承赤高速围场支线湿陷性黄土物理力学性质研究

冯明月

（河北省交通规划设计院，河北 石家庄 050011）

黄土在我国北方分布较广泛，山西、陕西、甘肃、河北、河南、内蒙、辽宁等省份在内的诸多地区都有黄土的存在，承德至赤峰高速公路围场支线场区位于河北东北部地区，接近黄土边缘地区。

该区地形地貌为低山丘陵，地处半干旱半湿润大陆性季风气候带，年降雨为500～650mm，降雨主要集中在6～8月，年蒸发量在1 800mm左右。该区黄土主要为次生黄土，厚度一般在3.5～12m，局部可达22.6m，地貌上表现为天然边坡陡立、V型冲沟发育等特点，具有垂直节理及大孔隙发育、富含碳酸钙等黄土特征，局部含有水平条带状碎石或砾石。根据线路工程地质勘察和土工试验，该地区黄土湿陷性程度为轻微～中等，多具有Ⅰ～Ⅱ级非自重湿陷性，局部具自重湿陷性。

1 土性参数的不确定性

在岩土工程的设计过程中，土性参数的统计分析是基本内容之一，其结果的可信性直接影响工程的可靠性。

土性参数对确定的时空而言是一个确定值。但是，它的大小只能通过有限的室内或现场试验的量测或观察去了解，其测值是变化的，而且离散性很大，具有很强的不确定性。

岩土体的形成方式及组成材料具有明显的多样性。受各种复杂因素的影响，岩土体呈现明显的非均匀性和各向异性等特征。所测得的岩土参数与其真实值都会存在差异，这就是岩土参数的不确定性，其通常来源于土的固有变异性和系统的不确定性。

系统的不确定性包括实验不确定性和统计不确定性。对于系统的不确定性，可以通过取样方法的改进、实验数量的增加、实验技术水平的提高等等来加以解决。而土固有的变异性，是岩土体的客观特性。土性参数在测量、统计过程中表现出随机分布的特点；同时由于受到岩土体形成和后期改造过程中各种宏观规律的控制，导致空间不同点的岩土参数之间又存在某种程度的相关性，因而必须对实际土体进行统计分析才能掌握。

本文主要以承赤高速围场支线某段湿陷性黄土为例，介绍了各项物理力学指标的统计分析结果，并重点探讨了各项指标本身固有的变异性及其随深度的变化情况，从而得到更准确的统计土性参数。

2 物理力学指标的统计及空间分布特性

2.1 对承德至赤峰高速公路围场支线K62＋400～K64＋380段湿陷性黄土物理力学指标进行统计分析，统计方法按《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011）第3.9条，统计内容包括均值、标准差、变异系数、标准值，并对各项物理力学指标进行检验，经检验可知，均符合正态分布及对数正态分布，各项物理力学指标统计成果见表1。

表1 物理力学指标统计表

2.2 土性指标在空间上不同点之间存在的这种相关性称为土的自相关性。它是天然土体固有的特点。下面主要探讨湿陷性黄土各项物理力学指标随深度的变化及其与深度的相关系数。

湿陷数据同样来自承赤高速围场支线K62＋400～K64＋380段，按深度（1.0m，2.0m，3.0m，…12m）统计表1中各项物理力学指标的均值，绘制指标随深度的变化图（见图1～图12）。

图1 含水量随深度变化图

图2 天然密度随深度变化图

图3 干密度随深度变化图

图4 饱和度随深度变化图

图5 孔隙比随深度变化图

图6 液限随深度变化图

图7 塑限随深度变化图

图8 压缩系数随深度变化图

图9 湿陷系数随深度变化图

图10 湿陷起始压力随深度变化图

图11 粘聚力c随深度变化图

图12 摩擦角φ随深度变化图

计算各项物性指标与深度的相关系数，具体如下：

表2 各项物性指标与深度的相关系数表

通过物性指标随深度变化图及表2，可以看出随着深度的增加，含水量、饱和度、液限、塑限、湿陷起始压力逐渐增大；压缩系数、湿陷系数逐渐减小；天然密度、干密度和孔隙比、粘聚力、摩擦角的变化不太明显。

含水量、饱和度、湿陷系数、自重湿陷系数以及湿陷起始压力与深度的相关系数较大，随深度呈线性变化较明显，属于相关型；粘聚力属于非相关型；其他指标介于相关型和非相关型之间。

相关型的指标随深度统计是非均匀的，在工程应用时应分层统计；天然密度、孔隙比、粘聚力和摩擦角与深度的相关性较弱，可近似看成是均匀的；液限、塑限和压缩系数虽然与深度相关性不强，但有一定的相关性，还是应该分层统计，以免造成误差过大。

3 结语

湿陷性黄土各项物理力学指标随深度的变化的空间特性是不同的，与深度的相关性也有差异。因此进行土性参数统计时各项物理力学指标要分层统计，区别对待。

[1]吴长富，朱向荣.基于现行规范岩土参数的统计方法分析及应用[J].工程勘察，2004，（3）：5－7.

[2]张征，刘淑春.岩土参数空间变异性分析原理与最优估计模型[J].岩土工程学报，1996，（4）：40－47.