大厚度自重濕陷性黃土場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)研究

王慶滿 范寒光 劉 藝 房盛楠 張 鑫

（1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710043；2.西安市軌道交通集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

0 引言

西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入實(shí)施使得黃土地區(qū)工程建設(shè)日益增多，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善，城際鐵路、城市軌道交通工程、綜合管廊等迅速發(fā)展，黃土的濕陷性評(píng)價(jià)及地基處理問(wèn)題成為工程建設(shè)所面臨的難題。

目前黃土濕陷性的評(píng)價(jià)方法主要分為兩種，一是計(jì)算法，采用室內(nèi)試驗(yàn)方法所確定的自重濕陷系數(shù)、濕陷系數(shù)計(jì)算，綜合判定場(chǎng)地的濕陷類(lèi)型、濕陷等級(jí)；二是實(shí)測(cè)法，采用現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)（包括樁基浸水）的方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得自重濕陷量。但黃土室內(nèi)試驗(yàn)與原位試驗(yàn)試驗(yàn)條件存在差異，包括取樣擾動(dòng)、飽和狀態(tài)、邊界條件、試驗(yàn)面積、應(yīng)力路徑、土質(zhì)不均勻、拱效應(yīng)等，使得自重濕陷量的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間往往存在差異[1-3]。后者由于試驗(yàn)范圍大，土體未擾動(dòng)，保持了原始的應(yīng)力狀態(tài)，代表性好，能夠準(zhǔn)確判斷場(chǎng)地的濕陷類(lèi)型及濕陷下限深度，及時(shí)修正區(qū)域土質(zhì)修正系數(shù)β0，該方法是目前公認(rèn)濕陷性評(píng)價(jià)中最可靠的方法。涂光祉等[4]、錢(qián)鴻縉等[5]、李大展等[6]、黃雪峰等[7]、吳小鵬等[8]、姚志華等[9]、馬 閆等[10]先后針對(duì)不同工程開(kāi)展了不同規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)，取得了一定成果。但由于現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)成本大、周期長(zhǎng)，實(shí)際工作中開(kāi)展的相對(duì)較少。

本研究在西安地區(qū)開(kāi)展了大型試坑浸水試驗(yàn)，對(duì)浸水過(guò)程中注水量、水分場(chǎng)的運(yùn)移規(guī)律、地表濕陷變形特征、分層濕陷變形特征、裂縫的發(fā)育發(fā)展規(guī)律、浸水影響范圍及飽和范圍等進(jìn)行研究，研究成果為地區(qū)工程濕陷性評(píng)價(jià)及地基處理提供了技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)概況

1.1 場(chǎng)地巖土工程條件

本試驗(yàn)場(chǎng)地位于西安市東郊浐河西岸，東距浐河約1.5 km，場(chǎng)地地勢(shì)較平坦，地貌單元屬?zèng)汉尤?jí)階地，地下水埋深約38 m。

在場(chǎng)地周邊人工開(kāi)挖探井3個(gè)，深度30～31 m，每米采取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試，濕陷起始?jí)毫Σ捎秒p線法，場(chǎng)地地層巖性見(jiàn)表1，物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表1 試驗(yàn)場(chǎng)地地層巖性表

表2 場(chǎng)地物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)探井土工試驗(yàn)資料成果，本場(chǎng)地的自重濕限下限深度為26 m，按《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50025-2018）有關(guān)規(guī)定計(jì)算（β0取0.9），場(chǎng)地自重濕陷量為528 mm，濕陷量為1065 mm，試驗(yàn)場(chǎng)地屬自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為 Ⅳ級(jí)（很?chē)?yán)重）。

1.2 試坑設(shè)計(jì)

試驗(yàn)場(chǎng)地濕陷性土層厚度為26 m，為使?jié)裣菪酝翆尤拷柡?，并充分發(fā)生自重濕陷，試坑設(shè)計(jì)為圓形，直徑26 m，試坑深度0.5 m，為平衡場(chǎng)地自重壓力及增加土層的滲透性，在試坑底部鋪設(shè)0.1 m的卵礫石。

