咸陽塬試坑浸水試驗研究

中圖分類號：TU42 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）18-0062-05

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2025.18.013

Abstract：Forthepurposeoffinelyevaluatingthetypesofcolapsiblityinloess tableland，representativesiteswereselected foron-siteimmersiontest.Theexperimentalresultsshowthattheresearchareaiscollpsibleloesssiteunderoverburden presureintrialperiod，thelowerlimitdepthofthecollpsibleunderoverburdenpresureistakenfromthebottominterfaceof the Q₃ paleosol layer;Thecharacteristicofloesscolapseunderoverburdenpressuredeformation hasbn determinedtobe\"fast （6d）→relativelyuniform（38d）→fast（5d）→stable\"，withthemaximumsetlementatthecenterpointofthetestpit;Duringthe processof waterinfiltration，infiltrationzonesimilartoaninvertedfunnelisformedradially，withanangleofabout 35^° between thefunnelboundayandverticaldirectionoftestpitdge；Thesoilqualitycorectioncoeffientofcalculatingcollasevalue underoverburdenpresureβOisdeterminedtobeO.6O;Inrecoveryperiodafterthecompletionoftheexperimentitwasfound thatthesitehadbeendriedfor256days，andthefoundationsoilcontainedhighwatercontent，whichhadpoorenginering propertiesandwasnotconducivetoprojectconstruction;Aftertheimmersiontest，thecolapsibilityoftheupprsoillayer（above 17mbelowtheground）canbesignificantlyreduced，andthecollpsibilityofthedeepsoillayer（elow17mundertheground） canbeeliminated.Thisstudycanprovidebasisfordeterminingareasonable foundationtreatmentplanandconstructiondateof the testing site，and also provide reference and guidance for other construction projects in the region.

Keywords：loess tableland; collapsible loess； field immersion test； trial period;recovery perioc

黃土廣泛分布于我國中西部地區(qū)，約占我國國土面積的1/6，以其具有強烈的水敏性而被歸類為特殊性土。當(dāng)黃土作為地基土?xí)r，潛在濕陷變形對建構(gòu)筑物工后的安全穩(wěn)定構(gòu)成威脅，因此準(zhǔn)確評價黃土濕陷性至關(guān)重要。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，評價濕陷類型的方法主要為現(xiàn)場浸水試驗和室內(nèi)壓縮試驗。由于室內(nèi)濕陷試驗反映半無限水平場地黃土浸水入滲的濕陷變形特征，與原位土層變形路徑有一定差別，需要對試驗數(shù)據(jù)進行修正再應(yīng)用；而現(xiàn)場浸水試驗?zāi)苣M原位土層滲水路徑，直接反映濕陷性黃土浸水變形規(guī)律，考慮到試驗費用和周期的因素，一般工程不具備試驗條件，但在缺乏經(jīng)驗地區(qū)，建議甲、乙類建筑采用現(xiàn)場浸水試驗確定場地濕陷類型及自重濕陷下限深度[1-4]。出于對以上2種方法不足的補充，有學(xué)者提出原位砂井浸水試驗方法，并已在實際工程中對其合理性、準(zhǔn)確性及實用性進行了驗證。

目前隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的完善，已然對黃土工程性質(zhì)有了較為深人的認(rèn)識。其中在現(xiàn)場浸水試驗方面取得的成果，如邵生俊等通過分析中國黃土地區(qū)60多個場地67個試坑浸水試驗資料及探井采樣室內(nèi)試驗資料，提出大厚度自重濕陷黃土場地自重濕陷系數(shù)的起始門檻值應(yīng)根據(jù)不同埋深范圍而確定，自重濕陷量計算值的修正系數(shù)根據(jù)地區(qū)進行調(diào)整；蘇忍等依托蘭州地鐵3號線一期工程現(xiàn)場浸水試驗認(rèn)為自重濕陷系數(shù)與深度符合冪函數(shù)關(guān)系；王治軍、楊喆等[7-8]均依托工程項目進行現(xiàn)場浸水試驗，得出了研究場地濕陷類型、自重濕陷下限深度以及徑向和縱向濕陷變形規(guī)律，并將室內(nèi)試驗結(jié)果與現(xiàn)場浸水試驗結(jié)果進行了對比，提出了場地的土質(zhì)修正系數(shù)；王鋒等通過現(xiàn)場浸水試驗對蘭州新區(qū)深厚黃土場地的濕陷變形特征進行了研究。

