任培巖

土的濕陷性是指土在一定的壓力作用下受水的浸濕,土結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的性質(zhì)。它是黃土的主要特征。黃土是在干旱半干旱氣候條件下形成的,多以粗粉粒為主體骨架,呈多孔隙或者大孔隙結(jié)構(gòu),顆粒間膠結(jié)物多為可溶鹽,干燥時(shí)由于顆粒間分子引力以及結(jié)合水、毛細(xì)水的連接力加大,阻止土體的自重壓密,當(dāng)水浸濕時(shí),結(jié)合水膜增厚左右楔入顆粒之間,于是結(jié)合水連接消失,鹽類溶于水中,骨架強(qiáng)度降低,土體在上覆土層的自重壓力或在自重壓力與附加壓力共同作用下,結(jié)構(gòu)迅速破壞,土粒向大孔滑移,粒間孔隙減小,從而導(dǎo)致大量的附加沉陷。

土的濕陷性給工程建筑物帶來(lái)了不可言喻的禍患。正確評(píng)價(jià)土的濕陷性也成了我們迫切的任務(wù),尤其在黃土地區(qū),對(duì)于同一濕陷性黃土地層,評(píng)價(jià)結(jié)果不同造成的影響也不同。如果評(píng)價(jià)高于自然情況,必然造成不必要的浪費(fèi);如果評(píng)價(jià)低于客觀實(shí)際,將會(huì)導(dǎo)致或輕或重的濕陷事故。

判定土的濕陷性的唯一指標(biāo)就是土的濕陷系數(shù)。土的濕陷系數(shù)又是反映土的濕陷程度的重要參數(shù)。它的主要用途是確定土的濕陷性、濕陷程度、濕陷類型、濕陷深度、濕陷敏感程度及濕陷起始?jí)毫Φ取?/p>

土的結(jié)構(gòu)特征及其物質(zhì)組成是產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在因素,水的浸潤(rùn)和壓力作用是產(chǎn)生濕陷性的外部條件。

土的濕陷性首先與土的巖性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),土粒越細(xì),粘粒含量越高,粒間結(jié)合力越強(qiáng),土的濕陷性越小,濕陷系數(shù)也越小。也就是說(shuō)黏性土的濕陷性要比粉土的濕陷性小些。濕陷系數(shù)與試樣的天然含水率和孔隙比、干容重、壓力也有一定的關(guān)系。濕陷系數(shù)隨天然含水率增大而變小,到一定程度濕陷變形消失;空隙比越大濕陷變形也越大,濕陷系數(shù)變大;相反干容重越大,濕陷變形越小,濕陷系數(shù)也隨之變小;隨著壓力的增加濕陷系數(shù)由小變大,達(dá)到某一程度后,又隨壓力的增大而由大變小(見圖1)。濕陷系數(shù)和天然含水率、孔隙比、干容重到底存在怎樣的定量關(guān)系,至今仍是我們無(wú)法知道的,這也是今后我們要努力的方向。

濕陷系數(shù)也有一定的規(guī)律性。就長(zhǎng)期以來(lái)本實(shí)驗(yàn)室所做的樣品來(lái)說(shuō),橫向上從三門峽—洛陽(yáng)—鄭州,濕陷性由大到小,縱向來(lái)說(shuō)濕陷系數(shù)的分布特點(diǎn)有幾種情況:1)濕陷系數(shù)隨深度的增加總趨勢(shì)由大到小,到一定程度濕陷性減弱至消失。2)濕陷系數(shù)隨深度的增加由小到大,到某一深度又由大到小直至消失。3)個(gè)別情況濕陷系數(shù)沒有規(guī)律,直到黃土層結(jié)束。

對(duì)于相同的土層,理論上其濕陷性應(yīng)該是相同的,但現(xiàn)實(shí)中我們的檢測(cè)值往往有很多是不同的,是什么造成了這樣的結(jié)果,怎樣才能使檢測(cè)誤差最小,使我們的檢測(cè)值更接近客觀真值,這和我們的檢測(cè)過(guò)程有關(guān)。