通?，F(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)過(guò)程中為了加速地基土浸水飽和，在坑內(nèi)布設(shè)了一定數(shù)量的滲水孔，此舉使得試驗(yàn)成果不能反映出水分自然緩慢入滲對(duì)自重濕陷的影響。為研究原始黃土地層水分場(chǎng)的運(yùn)移規(guī)律，分析濕陷的發(fā)展特征，本次試驗(yàn)不設(shè)置滲水孔，在埋設(shè)用于沉降監(jiān)測(cè)的深標(biāo)點(diǎn)時(shí)，對(duì)埋設(shè)孔進(jìn)行分層回填夯實(shí)。

1.3 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

本次試驗(yàn)共布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)67個(gè)，其中淺標(biāo)點(diǎn)43個(gè)，深標(biāo)點(diǎn)24個(gè)。淺標(biāo)點(diǎn)由試坑中心向外分3個(gè)方向放射狀布置A、B、C三條測(cè)線，三條測(cè)線呈120°夾角，每條測(cè)線試坑內(nèi)布置6個(gè)淺標(biāo)點(diǎn)，距圓心距離分別為1.5 m、3.5 m、5.5 m、7.5 m、9.5 m、11.5 m，試坑外布置8個(gè)淺標(biāo)點(diǎn)，距試坑邊距離分別為1.0 m、3.0 m、5.0 m、7.0 m、9.0 m、11.0 m、15.0 m、20.0 m。（見(jiàn)圖1）

圖1 試坑浸水試驗(yàn)平面布置圖

深標(biāo)點(diǎn)的布設(shè)根據(jù)地層特征及基礎(chǔ)埋深綜合考慮，在重點(diǎn)部位（如隧道的頂?shù)装?、基底附近）?yīng)加密布設(shè)，此次試驗(yàn)深標(biāo)點(diǎn)最深埋設(shè)至26 m，為使地基土盡可能同時(shí)達(dá)到飽和，深標(biāo)點(diǎn)深度采用交錯(cuò)對(duì)稱布設(shè)，每個(gè)深度布設(shè)2組標(biāo)點(diǎn)。

1.4 土壤水分計(jì)的布設(shè)

為分析浸水過(guò)程中各層土體含水量變化情況及水分場(chǎng)的時(shí)空運(yùn)移規(guī)律，本次在試坑內(nèi)、外分別布設(shè)土壤水分計(jì)。結(jié)合地層結(jié)構(gòu)，試坑內(nèi)布設(shè)深度分別為5 m、10 m、15 m、20 m、25 m，分布在距試坑中心5.5 m、8.0 m、10.5 m的同心圓上，每一深度布設(shè)2組水分計(jì)。坑外在A組淺標(biāo)點(diǎn)附近布置深度不同的2排水分計(jì)，各排水分計(jì)埋置深度分別為8.0 m、16.0 m，其中埋深8.0 m水分計(jì)4個(gè)，距試坑邊距離分別為2 m、4 m、6 m、8 m，埋深16.0 m水分計(jì)4個(gè)，距試坑邊距離分別為3 m、6 m、9 m、12 m。

1.5 水位觀測(cè)孔及含水率測(cè)試孔的布設(shè)

此次試驗(yàn)在試坑外布設(shè)了水位觀測(cè)孔，孔深均為26 m，位置與水分計(jì)相同。

為確定本次試驗(yàn)浸水影響范圍，在試坑內(nèi)、外分別布設(shè)測(cè)試孔，試坑內(nèi)2個(gè)，試坑外4個(gè)，鉆孔間距3 m。每個(gè)鉆孔內(nèi)均間隔0.5 m采取擾動(dòng)土樣現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行含水率及飽和度試驗(yàn)，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)試孔要求浸水結(jié)束后，立即進(jìn)行。

1.6 浸水試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)過(guò)程中，每天固定專(zhuān)人、固定儀器、固定時(shí)間對(duì)注水量及沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)實(shí)施中按照浸水前期→浸水后期→停水前期→停水后期，對(duì)監(jiān)測(cè)頻率做密→疏→密→疏的相應(yīng)調(diào)整。試驗(yàn)注水后，及時(shí)巡查試坑周邊情況，避免產(chǎn)生的微裂縫被破壞，當(dāng)微裂縫產(chǎn)生后，及時(shí)在裂縫兩側(cè)設(shè)置裂縫觀測(cè)點(diǎn)，每天定點(diǎn)采用游標(biāo)卡尺或裂縫計(jì)對(duì)裂縫進(jìn)行觀測(cè)。注水過(guò)程中，在試坑邊設(shè)置觀測(cè)標(biāo)尺，使試坑內(nèi)水位保持在30 cm左右。

