郅軍超

（山西水利水電勘測設計研究院，山西太原030024）

黃土是第四紀時期形成的一種特殊堆積物。在我國，第四系黃土主要分布在甘肅的隴東、隴西，陜西的關中、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、內蒙中部—遼西、新疆—青海邊緣等地區(qū)。由于地質條件和巖土特征的不同，黃土的結構性和物理力學性質也具有比較明顯的地域性規(guī)律[1]。本文主要通過分析萬家寨引黃工程北干線工程區(qū)濕陷性黃土的物理力學指標和濕陷性系數(shù)，初步探討其相關性。

濕陷系數(shù)是黃土濕陷變形特征的重要指標之一，大量的試驗結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性。但由于黃土的組成復雜，種類繁多，試驗結果的離散性很大，再者，在土工試驗過程中難以消除試驗誤差，試圖從土的工程性質方面對土的力學性質的變化和浸水濕陷系數(shù)之間做嚴格的理論分析較困難，只能借助試驗數(shù)據(jù)，探求分析兩者之間的相互關系，歸納其數(shù)理關系。對評估濕陷性黃土對工程建設的危害性會有新的認識，尤其是對可能出現(xiàn)濕陷的水利工程場地及建筑物地基的處理有較好的參考價值。

1 黃土物理力學性質

原狀濕陷性黃土具有較強的初始特性，屬于典型的非飽和土，低干密度、低含水率、高孔隙率、強度高，同時具有較強的抗剪強度，但受水浸濕后，尤其達到飽和狀態(tài)時，極具濕陷性，強度和抗剪性能銳減[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，無層理，顆粒均勻。由試驗成果知其含水率為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 試驗指標的選取

黃土的濕陷量與其所受壓力大小有關。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，按室內壓縮試驗在一定壓力值P（試驗中P值取200 kPa）下測定的濕陷系數(shù)δs判定。

土的抗剪強度是土體中某一受剪面上抵抗破壞時的最大剪應力。本文分析根據(jù)庫侖定律，土的抗剪強度可表達為：τf＝C＋σtgφ（試驗中 σ 值取 200 kPa）為了更好地反映土樣的實際情況，選擇三軸壓縮試驗來研究剪切的力學指標。

3 濕陷性黃土的浸水試驗結果

3.1 試驗方法

土樣為引黃工程北干線耿莊水庫工程區(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，分別測得土樣不固結不排水剪切（UU）試驗中凝聚力和內摩擦角的變化。

3.2 試驗結果

利用土的抗剪強度表達式，計算得到天然狀態(tài)下土的抗剪強度τUU和浸水后土的抗剪強度τUU飽，濕陷性黃土的浸水試驗結果見表1。

表1 濕陷性黃土的浸水試驗結果表

取其浸水后土樣的抗剪強度變化值為Δτ（即Δτ＝τUU－τUU飽），對各豎井土樣試驗結果進行整理，得到濕陷系數(shù)與抗剪強度變化的關系表見表2。

表2 濕陷系數(shù)與抗剪強度變化的關系表

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

圖1 抗剪強度隨濕陷系數(shù)的變化關系

根據(jù)圖1，得到抗剪強度隨濕陷系數(shù)的變化關系的經(jīng)驗公式：

3.3 經(jīng)驗公式計算值與實測值的比較

利用先前得到的經(jīng)驗公式，計算得到浸水前后抗剪強度的變化，從表3中可以看到，表3統(tǒng)計了10個點處的浸水后計算Δτ的變化值，與實測值相比，計算得到的值與試驗實測值的最大誤差約12%。

表3 抗前強度變化計算值與實測值的對比結果表

3.4 經(jīng)驗公式的實踐意義

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度為92.68～156.30 kPa，平均值為117.91 kPa；浸水后，其抗剪強度為16.38～75.54 kPa，平均值為38.39 kPa。浸水使?jié)裣菪渣S土抗剪強度變化54.9～109.7 kPa，其抗剪強度有較大的變化，嚴重影響土體的穩(wěn)定性。

利用經(jīng)驗公式，可估算出浸水后土體抗剪強度的變化，初步掌握其抗剪強度變化，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 結論

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

（2）通過實驗，我們得到抗剪強度隨濕陷系數(shù)的變化關系的經(jīng)驗公式，計算結果與實測結果較為近似。但該試驗數(shù)據(jù)僅是一工程區(qū)域內收到所取土樣的試驗分析結果，公式的應用還有一定的局限性。

（3）浸水后，濕陷性黃土的力學性質會發(fā)生較大的變化，研究這種變化，對于在力學指標不足的情況下重新評估濕陷性黃土對工程建設的危害，尤其是水利工程將有著一定意義，同時可為工程設計提供一定參考。

［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］.蘭州理工大學學報，2009，35（1）.

［2］朱元青，陳正漢.原狀Q3黃土在加載和濕陷過程中細觀結構動態(tài)演化的CT-三軸試驗研究［J］.巖土工程學報，2009，31（8）.