淺談含水量對(duì)黃土濕陷性的影響

陳香鳳 徐建軍

（1隴東學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745100；2長慶油田采油二廠工程項(xiàng)目管理室，甘肅 慶陽 745100）

隴東地區(qū)東倚六盤山，西接子午嶺，位于黃土高原西端，屬黃河中游內(nèi)陸地區(qū)，其黃土分布面積廣且沉積厚度較大。從文獻(xiàn)研究來看，學(xué)者們對(duì)隴東黃土的研究有不少，關(guān)于濕陷性的成因也存在較大的差異，但在工程建設(shè)中，黃土變形指標(biāo)可通過室內(nèi)外試驗(yàn)得出。本文以隴東黃土為例，研究含水量對(duì)黃土濕陷性的影響。

1 黃土的濕陷機(jī)理及影響因素

1.1 黃土的濕陷機(jī)理

濕陷指黃土由于受到上部荷重下浸水，在多種因素作用下突然下沉變形。濕陷性的黃土結(jié)構(gòu)主要由集粒和碎屑顆粒構(gòu)成，含水量的變化會(huì)影響粒間連結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度。當(dāng)含水量增加，毛管的張力帶來的法向應(yīng)力會(huì)受到影響而減小，會(huì)降低黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，打破原有的土顆粒的平衡，進(jìn)而出現(xiàn)塌落等情況，在多米諾效應(yīng)下，就會(huì)造成黃土的濕陷。影響隴東黃土粒間連結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的因素，主要是上覆荷重傳遞的有效法向應(yīng)力、粒間法向應(yīng)力、粒間接觸面的摩擦系數(shù)及粒間接觸處凝聚著少量膠凝物質(zhì)。

1.2 黃土濕陷性影響因素分析

1）黃土微結(jié)構(gòu)。在發(fā)生濕陷前，黃土的微結(jié)構(gòu)主要是支架大孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)鑲嵌結(jié)構(gòu)也會(huì)一定程度上存在。發(fā)生濕陷后，兩種結(jié)構(gòu)所占比例仍比較大，膠結(jié)的情況很少發(fā)生。但地區(qū)不同，也會(huì)存在一些差別，如隴東地區(qū)的黃土濕陷后主要是鑲嵌微孔半膠結(jié)結(jié)構(gòu)，膠結(jié)現(xiàn)象較少；陜北地區(qū)的黃土濕陷后主要是鑲嵌微孔結(jié)構(gòu)與支架大孔半膠結(jié)結(jié)構(gòu)，膠結(jié)現(xiàn)象非常突出。黃土濕陷變形除了受到水的壓力，支架結(jié)構(gòu)的孔隙也是重要的影響因素。

2）物理性質(zhì)?？紫侗?、天然含水量、飽和度及液限都會(huì)對(duì)黃土的物理性質(zhì)產(chǎn)生影響，特別是孔隙比的影響更大。就黃土的結(jié)構(gòu)而言，孔隙的發(fā)育是非常重要的影響因素。黃土的孔隙不僅能反映黃土的微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還能反映孔隙的數(shù)量及體積。很多室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示，黃土孔隙比的變化大多在1.0～1.1。隨著孔隙比越來越高，黃土孔隙的數(shù)量及體積也相應(yīng)增加，這就容易不斷地增大黃土濕陷變形的空間。反之，較小的孔隙比也會(huì)縮小黃土濕陷變形的空間。

含水量的多少對(duì)黃土濕陷性的影響主要是對(duì)黃土的微結(jié)構(gòu)和膠結(jié)物產(chǎn)生影響。受到水的作用，黃土的膠結(jié)物與顆粒會(huì)變得更加緊密，強(qiáng)度也會(huì)變大，但同時(shí)受水分多少的差異，連接強(qiáng)度、膠結(jié)的形式也會(huì)存在很多的不同。黃土的天然含水率越大，其濕陷性則越小。含水量與濕陷性在一定范圍內(nèi)呈反比關(guān)系，隨著含水量的增大，濕陷系數(shù)明顯降低。因此，為了確保黃土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必須加強(qiáng)對(duì)水的含量控制。若是含水量的初始值比較高，黃土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)顆粒與膠結(jié)間的強(qiáng)度也會(huì)越來越大，這樣就能有效減少濕陷性的發(fā)生。