2 試驗(yàn)成果分析

2.1 試驗(yàn)注水量分析

本試驗(yàn)歷時(shí)65 d，其中浸水51 d，停水觀測(cè)14 d，總注水量14492 m3。圖2表明注水量三個(gè)階段：①注水量遞增期（0～5 d），平均注水量達(dá)385 m3/d，最大值出現(xiàn)在第5 d，注水量443 m3；②注水量下降期（6～30 d），隨著試坑內(nèi)水頭的穩(wěn)定，日注水量逐漸減少，平均注水量301 m3/d；③注水量穩(wěn)定期（31～51 d），隨浸潤(rùn)鋒面的推移，浸潤(rùn)范圍不斷擴(kuò)大，但地層滲透系數(shù)逐漸減小，兩者作用基本抵消，致使注水量基本保持不變。本試驗(yàn)中第31～43 d，日注水量約230～250 m3，第44 d后，日注水量再次增大，連續(xù)10天日平均注水量穩(wěn)定在290 m3附近，分析原因在于第44 d后，浸潤(rùn)鋒面已到達(dá)卵石層中，該層滲透系數(shù)增大，相應(yīng)注水量隨之增大，卵石層屬于良好的透水層，試坑浸水形成的浸潤(rùn)角在該層內(nèi)不會(huì)因隔水層的隔水作用而不斷增大，因此，后期單天注水量逐漸趨于穩(wěn)定。

圖2 單天注水量-浸水時(shí)間關(guān)系曲線

2.2 水分入滲的時(shí)空變化規(guī)律

試坑內(nèi)水分計(jì)用于研究試坑內(nèi)豎向水分入滲規(guī)律，圖3表明，試坑浸水后，浸潤(rùn)鋒面到達(dá)水分計(jì)埋設(shè)深度后，水分計(jì)讀數(shù)開(kāi)始變化，即地基土含水率開(kāi)始增大，隨著浸水時(shí)間的增加，注水量增加，各水分計(jì)依次從上至下讀數(shù)發(fā)生明顯的變化，在浸水41 h、95 h、135 h、195 h、270 h后，浸潤(rùn)鋒面分別到達(dá)試坑以下5 m、10 m、15 m、20 m、25 m深度。水分計(jì)的變化規(guī)律可分為五個(gè)階段：①浸潤(rùn)等待段，此過(guò)程為浸潤(rùn)鋒線到達(dá)水分計(jì)位置所需的時(shí)間，與水分計(jì)的埋設(shè)深度有關(guān)；②浸水陡升段，當(dāng)水分場(chǎng)中的浸潤(rùn)鋒面到達(dá)水分計(jì)位置后，水分計(jì)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度先快后慢，此過(guò)程實(shí)質(zhì)是地基土由初始浸潤(rùn)轉(zhuǎn)向飽和狀態(tài)的一個(gè)直觀反映，當(dāng)?shù)鼗邻吔柡蜁r(shí)，水分計(jì)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度逐漸減慢；③浸水穩(wěn)定段，此過(guò)程中水分計(jì)周?chē)馏w處于飽和狀態(tài)，水分計(jì)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定；④停水陡降段，濕陷性黃土具有孔隙發(fā)育的特征，停水后，在重力作用下，靜力水頭迅速下降，孔隙中的水分向下入滲，土層含水率降低，水分計(jì)讀數(shù)隨之迅速減??；⑤停水緩降段，當(dāng)土層孔隙中的自由水被疏干后，土體中的含水率變化非常緩慢，趨于緩慢降低階段，由此表明土體含水量要恢復(fù)到原始狀態(tài)需要很長(zhǎng)的時(shí)間。

