黄土的湿陷性研究探讨

[摘要]黄土湿陷性问题，一直是黄土地区的一个典型的工程地质问题，黄土的湿陷性对其分布区的工程建设活动常常造成巨大的危害，对工程建筑极具破坏性。要预防和减少黄土的湿陷性的危害，弄清黄土的湿陷成因就显得十分重要。

[关键词]黄土 湿陷性 影响因素

[中图分类号] TU475+.3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-12-37-1

黄土是处于干早、半干旱气候带条件下形成的第四纪沉积物，在我国西部地区分布很广，每年因黄土的湿陷性而造成的损失巨大。湿陷性黄土是长期自然地质作用形成的，它是指黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度也随之降低。由于湿陷性黄土特殊的工程特性，常使修筑其上的各种构筑物发生破坏，如建筑物的变形或裂、公路路基沉陷或公路边坡坍塌，严重影响了建物的使用和公路的正常运营。所以，在黄土地区建各构筑物时，首先要重视的便是黄土的湿陷性，要解决的主要问题也就是减轻以至消除黄土湿陷性， 因而对黄土的湿陷特性进行研究及湿陷等级进行评判变的尤为必要，对工程建设有着重要的意义[1]。

1黄土湿陷的主要特征

黄土的湿陷变形是一种较特殊的塑性变形，它的特殊性不仅表现在它是力与水共同作用的结果，还表现在它密切依赖于几何应力状态、应力历史与湿度状态、增湿水平和增湿历史等。大量试验结果及工程实践经验表明：湿陷性黄上的湿陷变形具有突变性、 非连续性和不可逆性三大特征。湿陷系数δs是目前用以判断黄土湿陷等级、评判黄土湿陷危害并预测湿陷量的常用指标。GB50025―2004《湿陷性黄土地区建筑规范》规定岩土工程勘察须作出湿陷性黄土层的厚度、湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力随深度的变化等评价；通常的方法就是现场探井取样，做室内湿陷试验。GB50021―2001《岩土工程勘察规范》指出：“当不能取试样做室内湿陷试验时，应采用现场载荷试验确定湿陷性”。众所周知，与常规室内试验相比，载荷试验更费时、费力。人们想通过湿陷系数与黄土的物理性质的相关性得到地区经验公式，以便能更方便而准确地获取工程建设场地所含黄土的湿陷系数[2]。

2黄土湿陷的原因和机理

对黄土湿陷的原因和机理的认识存在多种不同的论点，总体上可归纳为内因和外因两个方面。内因指的是黄土本身的物质成分和其内部颗粒结构；外因则是水和外在的压力作用所影响[3]。我国的湿陷性黄土形成于干旱或半干旱气候条件下。风成黄土在沉积过程中，表层受大气降水的影响较大。在干燥少雨的气候条件下，一般降水浸湿的土层厚度小于蒸发影响的土层厚度。黄土湿陷性产生的原因主要是由于结构上的欠压密状态；干旱或半干旱气候条件导致的含水量较低，且随着水分蒸发，导致盐类析出、溶解、凝结作用等。不难理解，含水量和孔隙比对于湿陷性具有较大的影响，而黄土所含的各种盐类及矿物质的含量对黄土湿陷性也具有较大的影响，一般以干密度来对其进行考量。众所周知，湿陷性黄土具有湿陷起始压力，也就是说黄土的颗粒间的粘聚力与湿陷系数的大小具有较大的相关性，以压缩模量考查黄土的强度。所以黄土的湿陷系数与其含水量、干密度、孔隙比和压缩模量具有较好的相关性。

3湿陷变形的影响因素

黄土自重湿陷系数关系密切的依次为孔隙比、干密度、含水量和塑性指数，即孔隙比对黄土自重湿陷系数影响最大，干密度次之，含水量稍差，而塑性指数则不直接相关，这与主成分分析结论一致。

水对黄土湿陷性主要是通过影响黄土物质（胶结物）并进而影响微结构来体现的，黄土微结构的形成需要适量的水分，如通过溶解淋滤等水化学作用，胶结物使颗粒之间相互连接，胶结物的状态及其在黄土颗粒间的分布受水分控制，有各种不同的胶结方式及连接牢固程度，因此适量的水有利于黄土形成较稳定的结构，是黄土微结构的有利因素。初始含水量越大，颗粒间的连接和胶结越强，湿陷性则越弱。当初始含水量达到25%以上，湿陷性消失[4]。初始含水量随场地水文地质条件的变化而动态变化，如降水、人工灌溉、地下水位变动等，湿陷性随之变化。

孔隙发育特征是黄土结构的重要方面，孔隙比是黄土孔隙体积和数量的直接反映，它间接表征了黄土的微结构特征，孔隙比越大，孔隙体积和数量越大，从而提供湿陷变形的空间越大；干密度一方面反映了黄土的物质成分、另一方面反映了孔隙特征和土体的密实程度，干密度越大，则土体越密实，从而不利于湿陷的发生；含水量与各场地的水文地质条件有关，且时刻随降水和地下水位的变化而波动，离散性高；塑性指数仅反映粘粒含量的多少。总之，黄土湿陷是黄土组成物质和微结构特征共同决定的，微结构（孔隙大小及分布、颗粒大小）是其主要方面，初始含水状态和组成物质（粘粒含量）对其有一定的影响，矿物成分对其影响较小。由此表明采用干密度、孔隙比、含水量和塑性指数为指标，基于数据挖掘技术的湿陷性影响因素分析是正确的且可行的。

黄土湿陷首先取决于黄土自身的湿陷性程度，湿陷性程度越高，湿陷量越大。其次与湿陷性土层宏观结构有关，相同湿陷程度的黄土，湿陷性土层厚度越大，湿陷量越大；黄土湿陷也与湿陷性土层的结构特征密切相关，对于具有多土层相间分布的结构，因各土层的湿陷程度不同，有的土层湿陷性较强，而有的则较弱甚至不具湿陷性（如粘土层或粘质黄土层），不同湿陷程度土层数量越多，结构越复杂，对黄土湿陷的影响远比土层结构均匀者复杂，土层内含湿陷性强的土层越多、厚度越大，则湿陷量相对越大。此外，赋存环境的变化是引起湿陷变形的外因，是湿陷发生的先决条件。

4结论

黄土湿陷是一个复杂的物理、化学变化过程，受多种因素制约，正确评价黄土的湿陷性具有较大的难度。黄土的干密度、含水率、孔隙比等，这些物理指标数值稳定，易于测定，误差小，而黄土的湿陷系数却随试验条件和测试技术的差异而不同，变化幅度较大，易影响评价的精度。因此，根据对黄土湿陷性本质的认识及工程实际研究分析，探索湿陷系数与黄土物理指标间的关系，进而对湿陷系数作出预测，可以在一定程度上减小试验工作量，简化地基湿陷性评价方法，对综合评价场地的湿陷性具有较大的实际意义。

参考文献

[1]庞旭卿，倪万魁.黄土的湿陷特性研究及湿陷等级评判[J].工程地质学报.2006.14.

[2]王吉庆，雷胜友等.黄土湿陷系数与物理性质参数的相关性[J].煤田地质与勘探.2013.6

[3]毕毅.黄土地基湿陷性研究[J].工土工基础，1999，13（3）.

[4]刑娇秀.影响黄土湿陷性因素分析研究[D].西安：长安大学，2004.