保德地区大厚度湿陷性黄土特征分析

【摘要】通过对保德县黄土梁地区的勘察，得出该地区为大厚度湿陷性黄土区，湿陷性黄土层厚度20～30m，主要为第四系全新统及上更新统的风成及坡积堆积物，湿陷类型为自重湿陷性，湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级，属中等～严重湿陷性黄土场地，湿陷性黄土在天然状态和饱和状态下力学性质差异较大。

【关键词】保德县黄土梁区；湿陷性黄土；物理力学性质；湿陷性特征

1. 概况

（1）保德县位于山西省忻州市西北部，西靠黄河，属黄土丘陵沟壑区，区内黄土浅沟、冲沟、宽谷等黄土地貌发育，有黄土梁、峁、塔、小台坪等黄土地貌，有陷穴、漏斗、黄土桥等黄土溶洞地貌，还有崩塌、滑坡、错落等黄土重力地貌。地表千沟万壑，梁峁交错，支离破碎，属典型的黄土地貌景观。

（2）山西省某氧化铝厂厂址位于山西省保德县杨家湾乡霍家梁村的黄土梁上，厂址地势相对开阔，为一东西走向的狭长地带，总体地势东高西低，中间高南北低，周边黄土冲沟发育，属典型的黄土地貌，场地海拔高程介于960～1020m之间。

2. 场地地层情况

场区地层主要为第四系全新统及上、中更新统的风成及坡积堆积物，其中第四系全新统、上更新统的堆积物属湿陷性黄土，厚度约20～30m，属自重湿陷性黄土；中更新统的堆积物属黄土，但基本无湿陷。各地层具体情况如下：

（1）第①层 黄土状粉土（Q41eol）：浅黄、黄色，干，稍密，具孔隙，虫孔发育，砂粒含量较高，结构较松散，局部含少量钙质结核及钙质菌丝，层厚4.0～12.0m，平均厚度8.5m，主要分布在黄土冲沟内。

（2）第②层 湿陷性粉土（Q3eol）：浅黄、黄、黄褐色，干，稍密，局部中密，具大孔隙，层厚16.4～25.6m，平均厚度21.5m。

（3）第③ 黄土（Q3eol）：浅黄、黄、黄褐色，稍湿，中密，局部稍密，垂直节理较发育，砂粒含量稍高，含大量钙质结核，低压力下基本无湿陷，高压力下偶具湿陷性，层厚3.0～10.0m，平均厚度6.2m。

（4）第④层 粉土（Q2）：黄褐、黄红、褐红色，稍湿，中密～密实，局部相变为粉质粘土，含大量钙质结核，无湿陷，层厚10.7～18.0m，平均厚度13.1m。

3. 黄土的物理力学性质

3.1黄土的物理性质。

（1）湿陷性黄土的颗粒组成：

第①层黄土状粉土的颗粒组成以砂粒（粒径>0.05mm）为主，含量超过50%，第②层湿陷性粉土的颗粒组成以粉粒（粒径0.05～0.005mm）为主，含量超过60%，各层湿陷性黄土的颗粒组成情况详见表1“各层湿陷性黄土颗粒组成统计表”。

（2）黄土的物理性质：

各层黄土的物理性质（天然含水量、孔隙比、密底、饱和度、液塑限）详见表2“各层黄土物理性质统计表”。

①天然含水量：各层土的天然含水量变化不大，第①层黄土状粉土的天然含水量基本小于10%，第②、③、④层土的天然含水量虽有不同程度的增高，但增高幅度不大，基本稍大于10%。

②密度：各层土的密度随深度增加呈逐渐递增的规律，增幅在6%～8%之间；从试验统计数据可看出，黄土的密度与湿陷性关系密切，随着密度增加，湿陷性逐渐消弱，当黄土的天然密度小于1.65g/cm3时，具湿陷性，且密度越小，湿陷性越强烈；当黄土的天然密度介于1.65～1.70g/cm3时，低压力 （小于300KPa） 下基本无湿陷性，高压力（大于300KPa）下偶具湿陷性；当黄土的天然密度大于1.70g/cm3时，不具湿陷性。

③天然孔隙比：各层土的天然孔隙比随深度增加呈逐渐递减的规律，从试验统计数据可看出，第①、②、③、④层土的天然孔隙比的递减幅度分别为6.9%，19.5%和15.3%，其中第①、②层湿陷性土层的递减幅度较小，小于10%，从湿陷性土层到非湿陷性土层的递减幅度较大，大于10%；另外天然孔隙比是影响黄土湿陷性的又一重要指标，从试验统计数据可看出，本地区当黄土的天然孔隙比大于0.90时，具中等～强烈湿陷性，当天然孔隙比介于0.84～0.90之间时，一般具轻微湿陷性，当天然孔隙比小于0.84时，一般不具湿陷性。