圖3 試坑內(nèi)水分計(jì)監(jiān)測(cè)曲線

試坑外水分計(jì)用于研究試坑外水分入滲規(guī)律及浸水影響范圍，圖4、圖5表明，試坑外始終是距離試坑最近（第一個(gè)）的水分計(jì)首先發(fā)生變化，隨著浸水時(shí)間的推移，浸水影響的范圍逐步擴(kuò)大，水分計(jì)由近及遠(yuǎn)逐漸發(fā)生變化。在浸水117 h、382 h后，浸潤(rùn)鋒線到達(dá)距試坑邊2~3 m的地面下8 m、16 m深度。總體來(lái)看，試坑內(nèi)、外水分計(jì)的曲線變化規(guī)律略有差異，試坑內(nèi)水分計(jì)由于充分飽和，水分計(jì)變化曲線五個(gè)階段完整，而浸潤(rùn)范圍在坑外存在非飽和區(qū)及非浸潤(rùn)區(qū)，使得試坑外水分計(jì)曲線后期特征略有不同，即浸水后是否飽和、停水后是否存在停水陡降段，如圖5中，SJ15曲線與試坑內(nèi)形態(tài)完全相同，說(shuō)明該區(qū)域在浸水過(guò)程中已達(dá)到飽和，SJ16進(jìn)入停水期后，含水率仍在增大，表明其周?chē)馏w尚未達(dá)到飽和狀態(tài)，SJ17及SJ18含水率數(shù)據(jù)始終未發(fā)生變化，說(shuō)明整個(gè)浸水過(guò)程中，水分場(chǎng)未運(yùn)移到其所在位置。

圖4 試坑外8 m深度水分計(jì)監(jiān)測(cè)曲線

圖5 試坑外16 m深度水分計(jì)監(jiān)測(cè)曲線

2.3 滲透系數(shù)的分析

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，場(chǎng)地地基土Q3新黃土、Q3古土壤、Q2老黃土的垂直滲透系數(shù)分別為0.6～0.9 m/d、0.1～0.6 m/d、0.3～0.6 m/d，水平滲透系數(shù)分別為0.2～0.3 m/d、0.03～0.2 m/d、0.1～0.3 m/d；垂直滲透系數(shù)約為水平滲透系數(shù)的3倍。黃土與古土壤互層的地層結(jié)構(gòu)，滲透系數(shù)隨深度呈鋸齒狀衰減。

根據(jù)本次試坑內(nèi)、外水分計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果：地基土的實(shí)測(cè)滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于室內(nèi)試驗(yàn)值，5 m、10 m、15 m、20 m、25 m各深度范圍內(nèi)豎向滲透系數(shù)分別為2.92 m/d、2.53 m/d、2.83 m/d、2.50 m/d、2.22 m/d，地基土豎向綜合滲透系數(shù)為2～3 m/d，8 m、16 m深度水平綜合滲透系數(shù)為0.63 m/d、0.32 m/d，土體垂直滲透速率明顯優(yōu)于水平滲透速率，垂直滲透系數(shù)約為水平滲透系數(shù)的5～10倍。

黃雪峰等[11]研究表明隴西地區(qū)地基土在22～25 m以下滲透非常緩慢，達(dá)不到濕陷起始含水率，而關(guān)中地區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與隴西地區(qū)差異較大，20 m以下土體水分下滲也是相當(dāng)快的，在浸水10～15 d，浸潤(rùn)鋒線已到達(dá)20 m位置，含水率開(kāi)始增加，浸水結(jié)束后，20～30 m也是充分飽和的。兩地區(qū)差異原因主要在于黃土物質(zhì)成分、土的種類(lèi)、微觀結(jié)構(gòu)和沉積環(huán)境（物質(zhì)搬運(yùn)遠(yuǎn)近）等因素的影響，隴西地區(qū)以粉土為主，關(guān)中地區(qū)以粉質(zhì)黏土為主，且大孔隙、蟲(chóng)孔發(fā)育，孔隙率較高。

2.4 地表濕陷變形特征分析

截至試驗(yàn)結(jié)束，試坑內(nèi)標(biāo)點(diǎn)B1沉降最大，為208.7 mm，標(biāo)點(diǎn)B6沉降最小，為118.1 mm，平均沉降量180.0 mm。圖6為B1單天與累計(jì)沉降量隨時(shí)間變化曲線。由于各標(biāo)點(diǎn)沉降量隨時(shí)間變化規(guī)律基本相同，本次以B1為例進(jìn)行分析。

