非饱和黄土浸水后变形特性研究

非饱和黄土浸水后变形特性研究

区黄土地层也是最厚，最完整，分布连续，非常具有代表性。

由于黄土湿陷变形具有突变性，非连续性和不可逆性，对工程产生的危害严重，其主要原因是对黄土浸水后的变形特性和浸水破坏机理认识不够。所以有必要对黄土浸水后的变形特性和浸水破坏机理做进一步研究，建立系统的防治措施和设计计算方法，从而减少黄土湿陷对各种工程的危害。

1、研究现状

经研究，影响黄土湿陷性的微观因素主要有黄土的微观结构特征、颗粒组成、化学成分；宏观因素主要有黄土的含水量和上覆压力大小。对于微观因素的研究主要集中在以下几个方面：通过对骨架颗粒的微观结构变形分析，认为黄土的湿陷过程就是骨架颗粒的分解和重新排布的过程；而对孔隙的微观结构变形分析认为黄土的湿陷过程是大孔隙破坏，中孔隙变形，小空隙、微空隙增多，空隙比减小的过程；而对胶结物质的微观结构变化分析认为黄土的湿陷破坏主要是土中骨架颗粒胶结的破坏。在外力作用下，黄土颗粒原先的粒间胶结力遭到破坏，骨架颗粒脱离原先胶结力的约束而重新排列。

对于宏观因素的研究主要集中在以下几个方面：对于含水量的研究表明，随初始水量的增大，结构强度连续降低，而且在低含水量下的降低幅度远大于高含水量下的降低幅度;对于上覆应力的研究表明，根据上覆应力的性质可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两类，前者是

指那些在自重压力下浸水湿陷的黄土，这种黄土浸水后对构筑物危害极大，即使本身荷重不大的构筑物（公路、铁路和机场跑道）受水浸后也会下沉；后者是指在土自重压力下浸水不发生湿陷，只有在一定附加荷重下浸水才会湿陷的黄土。

本研究项目是交通部西部黄土课题的延续，现场试验目前基本已经完成，进行了部分室内试验，已经获得的试验资料包括：黄土的物理性质、力学性质、化学成份和粘土矿物成份四项。通过对于已有资料进行分析，确定湿陷系数与浸水时间、含水量的关系。

2、试验内容

黄土具有特殊的工程性质，为了更好的了解黄土的性质，做好现场试验研究，在对黄土路基进行现场试验研究之前，对所选定的银古路辅路K13+140~200试验路段黄土的物理、水理及力学性质进行了现场取样和室内土工试验，共取６组原状土样和３组扰动土样。本研究是交通部西部黄土课题的延续。

（1）土的物理性质试验：主要有颗粒分析试验、天然含水量、天然密度和干密度、比重、孔隙比、饱和度试验、渗透性试验和液、塑限等试验。

（2）土的力学试验：主要有直接抗剪强度试验、三轴排水固结试验、无侧限抗压强度试验、压缩试验。

（3）土的化学成份分析：主要分析了黄土的化学成份。

（4）土的粘土矿物成份分析：主要进行了黄土的Ｘ射线定量分析。（5）黄土水理性质试验：渗透试验、湿陷试验

3、试验结果及分析

3.1颗粒分析试验

见表1所示,分别对６组原状土样和３组扰动土样进行了颗粒分析试验。

表1银古高速公路辅路K13+140～200颗粒分析试验

检测号15376 15377 15378 15379 15380 15381 15382 15383 15384

送样号1-⑴1-⑵2-⑴3-⑴3-⑵4-⑴A B C

取样深度1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 扰动(重塑土) 扰动(重塑土) 扰动(重塑土)

粒径0.5~0.25/mm 0 0 0 0 4.3 0 0 1.3 0

粒径0.25~0.075/mm 1 0 14 0 46 0 18.3 4.7 0

粒径0.075~0.005mm 34.8 22 63.4 20.3 37.2 91.2 61.3 34.7 73.3

粒径0.005/mm 64.2 78 22.6 79.7 12.5 8.8 20.4 59.3 26.7

从颗粒分析试验可以看出，该处地基土的主要为颗粒均小于0.25 mm 的粉状黄土，粉粒直径为(0.75~0.005mm），少数土样是以粘粒（＜0.005mm）为主的粉质粘土或以粉砂粒(0.25~0.075mm)为主的粉砂。从黄土的颗粒分析结果可知，该区黄土为近源风积为主，颗粒主要为粉粒，含有较多的粉砂粒。

3.2 黄土样物理性质试验：分别对６组原状土样和３组扰动土样进行了土的物理性质试验。

根据土的物理性质试验分析可知，该试验段粉状黄土的天然含水量一般在10%左右，天然密度1.60~1.71g/cm3，干密度为1.45~158g/cm3，

饱和度为32.6~31.9%，天然孔隙比为0.697~0.848，说明该段黄土由于粉粒含量较高，并含有少量粉砂粒，导致黄土具有较大的干密度和较小的孔隙比，并且具有较好的透气性和透水性，所以该黄土具有较低的天然含水量。

由黄土的稠度分析指标可知，黄土的液限较低，一般为21.2~27.4%，说明该黄土由于粉粒含量较高，在较低的含水量时即可产生液化，导致黄土的湿陷和破坏。所以黄土路基的病害防治应以防水为主，并辅以其它的工程措施。

3.3 湿陷试验：土样的湿陷试验结果见表2。

表2 银古高速公路辅路K13+140～200黄土的湿陷性试验

检测号15376 15377 15378 15379 15380 15381 15382 15383 15384

送样号1-(1) 1-(2) 2-(1) 3-(1) 3-(2) 4-(1) A B C

取样深度1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 1.0~1.5 扰动

(重塑土) 扰动

(重塑土) 扰动

(重塑土)

湿陷系数

/200kPa 0.008 0 0.054 0 0.031 0.006 0 0 0

湿陷起始

压力/kPa 25.6 10.1

湿陷试验表明，只有2-（1）和3-（2）两个土样湿陷较为明显，为中等湿陷性黄土（湿陷系数为0.03～0.07之间），其他土样湿陷性均不明