綜上所述，現(xiàn)場浸水試驗所得結(jié)論適用于單個工點，普適性較差，且鮮有學(xué)者對浸水后地基土工程性質(zhì)進行論述。因此，為了提高黃土場地濕陷性評價問題的精度，現(xiàn)階段比較可行的方案則為增加場地分區(qū)數(shù)量與精度?；诖耍敬卧陉P(guān)中平原（黃土塬）地區(qū)開展了現(xiàn)場浸水試驗，以期更真實反應(yīng)該地區(qū)濕陷性黃王原位濕陷變形過程，揭示濕陷機理，為同地區(qū)類似工程建設(shè)提供直接的應(yīng)用價值。相關(guān)試驗方法、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論在文中均進行了詳細(xì)說明。

1 工程地質(zhì)條件

研究區(qū)位于咸陽市渭城區(qū)北杜鎮(zhèn)，除東南部緊鄰現(xiàn)狀加油站外，周邊無其他重要建筑物和構(gòu)筑物。地勢平坦，無不良地質(zhì)，地面高程介于 495.21～496.91m ，穩(wěn)定地下水位埋深為 37.80～39.30m ，地貌單元屬黃土塬。

地基土為黃王和古土壤成層交替出現(xiàn)，地面下約12m 為馬蘭黃土 ，其下為離石黃土（ （Q₂） ，各層巖土特性詳見表1。根據(jù)勘察報告，研究區(qū)為自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅲ（嚴(yán)重）級，自重濕陷最大下限深度 22.20m 。

2浸水試驗方案設(shè)計

為準(zhǔn)確查明試驗場地地層結(jié)構(gòu)、一般物理力學(xué)性質(zhì)及濕陷深度，試驗前在試坑周邊開挖探井1個并連續(xù)取樣，探井深度為 25m ，在井壁人工刻取I級土樣，間距 1m ，測定黃土主要物理力學(xué)指標(biāo)。試驗結(jié)果表明，濕陷土層自重濕陷系數(shù) δ_zs 在 0.016～0.069 ，濕陷系數(shù) δ_s 在 0.024～0.187 ，自重濕陷量計算值為 313mm ，濕陷的下限深度為 20.9m ，濕陷量計算值為 1294mm ，屬自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅲ級（嚴(yán)重），這與勘察報告結(jié)論基本一致。

2.1 試坑設(shè)計

依據(jù)以上結(jié)論及規(guī)范對浸水試驗要求，在試驗場地開挖直徑 22m 深度 0.5m 的圓形浸水試坑，坑底整平后，鋪設(shè)約 10cm 圓礫，粒徑 1～3cm^[1] ，坑內(nèi)外設(shè)置沉降觀測標(biāo)、水位觀測孔以及對比孔用以評價黃土塬地區(qū)浸水條件下對工程場地的影響，浸水過程中始終保持水頭在 30～40cm 。

2.2 淺標(biāo)點布設(shè)

自試坑中心由內(nèi)向外布置3條（A、B、C）放射狀測線，夾角為 120^° ，用于地表濕陷變形觀測，共計布設(shè)40個淺標(biāo)點（如圖1所示）。其中16個淺標(biāo)點等間距L 2.0m ）布設(shè)在試坑內(nèi)，埋深為坑底下 0.5m;24 個淺標(biāo)點變間距布設(shè)在試坑外，埋深為地面下 0.5m 。每條測線編號由試坑中心向外依次為O、A1＼～A12、B1＼～B12、C1＼～C12。

2.3 深標(biāo)點布設(shè)

深標(biāo)點徑向分布于試坑內(nèi)，與淺標(biāo)點測線兩側(cè)夾角 30^° ，布設(shè)6條 （H，J，K，L，M，N） 測線，用于觀測不同深度土層的沉降量，共布設(shè)深標(biāo)點24個，每條測線等間距（ 2.0m 布設(shè)。垂向上，試坑底 0～25m 范圍內(nèi)，每一深度（2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24m）各布設(shè)2個深標(biāo)點。

本次試驗未單獨設(shè)置滲水孔，利用深標(biāo)點作為滲水孔，在套管外填充圓礫，加速地基浸水飽和進程

3 試坑浸水影響分析

本次浸水試驗自2021年6月28日開始注水，2021年8月10日停止注水，2021年8月27日停止沉降觀測，歷時60d，其中注水43d，停水觀測 17d 總注水量 12 509m³ 。分別于2021年8月11日和2022年4月2日在試驗場地取原狀土樣進行室內(nèi)試驗，以求查清在浸水期，試驗對場地地基土豎向、徑向的影響以及在浸水結(jié)束一段時間后（即恢復(fù)期），場地地基土工程性質(zhì)的恢復(fù)情況，為后續(xù)地基處理的施工提供參考。