圖6 B1單天與累計(jì)沉降量-時(shí)間變化曲線

由圖6可知：整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，各標(biāo)點(diǎn)沉降量可分為以下幾個(gè)階段：①初期平緩段（浸水0～4 d）：本試驗(yàn)在試坑內(nèi)未布設(shè)滲水孔，該階段土體從上至下逐漸受到浸潤(rùn)，含水率逐漸增大，隨著上部土體逐漸接近濕陷含水率，自重濕陷開(kāi)始發(fā)生，本階段單天最大沉降量1.3 mm，單天平均沉降量為0.4 mm；②浸水陡降段（浸水4～14 d）：土體從上至下逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，達(dá)到了濕陷含水率，在上覆土體飽和自重壓力下發(fā)生劇烈濕陷，單天最大沉降量達(dá)到39.1 mm，單天平均沉降量為14.2 mm，本階段濕陷量占總濕陷量的69%；③中期平緩段（浸水15～51 d）：土體經(jīng)過(guò)劇烈濕陷后逐漸進(jìn)入濕陷穩(wěn)定階段，單天平均沉降量由14.2 mm降為1.4 mm，并呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)；④停水陡降段（停水0～7 d）：停水后，沉降量迅速增大，本階段的沉降量以土體的固結(jié)沉降為主，單天平均沉降量1.5 mm，單天最大沉降量4.1 mm；⑤后期平緩段（浸水8～14 d）：?jiǎn)翁炱骄两盗拷抵?.3 mm，并逐漸減小至0.2 mm以下，土體進(jìn)入固結(jié)穩(wěn)定階段。

圖7為不同浸水歷時(shí)A-C剖面淺標(biāo)點(diǎn)累計(jì)沉降量變化曲線，其它剖面類(lèi)似，從圖7可以看出，大面積試坑浸水試驗(yàn)引起的地面沉降以試坑中心（Z0標(biāo)點(diǎn)）呈大致對(duì)稱發(fā)展，試坑內(nèi)沉降量隨著距離增加呈減小趨勢(shì)，試坑外沉降量遠(yuǎn)小于試坑內(nèi)，且隨距離的增大逐漸趨于0。組合剖面沉降曲線呈明顯的“U”字形。說(shuō)明隨著距試坑中心距離的增大，濕陷土體受到試坑側(cè)邊土的牽拉阻力逐漸增大，自重濕陷量逐漸減小。

圖7 不同浸水歷時(shí)A-C剖面淺標(biāo)點(diǎn)累計(jì)沉降量變化曲線

現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)過(guò)程中，試坑內(nèi)最大沉降量不一定發(fā)生在試坑中心，但一般位于在試坑中心附近，主要是由于濕陷性土體的各向異性，即土層濕陷性分布不連續(xù)因素造成的。

2.5 深部濕陷變形特征及自重濕陷下限深度分析

圖8為不同浸水歷時(shí)深標(biāo)點(diǎn)（分層）累計(jì)沉降量變化曲線，圖8表明，從時(shí)間與浸水階段上分析，深部土體發(fā)生自重濕陷量的變化規(guī)律與地表沉降一致；從自重濕陷量與深度的規(guī)律來(lái)看，試驗(yàn)場(chǎng)地地基土的自重濕陷量在8 m位置出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，該深度以下的土體即使在長(zhǎng)期浸水飽和狀態(tài)下，也不會(huì)發(fā)生自重濕陷或微弱的濕陷。顯而易見(jiàn)，本試驗(yàn)場(chǎng)地的自重濕陷主要發(fā)生在8 m以上的Q3新黃土中，古土壤及下部Q2老黃土自重濕陷量很小。

