黄土路基的水理特性及影响因素

摘要：通过三轴渗透和崩解试验，对压实黄土的水理特性做了探讨，得出压实黄土的渗透系数、崩解性随干密度的增大而减小，随围压的增大而减小。

关键词：黄土 路基 渗透 水理特性

1、引言

外界水份在浸入路基土的过程中除引起大的湿化变形外，其在土内的运移过程有哪些特点，在浸入过程对物理力学性质有哪些影响？这些问题涉及到土的渗水性、收缩和膨胀性以及崩解性等水理特性，因而考察黄土的水理性研究对路体的稳定及安全运行至关重要，本文着重对路基黄土的渗水与崩解特性进行研究。

2、土体的渗透性

土体渗透性的研究大多采用常水头（70型）和变水头（南55型）常规渗透仪进行以测定土体渗透系数为目的，一般不考虑试验土样在原位置的应力状态，因此一般偏大；而通过三轴渗透试验，可以较好地模拟工程实际研究土体的干密度、围压等对黄土渗透特性的影响，可以有效弥补常规渗透试验的不足并减小误差。

2.1试样制备

采用常规三轴制样器分4层压实制作的直径39.1 mm、高80mm的标准重塑土样进行三轴渗透试验；崩解试验所用的试样，通过两种方法获得：未进行剪切破坏的试样分三层由三轴制样器压实的直径39.1mm，高60mm的试样；剪切破坏后土样削成直径39.1mm高60mm规格的试样，作为崩解对比样。

2.2试验方法

试验所用仪器为SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪，试样按《土工试验规程(SL237～1999)》关于三轴试验的要求安装。试验过程中控制周围压力分别为50、100、150 kPa（相当于约8m深土层），在每级围压下施加相同的渗水压力进行恒水头渗透试验，试样在恒渗水压力下的渗透系数按式（1-1）计算。为便于分析，k值按规范统一换算为20℃的渗透系数k20值。

（1-1）

式中：Q―t时间内渗水量，ml； L―试样高度，cm；

P―用水头表示的渗水压力，cm；A―试样过水面积，cm2；

t―渗水时间，min。

崩解试验按SL273―1999规程进行，但需指出的是试验用样为三轴试验制样模具制作的圆柱样，为便于分析土样剪切前后崩解性能变化规律，包括崩解过程曲线（崩解量At-时间t关系曲线）与崩解速率。试验方案主要考虑两个控制因素：土样质量压实度与土样质量含水率。其崩解量计算依式（1-2）进行。

(1-2)

式中：AT―t时刻试样崩解量%；RT―t时刻浮筒齐水面处刻度读数；

R0―开始时刻浮筒齐水面处刻度读数；

Rend―崩解结束时刻浮筒齐水面处刻度读数。

本文依此公式（1-3）和崩解曲线最陡段斜率两种方法进行崩解速率分析。

（1-3）

式中：v―崩解速率cm3/min；RT―崩解结束时浮筒读数；A―体积换算系数。

3、路基黄土的崩解特性

土的崩解，是指粘性土在静水中发生碎裂解体塌落或强度减弱的现象，又称湿化性。

3.3.1干密度对崩解性能的影响

试验过程中将压实黄土试样放入清水中时，压实度较小土样表现为周围水立即混浊，有大量气泡逸出土体；筒内水面马上聚集漂满微小气泡，紧接着土样表面开始崩解掉落，崩解的碎屑物以粒状为主；压实度较大样表现与其类似，不过剧烈程度小的多。

图1-1为初始含水率为14%时不同压实度黄土样的崩解量与时间关系，即崩解曲线，其基本形状为S形。图线表明压实度越大，同体积的土样崩解过程线越缓和，崩解掉落完所需时间越长。对图中各线条最陡段求其斜率，并利用公式（1-3），得两种方法下的崩解速率，结果如表1-1。

图1-1 不同压实度下黄土崩解曲线图

表1-1 崩解速率

做出崩解速率与压实度关系曲线，如图1-2。我们可直观的看到土样崩解随压实度的变化规律。可见，无论采用哪种方法求得崩解速率，所得曲线形状基本相同，黄土崩解速率随压实度增大而减小，尤其是当压实度大0.98后，崩解性已很小，并且基本不发生变化。表明在工程实际中若真正能实现0.98的压实度要求，黄土的湿化破坏可有效的降低。

3.3.2剪切前后黄土崩解性能变化

将破坏后切削为3.91cm×6.0cm的圆柱试样与相同规格的未进行剪切试验的试样分别进行浸水崩解。图1-3 a、b两图表明不同初始含水的土样在剪切破坏前后有不同的崩解特性。当初始含水为10%与14%时，剪切应力应变关系变现为软化型曲线，剪切破坏后崩解曲线较未进行剪切破坏的原试样陡峭，崩解速率要比未进行剪切破坏的原样大，但是崩解历时却要长。而初始含水率为22%和18%情况下时，破坏前后试样的崩解特性则刚好与低含水相反，较高含水时土样剪切应力应变关系为硬化型，土体塑性增强，土样在剪切过程中被压密且没有裂缝，水的入渗通道减少，土体崩解过程受阻，土体崩解时间成倍增加，相应崩解速率急剧减小。

图1-2 崩解速率与压实度的关系

图1-3 土样剪切破坏前后崩解曲线

4、小结

（1）压实黄土的渗透系数随干密度的增大而减小，随围压的增大而减小；非饱和压实黄土水分初始入渗速率随随压实度和围压增大而减小。表明对黄土工程，要切实做好表层土体的的渗水控制。

（2）压实黄土的崩解性随干密度的增加而减小，但并非只是线性关系，相关关系还值得探讨；随初始含水率的增大而减小，表明在干燥自然环境下，有必要考虑黄土的崩解性能对黄土的强度与变形的影响。

（3）较低含水情况下，土体剪切破坏（或其他原因）引起裂缝对黄土工程的稳定性极度不利，及时做好防水排水工作对维护工程长久安全有重要意义。

参考文献：

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