3）化學(xué)性質(zhì)。在力學(xué)性質(zhì)方面，黃土有機(jī)構(gòu)性和欠壓性兩種。機(jī)構(gòu)性指濕陷性黃土在一定條件下，能通過物理化學(xué)因素使顆粒相互接觸產(chǎn)生固化聯(lián)結(jié)鍵，增強(qiáng)成土骨架的強(qiáng)度，從而保證原始基本單元結(jié)構(gòu)不被破壞，在這種情況下，黃土就會(huì)表現(xiàn)出比較典型的強(qiáng)度高、壓縮性低等的特點(diǎn)。如果這種原始結(jié)構(gòu)被破壞，黃土就會(huì)屈服、軟化、濕陷等。黃土的欠壓性是因濕陷性黃土沉積過程比較漫長，顆粒間固化鍵強(qiáng)度的增長速率大于上覆土層壓力增長速率，使得黃土顆粒間的空隙度比較高，固結(jié)壓密度比較低，處在欠壓密狀態(tài)。

4）物質(zhì)組成。石英和長石、方解石等微碎屑是我國黃土的主要構(gòu)成內(nèi)容，另外還有一定的伊利石等粘土礦物，蒙脫石則較少。在黃土濕陷性影響因素中，伊犁石和蒙脫石的影響比較突出，且呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

5）粘粒含量。黃土的顆粒大多數(shù)小于0.25mm，以粉土顆粒為主，濕陷性黃土的顆粒成分同樣也以粉土顆粒為主。研究顯示，在隴西、隴東兩個(gè)區(qū)域，黃土粘粒含量是比較低的，但是在陜西關(guān)中地區(qū)則明顯升高。

2 含水量對(duì)隴東黃土濕陷性的影響

隴東黃土分布相對(duì)來說比較廣泛，而且沉積厚度也非常大，研究其濕陷性有助于提高地面工程建設(shè)質(zhì)量。在分析方法中，一般采取預(yù)濕法、后濕法、次序效應(yīng)方法來測定黃土濕陷性。研究顯示，預(yù)濕法時(shí)水參與的作用要比后濕法時(shí)水的作用要大得多。本文選擇后濕法對(duì)隴東慶陽地區(qū)某工程的地基土樣進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)方法：以含水率24%為基準(zhǔn)，按照3%遞減或遞增，詳細(xì)記錄實(shí)測數(shù)據(jù)，觀察不同含水率對(duì)土樣濕陷性影響規(guī)律。

試驗(yàn)結(jié)論：黃土的濕陷系數(shù)與含水率呈線性反比關(guān)系。當(dāng)黃土的含水率達(dá)到或超過特定極限值，其不會(huì)因濕陷壓力而發(fā)生濕陷系數(shù)≥0.015的濕陷變形。這一數(shù)值就是黃土濕陷極限含水率。本文使用的隴東黃土土樣濕陷極限含水率約24%。如果黃土越干燥，那么土的天然含水率越低，其濕陷系數(shù)就越大，濕陷變形的可能也越大。這提示黃土濕陷性會(huì)受到含水率的重要影響。

3 結(jié)論

綜上所述，濕陷性黃土具有豎直節(jié)理發(fā)育，自身有一定的強(qiáng)度。但遇水后，這種豎直節(jié)理的強(qiáng)度會(huì)極大地降低，一旦發(fā)生變形，結(jié)構(gòu)就會(huì)因遭到破壞而發(fā)生滲漏水，產(chǎn)生濕陷，加劇沉降等。我國濕陷性黃土的分布范圍比較廣泛，其濕陷性對(duì)工程項(xiàng)目會(huì)產(chǎn)生較大的危害，因此，必須重視和加強(qiáng)濕陷性黃土治理，將黃土的濕陷性降到最小。