圖8 不同浸水歷時(shí)深標(biāo)點(diǎn)（分層）累計(jì)沉降量變化曲線

針對(duì)黃土濕陷性評(píng)價(jià)及提供切實(shí)可行的地基處理方案，查明場(chǎng)地的自重濕陷下限深度尤為關(guān)鍵。

自重濕陷下限深度的確定原則與工程類(lèi)別及重要性等級(jí)有關(guān)，本文提出了三種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)濕陷土層下限深度進(jìn)行了討論：①實(shí)測(cè)自重濕陷系數(shù)即相鄰深度標(biāo)點(diǎn)沉降量與深度之差的比值（物理意義同自重濕陷系數(shù)），采用實(shí)測(cè)自重濕陷系數(shù)大于0.015的下限深度作為自重濕陷下限深度；②下伏土層實(shí)測(cè)累計(jì)沉降量等于某標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的深度，這一標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)具體的工程而定，如高鐵工程要求累計(jì)沉降量不大于15 mm，地鐵工程要求沉降量不大于10 mm；③累計(jì)沉降量為0位置所對(duì)應(yīng)的深度。

從表3中可以看出，按標(biāo)準(zhǔn)①，8 m以上實(shí)測(cè)自重濕陷系數(shù)大于0.015，其下均小于0.015，按此確定的自重濕陷下限深度為8 m；按標(biāo)準(zhǔn)②，對(duì)于高鐵工程，19 m以下沉降小于15 mm，所以濕陷下限深度為19 m，對(duì)于城軌工程，20 m以下沉降小于10 mm，所以濕陷下限深度為20 m；按標(biāo)準(zhǔn)③，26 m以下的累計(jì)自重濕陷量為0，所以濕陷下限深度為26 m。

表3 試坑內(nèi)分層沉降量及自重濕陷系數(shù)

本場(chǎng)地若采用標(biāo)準(zhǔn)①，剩余自重濕陷量為41 mm，自重濕陷下限深度明顯變淺，地基處理費(fèi)用大大降低，若采用標(biāo)準(zhǔn)③，自重濕陷下限深度較深，工程風(fēng)險(xiǎn)降低，但地基處理費(fèi)用巨大。

本試驗(yàn)場(chǎng)地以西安城市軌道交通工程項(xiàng)目為依托，從工程安全性、項(xiàng)目投資及工程特征類(lèi)別綜合考慮，采用標(biāo)準(zhǔn)②，即自重濕陷下限深度20 m。

本場(chǎng)地室內(nèi)試驗(yàn)自重濕陷的下限深度為27.5 m，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)下限深度為20 m，為室內(nèi)試驗(yàn)所得下限的0.72倍，總體上來(lái)看，本場(chǎng)地自重濕陷系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值偏小，與室內(nèi)試驗(yàn)值差異較大，這與室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件的差異有關(guān)。

2.6 裂縫發(fā)展特征分析

浸水試驗(yàn)過(guò)程中，隨著自重濕陷的發(fā)生，試坑外地表會(huì)在坑內(nèi)土體濕陷引起的拉應(yīng)力作用下形成裂縫，裂縫的發(fā)育、發(fā)展過(guò)程同時(shí)反映了浸水后水分場(chǎng)的運(yùn)移規(guī)律及試坑周邊的濕陷特征。

圖9為本次試驗(yàn)試坑周邊裂縫分布圖，試驗(yàn)浸水開(kāi)始后，試坑邊緣陸續(xù)出現(xiàn)了小坍塌，并伴有小裂縫出現(xiàn)，在試坑周?chē)群笮纬闪?道大的環(huán)形裂縫。浸水后第5 d，在距試坑邊3～5 m出現(xiàn)了第一道裂縫，隨著濕陷范圍的逐步擴(kuò)大，第一道裂縫范圍內(nèi)地基土發(fā)生劇烈濕陷，裂縫寬度及錯(cuò)臺(tái)高度不斷增大；浸水11 d后，在距試坑邊5～7 m逐漸形成第二道環(huán)形裂縫，由于第一道裂縫范圍內(nèi)的土體濕陷速率小于第二道裂縫，因此在第二道裂縫發(fā)展過(guò)程中，第一道裂縫逐漸閉合，錯(cuò)臺(tái)減?。辉诮?2 d后，在距試坑邊8～10 m開(kāi)始形成第三道裂縫，但直至試驗(yàn)結(jié)束第三道裂縫未形成閉合環(huán)。

