黃土濕陷性的影響因素分析

王 勇 智

(山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

黃土濕陷性的影響因素分析

王 勇 智

(山西省勘察設計研究院，山西 太原 030013)

為了解黃土濕陷成因，分析了黃土中微結構、礦物質(zhì)含量、可溶鹽、孔隙比、粘粒等與濕陷性的關系，探索了各影響因素對黃土濕陷性的影響程度，為研究黃土濕陷性的本質(zhì)規(guī)律提供了依據(jù)。

黃土，濕陷性，關系，影響

0 引言

影響黃土濕陷性的因素多種多樣，深入研究黃土濕陷性影響因素，了解黃土濕陷成因，并及時制定有效措施進行應對，從而避免黃土濕陷造成的各種危害。因此，加強對黃土濕陷性影響因素研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 黃土中微結構和濕陷性關系分析

1.1 黃土微結構

1)粗礦物顆粒接觸關系。

站在空間結構體系的穩(wěn)定性與力學強度的角度上分析，骨架顆粒是黃土結構體系的支柱。調(diào)查研究顯示，黃土骨架顆粒主要是由大于0.01 mm的粗粉砂顆粒和大于0.05 mm的碎屑顆粒組成。另外，還有一種特殊的骨架顆粒，即集粒。集粒是利用微晶碳酸鹽將少量的粘粒物質(zhì)和微細顆粒膠結起來，其具有骨架支撐功能。黃土碎屑顆粒的形態(tài)對其物理力學性質(zhì)有著重要影響。比如，在掃描鏡下觀察陜西榆林黃土樣本，發(fā)現(xiàn)其骨架顆粒呈次棱角狀和圓狀，由于其排列比較緊湊，且磨圓程度比較高，所以其濕陷性較弱，或者不具有濕陷性。另外，當?shù)貧夂驐l件決定著顆粒形態(tài)。在氣候干燥地區(qū)，集粒中的碳酸鈣保存較好，集粒具有一定的剛性，易形成松散結構，從而具備濕陷性。在氣候濕潤地區(qū)，集粒中碳酸鈣大量流失，集粒變得柔軟，呈流膠狀，易形成凝塊，所以減弱了濕陷性。

2)黃土孔隙。

孔隙和孔隙率是分析黃土物理力學性質(zhì)的重要指標?？紫兜念愋秃统叽绮煌?，在黃土濕陷過程中所起的作用也不同。由松散骨架顆粒堆成的架空孔隙的孔徑大于構成孔隙的粒徑。水侵入后，會削弱孔隙的連接強度，使其失去穩(wěn)定，周圍的顆粒就會落入孔內(nèi)，從而出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象。而粒間孔隙是由骨架顆粒鑲嵌排列而成，比周圍顆粒小，相對比較穩(wěn)定，一般不易出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象。如果黃土的結構遭到破壞或者浸水，都會出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象。因為在這個過程中，黃土的孔隙遭到破壞，變小，微孔隙增加。由此可知，黃土骨架顆粒所形成的中孔隙是黃土受壓浸水時出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象的前提。

1.2 黃土微結構和濕陷性關系分析

通過對陜北、隴西和隴東三個地區(qū)的黃土微結構進行分析，可以發(fā)現(xiàn)：

1)陜北地區(qū)的黃土微結構在濕陷之前，呈支架大孔結構與半膠結結構，有時會呈現(xiàn)絮凝膠結構。黃土濕陷之后，黃土一般呈現(xiàn)鑲嵌微孔結構和大孔半膠結結構，尤其是膠結結構。

2)隴西地區(qū)的黃土微結構在濕陷之前，主要呈現(xiàn)支架大孔結構，偶爾出現(xiàn)鑲嵌微孔結構。黃土濕陷之后，大部分呈現(xiàn)鑲嵌微孔結構和支架大孔結構。

3)隴東地區(qū)的黃土微結構在濕陷之前，大部分呈現(xiàn)半膠結結構，偶爾出現(xiàn)鑲嵌微孔結構和支架大孔結構。黃土濕陷之后，一般呈現(xiàn)鑲嵌微孔半膠結結構，少量的支架大孔結構和鑲嵌微孔結構。各地區(qū)黃土微結構統(tǒng)計見表1。

表1 各地區(qū)黃土微結構統(tǒng)計表 個

由表1可知，西北地區(qū)的黃土微結構具有很明顯的地域特征。自西北向東南，黃土微結構逐漸從支架—鑲嵌孔隙結構過渡到膠結結構，黃土工程質(zhì)量不斷提升。

黃土濕陷是指黃土浸水受壓后，顆粒間的粘結力降低，支架結構瓦解，顆粒重新排列，形成新的孔隙，黃土穩(wěn)定性提高。在黃土濕陷過程中，支架結構的孔隙為黃土濕陷提供了空間場所。黃土多孔性是黃土出現(xiàn)濕陷的關鍵因素。上述三個地區(qū)，陜北黃土濕陷性最低，隴西黃土濕陷性最高。

