郅軍超

（山西水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西太原030024）

黃土是第四紀(jì)時(shí)期形成的一種特殊堆積物。在我國(guó)，第四系黃土主要分布在甘肅的隴東、隴西，陜西的關(guān)中、陜北，山西的晉西、晉北，河南地區(qū)，河北北部、西部，山東西部和寧夏—陜西區(qū)、河西走廊、內(nèi)蒙中部—遼西、新疆—青海邊緣等地區(qū)。由于地質(zhì)條件和巖土特征的不同，黃土的結(jié)構(gòu)性和物理力學(xué)性質(zhì)也具有比較明顯的地域性規(guī)律[1]。本文主要通過(guò)分析萬(wàn)家寨引黃工程北干線工程區(qū)濕陷性黃土的物理力學(xué)指標(biāo)和濕陷性系數(shù)，初步探討其相關(guān)性。

濕陷系數(shù)是黃土濕陷變形特征的重要指標(biāo)之一，大量的試驗(yàn)結(jié)果和黃土的濕陷變形特征表明，土工參數(shù)間常常包含一定的相關(guān)性。但由于黃土的組成復(fù)雜，種類繁多，試驗(yàn)結(jié)果的離散性很大，再者，在土工試驗(yàn)過(guò)程中難以消除試驗(yàn)誤差，試圖從土的工程性質(zhì)方面對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)的變化和浸水濕陷系數(shù)之間做嚴(yán)格的理論分析較困難，只能借助試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探求分析兩者之間的相互關(guān)系，歸納其數(shù)理關(guān)系。對(duì)評(píng)估濕陷性黃土對(duì)工程建設(shè)的危害性會(huì)有新的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)可能出現(xiàn)濕陷的水利工程場(chǎng)地及建筑物地基的處理有較好的參考價(jià)值。

1 黃土物理力學(xué)性質(zhì)

原狀濕陷性黃土具有較強(qiáng)的初始特性，屬于典型的非飽和土，低干密度、低含水率、高孔隙率、強(qiáng)度高，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗剪強(qiáng)度，但受水浸濕后，尤其達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，極具濕陷性，強(qiáng)度和抗剪性能銳減[2]。本文分析工程區(qū)黃土位于山西晉北地區(qū)，該區(qū)域黃土為淡黃色，疏松多孔，無(wú)層理，顆粒均勻。由試驗(yàn)成果知其含水率為3.1%～18.5%；天然密度為1.33～1.57 g/cm3；干密度為 1.25～1.56 g/cm3；孔隙比為 0.725～1.152；塑性指數(shù)7.9～12.3，巖性定名為低液限粉土；天然狀態(tài)壓縮系數(shù)（av1-2）為 0.04～1.53 MPa-1，壓縮模量（Es1-2）為 1.41～50.85 MPa，多具低～中等壓縮性，部分土層具高壓縮性；飽和狀態(tài)下壓縮系數(shù)（av1-2）為 0.1～1.17 MPa-1，壓縮模量（Es1-2）為1.61～17.02 MPa，具中等～高壓縮性。飽和快剪凝聚力（c）2.5～40.7 kPa，內(nèi)摩擦角（φ）14.3°～27.2°；滲透系數(shù) 0.143×10-4～4.01×10-4cm/s，具弱透水性。

2 試驗(yàn)指標(biāo)的選取

黃土的濕陷量與其所受壓力大小有關(guān)。所以《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GBJ25-90）規(guī)定：黃土的濕陷性，按室內(nèi)壓縮試驗(yàn)在一定壓力值P（試驗(yàn)中P值取200 kPa）下測(cè)定的濕陷系數(shù)δs判定。

土的抗剪強(qiáng)度是土體中某一受剪面上抵抗破壞時(shí)的最大剪應(yīng)力。本文分析根據(jù)庫(kù)侖定律，土的抗剪強(qiáng)度可表達(dá)為：τf＝C＋σtgφ（試驗(yàn)中 σ 值取 200 kPa）為了更好地反映土樣的實(shí)際情況，選擇三軸壓縮試驗(yàn)來(lái)研究剪切的力學(xué)指標(biāo)。