我們?cè)跐裣萑訒r(shí)只是從某一點(diǎn)上取出一個(gè)樣,具有很大的隨機(jī)性,這跟土的均勻程度有很大的關(guān)系,相應(yīng)的我們測(cè)出的濕陷系數(shù)也有很大的隨機(jī)性,如果土質(zhì)均勻,就會(huì)真實(shí)的反映土的特性,如果不均勻,那么測(cè)出的濕陷系數(shù)就會(huì)偏離真值。

另外實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備、儀器等也能造成相應(yīng)的誤差,例如:環(huán)刀面積和高度的精確程度、削土刀刃度的銳利程度、平整度、固結(jié)儀杠桿力臂的準(zhǔn)確程度、百分表的精度及砝碼的公差等等。壓縮試驗(yàn)中透水石和濾紙的濕度不同,對(duì)濕陷系數(shù)的大小也有影響:透水石和濾紙的濕度與土樣天然含水率差值越大,對(duì)濕陷系數(shù)的影響也越大。這些誤差無(wú)法準(zhǔn)確的計(jì)算出來(lái),但是卻集中反映到濕陷系數(shù)的測(cè)量值上。這就要求實(shí)驗(yàn)室管理人員要有高度的責(zé)任心,定期檢查消耗品(如環(huán)刀、開樣刀、儀器)的使用情況,及時(shí)進(jìn)行更換。對(duì)強(qiáng)檢的百分表、溫度計(jì)、量力環(huán)等定期送檢,確認(rèn)其使用在有效期,保證所出數(shù)據(jù)的合格性、真實(shí)性。

表1 雙線法與單線法所測(cè)系數(shù)的差異

對(duì)同一個(gè)土樣來(lái)說(shuō),試驗(yàn)方法的選擇也非常重要,單線法和雙線法測(cè)濕陷系數(shù),結(jié)果也稍有差異:雙線法所測(cè)濕陷系數(shù)比單線法偏大(見表1)。以上試驗(yàn)其他條件都相同時(shí),究其原因浸潤(rùn)時(shí)間的長(zhǎng)短也是結(jié)果區(qū)別的主要因素。產(chǎn)生濕陷性的外部條件就是水的浸潤(rùn)和壓力作用,壓力相同條件下,浸潤(rùn)程度就成了關(guān)鍵因素。有關(guān)資料表明:黃土浸水后結(jié)構(gòu)迅速破壞,1 h后飽和約能達(dá)到80%,5 h～8 h才能達(dá)到完全飽和。單線法壓縮穩(wěn)定之后才浸水,相對(duì)結(jié)構(gòu)已經(jīng)壓實(shí),飽和速度較慢;浸水后2 h～3 h就可讀數(shù)穩(wěn)定。而雙線法濕樣在第一級(jí)穩(wěn)定后就浸水,再分級(jí)加荷,飽和速度較快,浸潤(rùn)時(shí)間也長(zhǎng),整個(gè)樣讀穩(wěn)浸水后最少要8 h～12 h,飽和的比較完全。濕陷系數(shù)也稍偏大(見表2),所以建議推廣雙線法測(cè)土的濕陷系數(shù)。

表2 濕陷系數(shù)

在野外采樣、室內(nèi)制樣到試驗(yàn)操作,整個(gè)過(guò)程中,不排除人為因素造成的試驗(yàn)誤差,這部分誤差與操作者的認(rèn)真程度和熟練程度有關(guān)。所以新的《實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定評(píng)審準(zhǔn)則》里明確規(guī)定實(shí)驗(yàn)室的人員必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn),考核合格,持證上崗。得到計(jì)量監(jiān)督部門評(píng)審合格并接受其監(jiān)督的實(shí)驗(yàn)室才有相應(yīng)的資格和高素質(zhì)的試驗(yàn)人員,從而盡量減少試驗(yàn)中的人為因素造成的試驗(yàn)誤差。

[1]GB/T 50123-1999,土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB 50025-2004,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[3]唐大雄,孫愫文.工程巖土學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1985.

[4]張孟喜.土力學(xué)原理[M].宜昌:華中科技大學(xué)出版社,2007.

[5]劉佳靈.濕陷性黃土濕陷機(jī)理及處理措施[J].山西建筑,2009,35(6):148-149.