圖9 試坑周邊裂縫分布圖（單位：m）

對(duì)試坑外淺標(biāo)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)和裂縫數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析可以看出：裂縫是在濕陷發(fā)生到一定階段后才出現(xiàn)的，裂縫的出現(xiàn)滯后于濕陷發(fā)生1～3 d；浸水后地面裂縫的形狀受浸水邊界形狀控制，呈環(huán)形，裂縫形成后兩側(cè)形成錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)臺(tái)表現(xiàn)為內(nèi)（靠近試坑側(cè)）低外高，隨著水在徑向的滲透，由近及遠(yuǎn)，試坑外地層依次發(fā)生濕陷，地面裂縫也隨之出現(xiàn)，在后一級(jí)裂縫的形成發(fā)展過(guò)程中，前級(jí)裂縫逐漸閉合。

2.7 浸水影響范圍及飽和范圍

浸水影響范圍及飽和范圍包括徑向及豎向兩個(gè)方向，試驗(yàn)停水后，在試驗(yàn)孔中間隔0.5 m采取擾動(dòng)土樣，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行含水率及飽和度測(cè)試。對(duì)于黃土，取飽和度Sr=85%為飽和界限。浸水影響范圍及飽和范圍是根據(jù)水分計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及停水后測(cè)試孔的試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合確定的。

圖10表明，地基土在浸水后的浸水影響范圍及飽和范圍形狀類(lèi)似一個(gè)倒置的“碗”狀，在古土壤處向外突出，這是由于該層古土壤及其與下臥黃土過(guò)渡土層致密，從而起到相對(duì)隔水層的作用。浸濕區(qū)與飽和區(qū)的影響范圍隨深度的增加而逐漸增大，浸潤(rùn)線與試坑邊緣垂直向約28°，飽和范圍小于浸潤(rùn)范圍，飽和范圍與試坑邊緣垂直向約17°，深度27.5 m處浸潤(rùn)線的影響范圍距坑邊約14 m。

圖10 浸水影響范圍及飽和范圍

最外側(cè)的裂縫距試坑邊緣8～10 m，而試坑周?chē)l(fā)生地表沉降的邊界距坑邊約10～12 m，飽和范圍距試坑邊約9 m，浸潤(rùn)線的影響范圍距坑邊約14 m，由此可以看出，裂縫范圍<濕陷變形范圍≈飽和范圍<浸水影響范圍。

2.8 場(chǎng)地β0的確定

本試驗(yàn)試坑直徑26 m，自重濕陷下限深度20 m，考慮邊界效應(yīng)的影響，在進(jìn)行因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)β0的反算時(shí)，只考慮20 m直徑范圍內(nèi)的淺標(biāo)點(diǎn)，將其地表沉降量的算數(shù)平均值作為本場(chǎng)地自重濕陷量的實(shí)測(cè)值。

根據(jù)現(xiàn)行《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50025-2018）的規(guī)定，β0為自重濕陷量實(shí)測(cè)值與自重濕陷量計(jì)算值（不修正）的比值，按計(jì)算本場(chǎng)地的β0=0.3，與規(guī)范中給出的關(guān)中地區(qū)的修正系數(shù)β0=0.9相差較大。通過(guò)西安地區(qū)周邊多組試坑浸水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，西安地區(qū)自重濕陷主要發(fā)生在Q3黃土中，Q2黃土中往往很小，若均采用相同的修正系數(shù)，可能使?jié)裣菪缘脑u(píng)價(jià)不準(zhǔn)確，考慮地層沉積時(shí)代效應(yīng)的影響，本文對(duì)西安周邊所做的試坑浸水試驗(yàn)按時(shí)代成因?qū)Ζ?進(jìn)行了反算，反算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 考慮沉積時(shí)代時(shí)β0的反算值

從表4可以看出，地區(qū)修正系數(shù)β0與黃土的沉積時(shí)代具有相關(guān)性，沉積年代越長(zhǎng)，β0越小，且不同地貌單元、不同沉積年代黃土β0的差別較大。