3 濕陷性黃土的浸水試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)方法

土樣為引黃工程北干線耿莊水庫(kù)工程區(qū)豎井原狀土樣，巖性為第四系上更新統(tǒng)洪積低液限粉土。首先，測(cè)得土樣在200 kPa壓力下的濕陷系數(shù)δs；然后在天然狀態(tài)下和浸水后，分別測(cè)得土樣不固結(jié)不排水剪切（UU）試驗(yàn)中凝聚力和內(nèi)摩擦角的變化。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

利用土的抗剪強(qiáng)度表達(dá)式，計(jì)算得到天然狀態(tài)下土的抗剪強(qiáng)度τUU和浸水后土的抗剪強(qiáng)度τUU飽，濕陷性黃土的浸水試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 濕陷性黃土的浸水試驗(yàn)結(jié)果表

取其浸水后土樣的抗剪強(qiáng)度變化值為Δτ（即Δτ＝τUU－τUU飽），對(duì)各豎井土樣試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理，得到濕陷系數(shù)與抗剪強(qiáng)度變化的關(guān)系表見(jiàn)表2。

表2 濕陷系數(shù)與抗剪強(qiáng)度變化的關(guān)系表

以濕陷系數(shù)δs為橫座標(biāo)，以抗剪強(qiáng)度變化Δτ為縱座標(biāo)，作圖并采用簡(jiǎn)單線性回歸法進(jìn)行線性擬合得到關(guān)系曲線，為了轉(zhuǎn)化為線性回歸，線性方程參數(shù)a、b采用試算求解，逐步尋求相關(guān)性最好、系數(shù)最合理的一組，見(jiàn)圖1。

圖1 抗剪強(qiáng)度隨濕陷系數(shù)的變化關(guān)系

根據(jù)圖1，得到抗剪強(qiáng)度隨濕陷系數(shù)的變化關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式：

3.3 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的比較

利用先前得到的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算得到浸水前后抗剪強(qiáng)度的變化，從表3中可以看到，表3統(tǒng)計(jì)了10個(gè)點(diǎn)處的浸水后計(jì)算Δτ的變化值，與實(shí)測(cè)值相比，計(jì)算得到的值與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的最大誤差約12%。

表3 抗前強(qiáng)度變化計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果表

3.4 經(jīng)驗(yàn)公式的實(shí)踐意義

從表1及表2可以看出，天然狀態(tài)下，濕陷性黃土的抗剪強(qiáng)度為92.68～156.30 kPa，平均值為117.91 kPa；浸水后，其抗剪強(qiáng)度為16.38～75.54 kPa，平均值為38.39 kPa。浸水使?jié)裣菪渣S土抗剪強(qiáng)度變化54.9～109.7 kPa，其抗剪強(qiáng)度有較大的變化，嚴(yán)重影響土體的穩(wěn)定性。

利用經(jīng)驗(yàn)公式，可估算出浸水后土體抗剪強(qiáng)度的變化，初步掌握其抗剪強(qiáng)度變化，充分考慮工程建筑物的安全性，可有效地避免由浸水引起土體穩(wěn)定性降低而造成的事故。

4 結(jié)論

（1）浸水會(huì)改變濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)，而其機(jī)理與濕陷性機(jī)理的相似性，使研究它們之關(guān)的聯(lián)系成為了可能。

（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們得到抗剪強(qiáng)度隨濕陷系數(shù)的變化關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果較為近似。但該試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅是一工程區(qū)域內(nèi)收到所取土樣的試驗(yàn)分析結(jié)果，公式的應(yīng)用還有一定的局限性。

（3）浸水后，濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生較大的變化，研究這種變化，對(duì)于在力學(xué)指標(biāo)不足的情況下重新評(píng)估濕陷性黃土對(duì)工程建設(shè)的危害，尤其是水利工程將有著一定意義，同時(shí)可為工程設(shè)計(jì)提供一定參考。

［1］胡燕妮，米海珍.蘭州大厚度黃土濕陷系數(shù)的影響因素［J］.蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，35（1）.

［2］朱元青，陳正漢.原狀Q3黃土在加載和濕陷過(guò)程中細(xì)觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化的CT-三軸試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2009，31（8）.