2 黃土中礦物質(zhì)含量和濕陷性關系分析

黃土中共包含60多種礦物質(zhì)，其中90%是輕礦物，具體包括白云母、石英以及長石，其中石英占大部分。不同地區(qū)的黃土中所包含的礦物質(zhì)的含量和種類基本相同。黃土中的粘土礦物主要是以蒙脫石和伊犁石為主，這兩種礦物質(zhì)對黃土的濕陷性有著重要影響。因為黃土的膠結物和膠結程度決定著黃土的濕陷性，粘土礦物具有膠結作用，填充了粗細顆粒間的孔隙，當黃土受壓或者浸水時，破壞了膠結作用。所以，蒙脫石和伊犁石直接影響著黃土的濕陷性，隨著粘土礦物含量的增加，黃土的濕陷性也不斷提高。

3 黃土中可溶性鹽和濕陷性關系分析

黃土浸水后，可溶鹽的厚度和體積不斷變小，到一定程度后，其膠結強度無法抵抗顆粒移動的外力，從而導致可溶鹽的接觸點發(fā)生斷裂，降低了黃土結構體系的剛度，進而出現(xiàn)黃土濕陷現(xiàn)象。

4 孔隙比和濕陷性關系分析

孔隙比是指土中孔隙和固體體積之比，通過土的孔隙比可以了解其疏密程度。黃土中含有大量的孔隙，這些孔隙的存在，為黃土濕陷提供了一定的空間場所。而孔隙比與黃土濕陷系數(shù)呈正相關，隨著孔隙比的增加，黃土濕陷系數(shù)也隨著增加。從表2可以看出，從西到東黃土的孔隙比是逐漸增加的，黃土濕陷系數(shù)也是不斷增加的。雖然東邊黃土的含水量高于西邊，但是其孔隙比小于西邊，由此可知，東西邊的黃土的疏密程度不同，也說明了東西邊黃土的膠結程度以及結構不同。黃土的結構差異對黃土濕陷系數(shù)的大小也有著重要影響。結構差異與孔隙比大小對黃土的濕陷性以及強度都有著較大的影響。在內(nèi)力和外力的作用下，孔隙較大的大孔架空結構黃土更易被破壞，容易濕陷。相反，在相同作用下，結構膠結程度相同但孔隙比較小的黃土反而不易濕陷。

因此，孔隙比是影響黃土濕陷性的重要因素，在評價黃土濕陷性方面有著很大的意義。各地區(qū)黃土的天然含水量、天然密度、天然孔隙比值見表2。

表2 各地區(qū)黃土的天然含水量、天然密度、天然孔隙比值

5 黃土粘粒和濕陷性關系分析

黃土顆粒主要是指礦物、巖石以及非晶體化合物的碎屑或者碎片。顆粒是非晶體構造，也是礦物質(zhì)晶體構造。比如Fe2O3。通過黃土中的顆粒構成，可以了解第四紀松散堆積體的特征。顆粒是松散堆積體命名和分類的重要基礎，也是沉積環(huán)境、沉積物來源和搬運介質(zhì)的依據(jù)。隨著黃土顆粒的變化，其結構也產(chǎn)生變化，對黃土的物理力學性質(zhì)產(chǎn)生直接影響。

黃土顆粒具有以下兩個特征：大部分顆粒都小于0.25 mm；顆粒是以粉土顆粒為主。粘土顆粒含量占10%～25%，砂土顆粒含量占10%～30%。邊緣黃土區(qū)或者濕陷性黃土的顆粒基本都是以粉土顆粒為主。黃土的顆粒成分在某種程度上影響著黃土的濕陷性。如影響黃土的結構、顆粒的含量等。粘土顆粒雖然占據(jù)的比重較小，但是對黃土的濕陷性有著很大的影響。

我國隴西和隴東地區(qū)的黃土粘粒含量比較低，而陜西地區(qū)的粘粒含量較大，而濕陷性與粘土顆粒增長相反，黃土濕陷性是逐漸降低的。另外，從西到東、從北到南，粉土顆粒與粗粒不斷減少，粘土顆粒不斷增加。由此可知，粘粒含量和濕陷性呈正相關，這與粘粒含量賦存性質(zhì)有關。

6 結語

影響黃土濕陷性的因素多種多樣，具體包括黃土的微結構、黃土中礦物質(zhì)含量、黃土中可溶鹽、孔隙比以及黃土粘粒等。并且不同地區(qū)，由于地理環(huán)境和濕陷原因不同，黃土的濕陷性也存在差異。所以，在分析黃土濕陷性影響因素時，應該根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，綜合各種因素進行分析。建立黃土濕陷性結構模型，準確反映黃土濕陷性本質(zhì)規(guī)律。

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Analysis on factors influencing loess collapsibility

Wang Yongzhi

(ShanxiAcademyofSurvey&Design,Taiyuan030013,China)

In order to understand loose collapsibility causes, the paper analyzes the relationship between micro-loose structure, mineral content, soluble salt, hole ratio and cosmid and collapsibility, and explores the influencing degree of various influential factors upon loose collapsibility, which has provided some basis for studying loose collapsibility quality.

loess, collapsibility, relationship, influence

1009-6825(2015)16-0062-02

2015-03-22

王勇智(1987- )，男，助理工程師

TU444

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