西安地區(qū)黃土梁洼及河流三級(jí)階地Q3新黃土反算的β0與規(guī)范給出的地區(qū)的修正系數(shù)基本一致，而Q2老黃土反算的β0比規(guī)范給出的修正系數(shù)小得多；西安地區(qū)黃土塬Q3新黃土反算的β0差異性更大，西安南塬（楊村及高望堆村）實(shí)測(cè)值不僅不沉降，反而略有抬升，咸陽(yáng)北塬β0是規(guī)范給出的地區(qū)的修正系數(shù)的2倍，Q2老黃土反算的β0均為0，由此可以看出，即使在相同地區(qū)、相同地貌單元內(nèi)，各層土的濕陷性特征也可能不盡相同，因此，考慮地層沉積時(shí)代來(lái)反算β0更符合黃土自重濕陷的實(shí)際情況。

通過(guò)表4可知，對(duì)Q3黃土，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果基本接近，即室內(nèi)試驗(yàn)確定具自重濕陷的Q3黃土，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也具有明顯自重濕陷性，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的自重濕陷下限深度與土層厚度基本一致（不含Q3古土壤），因此Q3黃土采用0.015的判別標(biāo)準(zhǔn)較為合適。

但對(duì)Q2黃土，若按自重濕陷系數(shù)0.015的劃分標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)的Q2黃土試樣具自重濕陷性，而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均未表現(xiàn)出具明顯濕陷沉降，表4中6個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)地Q2黃土自重濕陷性大于0.015的試樣占絕大多數(shù)，但實(shí)際上僅月登閣場(chǎng)地Q2黃土層產(chǎn)生了輕微自重濕陷沉降，其余試驗(yàn)場(chǎng)地均未發(fā)生自重濕陷沉降?？紤]到月登閣試驗(yàn)場(chǎng)地Q2黃土發(fā)生了一定量的自重濕陷沉降，不能否定Q2黃土發(fā)生自重濕陷的可能性，只是由于自重濕陷系數(shù)的劃分標(biāo)準(zhǔn)不太合適，需在今后大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及工程實(shí)踐基礎(chǔ)上進(jìn)行修正完善。因此，建議對(duì)Q2黃土的自重濕陷性采用現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)確定。

3 結(jié)論

（1）試坑浸水后，試坑內(nèi)水分計(jì)從上至下、試坑外由近到遠(yuǎn)讀數(shù)依次發(fā)生明顯的變化，水分計(jì)的變化過(guò)程分為浸潤(rùn)等待、浸水陡升、浸水穩(wěn)定、停水陡降及停水緩降五個(gè)階段，水分計(jì)變化過(guò)程實(shí)質(zhì)是地基土由初始浸潤(rùn)轉(zhuǎn)向飽和狀態(tài)的直觀反映。地基土的實(shí)測(cè)滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于室內(nèi)試驗(yàn)，地基土豎向綜合滲透系數(shù)為2～3 m/d，8 m、16 m深度的水平綜合滲透系數(shù)分別為0.63 m/d、0.32 m/d，土體垂直滲透速率明顯高于水平滲透速率，垂直滲透系數(shù)約為水平滲透系數(shù)的5～10倍。

（2）按照濕陷的速率特征，自重濕陷變形的發(fā)生經(jīng)歷了初期平緩、浸水陡降、中期平緩、停水陡降、后期平緩五個(gè)階段。

（3）提出三種確定自重濕陷下限深度的方法，從工程安全性、項(xiàng)目投資及工程特征類(lèi)別綜合分析，按城市軌道交通工程控制標(biāo)準(zhǔn)，確定本場(chǎng)地的自重濕陷下限深度為20 m。

（4）地基土在浸水后的浸水影響范圍及飽和范圍形狀類(lèi)似一個(gè)倒置的“碗”狀，受古土壤隔水的影響，在古土壤處向外突出，地表裂縫范圍<濕陷變形范圍≈飽和范圍<浸水影響范圍。

（5）提出了一種考慮沉積時(shí)代的β0的計(jì)算方法，為黃土地區(qū)濕陷性評(píng)價(jià)提出一種新思路。

（6）對(duì)黃土自重濕陷的判別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了初步探討，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)分析得出：Q3黃土采用0.015的判別標(biāo)準(zhǔn)較為合適，Q2黃土采用相同標(biāo)準(zhǔn)不太合適，需在今后大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及工程實(shí)踐基礎(chǔ)上進(jìn)行修正完善；建議對(duì)Q2黃土的自重濕陷性評(píng)價(jià)采用現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)確定。