重较Q3均质浅黄色湿陷性新黄土大；而孔隙度则较小。
(2)Q2红橙色无湿陷性老黄土的粘土颗粒含量较Q3均质浅黄色湿陷性新黄土多，而砂粒的含量则较少。
(3)Q2红橙色无湿陷性老黄土液限和塑性指数一般较Q3均质浅黄色湿陷性黄土大。
(4)由北向南，两类黄土的砂粒含量逐渐减少；粉粒和粘粒含量增加。
(5)由北向南，两类黄土的液限和塑性指数逐渐增加。
(6)由北向南，Q3均质浅黄色湿陷性新黄土的强度有所增加；Q2红橙色无湿陷性老黄土的强度变化不大。
可以根据干容重、孔隙度、无侧阻抗压强度，粘粒和砂粒的含量等方面的差别，用来鉴别两类黄土。
通常，
(1)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土的干容重小于1.4g/cm3，多在1.3g/cm3左右，Q2红橙色无湿陷性老黄土的干容重大于1.4g/cm3，甚至可达到1.6g/cm3。
(2)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土层孔隙度一般大于50％，甚至可达到65％；Q2红橙色无湿陷性老黄土层一般小于50％，多在45％左右。
(3)Q3均质浅黄色湿陷性新黄上层无侧限强度小于1公斤／厘米2，多在0.6公斤／厘米2左右，Q2红橙色无湿陷性老黄土层大于1公斤／厘米2，甚至可达2．5公斤／厘米2。
（注：1公斤／厘米2=98Kpa）
(4)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土层粘粒(＜0.005毫米)含量一般小于20％；Q2红橙色无湿陷性老黄土层粘粒含量一般大于20％。
(而砂粒含量有时见反常现象，故不可作为鉴别两类黄土的依据)。
（二）新近堆积黄土物理力学性质的特点
(1)从全国湿陷性黄土地区的平均统计数值上看，新近堆积黄土和其他类型湿陷性黄土的各项物理力学性质指标基本上相差不太大。
(2)小范围的地区或场地上新近堆积黄土的物理力学性质与其相邻近的其他类型湿陷性黄土的物理力学性质可能有差异性，有时两者相差较大。
(3)新近堆积黄土的物理力学性质比较复杂，变化较大。
它的某些指标表现为极不均匀、稳定性差。
(三)新近堆积黄土各项物理力学性质的特征
1．比重：新近堆积黄土的比重和其他类型湿陷性黄土一样，变化不大，一般在2.68~2.74之间。
2．容重：新近堆积黄土的容重变化较大，青海多巴场地为1.39~1.48g／cm3，陕西宝鸡为1.81g／cm3。
一个探井里变化也比较大。
干容重亦然，全国范围内变化幅度为 1.67~1.12g／cm3，差值为0.55g／cm3。
有的场地新近堆积黄土的容重、干容重大于其他类型湿陷性黄土，有的场地则相反。
3．天然含水量：新近堆积黄土的天然含水量和其他松散岩土一样，除受自己的内部组织结构等决定的含水能力影响外，还受存在环境及自然条件的影响。
因此．各地新近堆积黄土的含水程度不同。
我国新近堆积黄土的含水量通常在14~24％之间。
最小6％，最大可达30％以上。