層累計變形量隨時間的變化曲線如圖3所示。

3.1 試坑豎向影響

根據(jù)現(xiàn)場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，以浸水天數(shù)為橫軸、變形量為縱軸（正為上升、負(fù)為沉降），繪制A系列各淺標(biāo)點累計變形量隨時間的變化曲線如圖2所示，各標(biāo)點位置分別為試坑中心 o 點、距試坑中心 o 點不同距離（2，4，6，8，10，12，14，16，18，20，22，26，31m） ，其他系列淺標(biāo)點變化規(guī)律基本相同。

根據(jù)現(xiàn)場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，以浸水天數(shù)為橫軸、變形量為縱軸（正為上升、負(fù)為沉降），繪制不同深度土

根據(jù)本次浸水試驗方案，深標(biāo)點埋置情況如下：② 黃土層8個 （2，4，6，8m ）、 ③ 古土壤層4個（10、12m ） ④ 黃土層8個 （14，16，18，20m ） ⑤ 古土壤層4個 （22，25m 。

幾個階段。 ① 陡降段（ （0～6d ：浸水試驗初期，淺部地層處于快速沉降狀態(tài)； ② 相對勻速沉降段（7＼～44d）：浸水試驗中期，浸水6d以后各標(biāo)點相對勻速沉降狀態(tài)，沉降速率穩(wěn)定在 0.94mm/d 左右； ③ 陡降段 （45-49d） ：停水后，各沉降標(biāo)點處于快速下降狀態(tài)，單日沉降量均大于 5mm ，此為地基土固結(jié)沉降過程; ④ 后期穩(wěn)定段 （50～60d） ：各沉降標(biāo)點處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)圖3可知，自重濕陷主要集中在 12m 以上② 層黃土 中，沉降量為 119.1mm ，占總沉降量的86% ，沉降速率穩(wěn)定在 0.86mm/d 左右。

根據(jù)本次現(xiàn)場監(jiān)測沉降數(shù)據(jù)，實測自重濕陷量為138.5mm ，場地濕陷類型屬自重濕陷性黃土場地，取自重濕陷下限深度為 12m 。

3.2試坑浸水徑向影響

為確定本次試驗浸水在徑向的影響范圍，停水之后在東側(cè)完成機械鉆孔6個，鉆孔內(nèi)間隔 2.0m 采取不擾動土樣現(xiàn)場進行含水率試驗（圖1），根據(jù)試坑外鉆孔土樣室內(nèi)試驗分析確定浸水在徑向的影響范圍。結(jié)果顯示 TSD2^#?TSD3^#?TSD4^#?TSD6^# 孔分別在深度5.0，8.0，15.0，12.0m 處土樣含水率出現(xiàn)突變，表明該深度以下土層受到水的浸濕作用，劃為浸潤區(qū)，該深度以上土層沒有受到水的浸濕作用，為非浸潤區(qū)，繪制試驗場地東側(cè)濕陷性黃土浸潤范圍（圖4）。由圖4可以看出，浸潤線在第一層古土壤處向外突出，分析認(rèn)為 ③ 層古土壤干密度較大、孔隙比和壓縮系數(shù)均比較小，可視為相對隔水層，水分入滲至該層徑向滲透所致；浸濕區(qū)的影響范圍隨深度的增加而逐漸增大，浸潤線與試坑邊緣垂向夾角約 35^°

3.3浸水235d后地基土工程性質(zhì)

為查清試驗場地在浸水結(jié)束一段時間后（即恢復(fù)期）場地地基土工程性質(zhì)的恢復(fù)情況，為后續(xù)地基處理的施工提供參考，本次在停止注水235d后（2022年4月2日）在試坑內(nèi)取原狀土樣進行室內(nèi)試驗（圖5），試驗結(jié)果如圖6—圖8所示。

根據(jù)圖6可知，場地試坑浸水試驗結(jié)束后，經(jīng)過235d 的晾曬，地層的含水率未恢復(fù)至原始土層狀態(tài)，不利于基坑開挖、支護及地基處理。以第一層古土壤為界，其上黃土層原始狀態(tài)含水率隨深度增加而增加，浸水晾曬235d后含水率不隨深度變化而變化、且飽和度為 50% 左右，2種工況下同一深度處含水率的差值隨深度增加而變小；其下黃土層原始狀態(tài)與浸水晾曬 235d 后含水率均隨深度增加而增加，2種工況下同一深度處含水率的差值隨深度增加而變大。根據(jù)以上情況分析，在浸水晾曬 235d 后，地基土工程性質(zhì)恢復(fù)以第一層黃土為主且尚未完成，其下地層受浸水影響的地層工程性質(zhì)恢復(fù)情況較弱，