④饱和度：各层土的饱和度随深度增加呈逐渐递增的规律，从试验统计数据可看出，第①、②、③、④层土的饱和度的递增幅度分别为41.2%，64.4%和10.0%。

⑤液塑限：本场地第①、②、③、④层黄土的液塑限指标变化不大。

3.2黄土的力学性质。

天然状态下各层黄土的力学强度指标（压缩性、抗剪强度、标贯值、静探指标）详见表3“各层黄土力学性质统计表”。

（1）压缩性：本场区湿陷性黄土基本呈中压缩性，随深度增加压缩性逐渐降低，且与其物理性质无明显的对应关系。

（2）抗剪强度：各层土的粘聚力随深度增加总体呈逐渐递增的规律，但局部也有小幅度的降低，从试验统计数据可看出，第①、②、③、④层土的粘聚力的递增幅度分别为33.0%，-5.7%和-8.9%；各层土的内磨擦角随深度增加变化不大，且无明显规律。

（3）侧摩阻力和端阻力：随深度增加呈逐渐递增的规律，从试验统计数据可看出，第①、②、③、④层土的侧摩阻力的递增幅度分别为52.7%，28.6%和9.8%，随深度增加增幅逐渐变小；第①、②、③、④层土的端阻力的递增幅度分别为38.7%，39.7%和15.8%，随深度增加增幅逐渐变小。

（4）标贯：标贯实测击数较高，且随深度增加呈逐渐递增的规律，第①、②、③、④层土的标贯实测击数的递增幅度分别为77.7%，43.7%和13.0%，随深度增加增幅逐渐变小。

4. 湿陷性黄土特征分析

4.1湿陷性。

（1）本场地第①层黄土状粉土的湿陷系数介于0.0158～0.0911之间，平均值0.0439，湿陷程度为中等，局部强烈；第②层湿陷性粉土的湿陷系数介于0.0154～0.0727之间，平均值0.0345，湿陷程度为中等。第①层黄土状粉土的湿陷起始压力介于6～188KPa，平均值76.7 KPa；第②层湿陷性粉土的湿陷起始压力介于13～347KPa，平均值123.0 KPa。湿陷系数和湿陷起始压力变化大，总的看湿陷系数随深度增加基本呈逐渐递减，湿陷起始压力逐渐递增，但无明显的变化规律。

（2）本场地总自重湿陷量介于70～300mm之间，为自重湿陷性黄土场地；总湿陷量介于150～800mm之间，结合总自重湿陷量和场地地形地貌条件，本场地湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级，属中等～严重湿陷性黄土场地。

4.2湿陷性黄土的结构性和欠压密性。

（1）结构性：湿陷性黄土在一定条件下具有保持其原始基本单元结构形式不被破坏的能力，在其结构强度未被破坏或软化的压力范围内，表现出压缩性低、强度高等特点，但其结构一量遭到破坏，其力学性质将大幅度降低。

（2）欠压密性：由于湿陷性黄土的沉积过程非常缓慢，上覆压力增长速率远小于颗粒间固化键强度的增长速率，使得黄土颗粒间保持着较松散的高孔隙度，使得未在上覆荷重作用下被固结压密，处在欠压密状态。

4.3湿陷敏感性。

（1）由于湿陷性黄土的抗剪强度指标受含水量影响较大，而本场地土层干燥，因此按天然状态和增湿状态（含水量增至20%）分别做了直剪试验，试验结果统计详见表4 “抗剪强度指标比较表”。

（2）从试验结果可以看出，含水量变化对内磨擦角影响不大，影响幅度不超过5%；而增湿后的粘聚力（C/）比天然状态下的粘聚力（C）有大幅度降低，相对降低比值（C- C/）/ C为敏感度（η）。

（3）试验计算结果表明，本场地第①、②、③层土的敏感度η分别为56%、51%、30%，湿陷性黄土的敏感度高，超过50%，而非湿陷性黄土的敏感度较低，小于30%，且敏感度随深度增加逐渐减小。

（4）另外试验计算结果表明，当含水量从天然状态增湿至20%时，湿陷性黄土的粘聚力（C）降低约50%，而非湿陷性黄土粘聚力（C）降低约30%。

4.4湿陷临界系数。

（1）黄土的天然含水量W、密度ρd、饱和度Sr、天然孔隙比e

等是影响黄土湿陷的四个重要指标，将W·ρd/Sr·e称为湿陷临界系数（λ）。

（2）试验计算结果表明，在本场地内，当λ≤0.53时，具湿陷，当λ>0.53时，基本无湿陷。

5. 结论

综合分析，保德县黄土梁区为大厚度湿陷性黄土区，湿陷性土层厚度20～30m，为第四系全新统及上更新统的风成及坡积堆积物，属自重湿陷性黄土，湿陷等级Ⅱ～Ⅲ级，属中等～严重湿陷性黄土场地，属欠压密状态，湿陷性黄土的敏感度高，当含水量从天然状态增湿至20%时，湿陷性黄土的力学强度会大降低，湿陷性黄土的湿陷性与天然含水量W、密度ρd、饱和度Sr、天然孔隙比e关系密切。

参考文献

[1]王小强 山西同德铝业有限公司保德氧化铝项目岩土工程勘察报告.

[2]姚志华 兰州地区大厚度自重湿陷性黄土场地浸水试验综合观测研究.

[3]张伟时 黄土度坑浸水试验在湿陷性黄土场地评价中的作用.

[4]常士缥 工程地质手册第四版.

[5]罗宇生 湿陷性黄土地区建筑规范GB50025-2004.