根據(jù)圖7一圖8可知，浸水大幅度減弱了地面下17m 以上土層的濕陷性，消除了地面下 17m 以下王層的濕陷性。

3.4修正系數(shù) β₀ 的確定

考慮到地層沉積環(huán)境不同，土質(zhì)之間存在差異，因而在計算自重濕陷量時，引入了修正系數(shù) β₀ ，其計算公式如下

式中： Δ_zs 為自重濕陷量計算值， mm;δ_zsi 為第 i 層土的自重濕陷系數(shù)； h_i 為第 i 層土的厚度， mm 。

為確定本場地自重濕陷量計算的修正系數(shù) β₀ ，以探井中人工刻取I級土樣的濕陷性試驗和現(xiàn)場實測濕陷量為依據(jù)。自重濕陷量計算深度與實測濕陷量的各深標(biāo)點一致，最大計算深度為自重濕陷底界（ |12m ，計算的自重濕陷量修正系數(shù) β₀ 詳見表2。

由表2可以看出，計算的修正系數(shù) β₀ 介于 0.40～ 0.60，平均值為0.52，小于GB50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》推薦值（0.90）。由于 ④ 黃土 Q₂^eol 及以下各層實測自重濕陷量較小，本不做修正。

綜上所述，該試驗場地建議 Q₃^eol 黃土修正系數(shù) β₀ 取0.60，不考慮 Q₂^eol 黃土的自重濕陷性。

4結(jié)論

1）研究區(qū)屬自重濕陷性黃土場地，最大自重濕陷量為 138.5mm ，自重下限深度約 12m 左右（ Q₃ 古土壤層底界面），自重濕陷量計算值土質(zhì)修正系數(shù) β₀ 宜為0.60（顯著低于規(guī)范推薦值0.90）。

2）自重濕陷黃土變形呈現(xiàn)4個階段性特征：第一階段（0＼～6d）為陡降、第二階段（ （7～44d ，速率約0.94mm/d ）勻速沉降、第三階段（45＼～49d）陡降、第四階段（50＼～60d）穩(wěn)定，且試坑中心點的沉降最大。

3）水分下滲能夠減弱上部黃土的濕陷性、消除下部黃土的濕陷性，上部和下部深度界限為地面下 17m 并在空間上形成與試坑邊緣垂向夾角約為 35^° 倒置漏斗的浸潤區(qū)， ③ 古土壤層因干密度大、滲透性低，對水分徑向擴散起阻隔作用。

4）由于現(xiàn)場浸水試驗導(dǎo)致原地基土含水率增大，工程性質(zhì)不良，其物理性質(zhì)恢復(fù)至原始狀態(tài)時間大于256d，影響項目施工進度。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)：GB50025—2018[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[2]邵生俊，李駿，李國良，等.大厚度自重濕陷黃土濕陷變形評價方法的研究[J].巖土工程學(xué)報，2015，37（6）：965-978.

[3]李佳，高廣運，黃雪峰.非飽和原狀黃土邊坡浸水試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2011，30（5）：1043-1048.

[4]陳天鐳，李旭東，魯海濤，等.強自重濕陷性黃土濕陷范圍浸水試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（15）：131-134.

[5]王永鑫，邵生俊，韓常領(lǐng)，等.濕陷性黃土砂井浸水試驗的應(yīng)用研究[J].巖土工程學(xué)報，2018，40（S1）：159-164，7.

[6]蘇忍，張恒睿，張穩(wěn)軍，等.蘭州地鐵大厚度濕陷性黃土地層的現(xiàn)場浸水試驗研究[J].土木工程學(xué)報，2020，53（S1）：186-193.

[7]王治軍，潘俊義，馬閆，等.董志塬大厚度自重濕陷性黃土場地浸水試驗研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2016，43（2）：75-82.

[8]楊喆，王家鼎，李開超，等.西安北至機場城際鐵路黃土塬段現(xiàn)場試坑浸水試驗研究[J].鐵道學(xué)報，2022，44（6）：107-115.

[9]王鋒，劉德仁，程富強，等.深厚黃土場地浸水試驗及濕陷性評價[J].水利水運工程學(xué)報，2023（5）：131-138.