基坑黄土电阻率特性分析研究

段 茳 美

(山西西山金城建筑有限公司，山西 太原 030053)

基坑黄土电阻率特性分析研究

段 茳 美

(山西西山金城建筑有限公司，山西 太原 030053)

对黄土进行了施工现场试验，得出了土电阻率随含水量、干密度以及电流频率的变化规律，并探究了电阻率法监测土体结构变化的可行性，结果表明：当保持干密度一定时，黄土电阻率随着含水量的增加而减小；保持含水量一定时，黄土电阻率随着干密度的增加而逐渐减小，黄土电阻率随着电流频率的升高而逐渐减小并最终趋于稳定。

基坑重塑黄土，电阻率，地基基础

0 引言

黄土呈浅黄或褐黄色，颗粒成分以粉土粒级为主，物质粒径均一，具孔隙，无层理，疏松，垂直节理发育。黄土在我国分布较广，主要分布于我国黄河中、下游的诸省，覆盖面积达64万km2，约占我国领土面积的6.6%。特别是我国西北地区，黄土厚度大、地层完整、地貌类型多而复杂。黄土特殊性在于遇水膨胀形成崩解导致内部凝结力减少产生一定的沉陷或位移，即湿陷性。建造在这类地区的建筑物，道路和桥梁等工程经常会遇到由于黄土湿陷等引起的工程问题。因此需要在工程施工过程中对土体结构进行实时的监测，用以保证施工质量，并指导施工效果的评价。

近年来，电阻率法作为一种快捷、无损的土体监测方法已被众多的学者应用于岩土工程的研究中，并且取得了一定的成果。土电阻率与土的孔隙率、孔隙形状、孔隙水电阻率、孔隙水充填率、固体颗粒成分和胶结状态等密切相关，可反映土的基本物理力学性质指标、结构特征以及土在动态变化条件下的微观和宏观变形规律，通过连续测试土体变形过程中的电阻率可准确反映土体的结构变化，从而实现土的结构定量评价。查甫生等[4]引入电阻率法进行黄土湿陷过程中的微结构变化规律定量分析，探讨了土电阻率法在土的微结构定量研究中的应用。缪林昌等[5]通过对重塑膨胀土的电阻率进行测试研究，提出了一种饱和/非饱和土的假想电阻率模型。于小军等[6]通过电阻率测试技术，获取膨胀土样在膨胀过程中电阻率结构特性指标的变化规律，建立描述膨胀土、膨胀改良土在膨胀过程中结构变化的电阻率评价方法。以上研究均是基于单一频率，未考虑电流频率对电阻率的影响。

本文通过一系列室内试验研究含水量、干密度以及电流频率等对黄土电阻率指标影响规律，分析黄土电阻率与其压实特性间的相互关系，探讨电阻率法在土体结构变化评价和监测中的应用，为黄土工程性质的电阻率评价方法提供一定的依据。

1 试验材料与方案

1.1 试验土样的基本性质

土样取自太原工地基坑，土质较均匀，呈黄色，坚硬状，为粉土，其基本物理指标见表1。湿陷曲线见图1。颗粒分析曲线见图2。

表1 黄土基本物理指标

1.2 试验方案

第一步：将原状土样碾碎、烘干并过筛。试验前取一定量的土样分别按照要求的含水量配水拌和均匀，置于密封塑料袋内养护24 h，使土样中水气分布平衡。黄土制样采用静压压实法，制样时根据试验所用容器体积及设计的干密度和含水量计算湿土用量。试验均采用重塑黄土，制备了两种类型的土样：

1)保持干密度ρd=1.4 g/cm3不变，含水量w分别为7%，9%，11%，13%，15%，17%，19%，21%。

2)保持含水量w=16%不变，干密度ρd分别为1.25 g/cm3，1.3 g/cm3，1.35 g/cm3，1.4 g/cm3，1.45 g/cm3，1.5 g/cm3，1.55 g/cm3，1.6 g/cm3。

第二步：制备好重塑土样后，采用LCR数字电桥测试不同类型的土样的阻抗|Z|，阻抗测定均是通过对试验土样采用不同电流频率测得(频率分别为50 Hz，100 Hz，500 Hz，1 000 Hz，5 000 Hz，10 000 Hz，50 000 Hz，100 000 Hz，500 000 Hz，1 000 000 Hz)。

第三步：将第二步测得的土样阻抗值|Z|通过ρ=|Z|·S/L换算出电阻率值。其中,ρ为黄土电阻率,Ω·m；|Z|为阻抗,Ω;S为电极片面积，m2；L为电极片之间的距离，m。通过对土样电阻率变化规律的分析得到其与含水量、干密度以及电流频率的变化规律。

2 试验结果分析

2.1 黄土电阻率与含水量的关系

图3为保持干密度为1.4 g/cm3不变，不同电流频率下的电阻率和含水量关系曲线。

从图3可以看出，黄土电阻率随着含水量的增大先快速减小，而后保持稳定。在含水量范围为7%～11%时，此阶段黄土电阻率随含水量增大而减小的幅度较大，此后，电阻率减小的幅度和速度都变缓，最终保持稳定。

含水量是影响土电阻率的重要因素，含水量的变化对土电阻率能够产生显著的影响。当含水量很小时，土中孔隙水被孔隙分割未能形成较好连通，孔隙水通道较少，造成电阻率较大。增大含水量，孔隙水增多，饱和度增大，孔隙水迅速贯通，土中导电通路增加，导电能力增强，电阻率快速减小。继续增大含水量，土电阻率减小幅度减缓并最终趋于稳定，这是由于土中孔隙水充填率较高，继续增大含水量对土电阻率影响不大。

2.2 黄土电阻率与干密度的关系

图4为保持含水量为16%不变，在不同电流频率下黄土电阻率和干密度关系曲线。从图4可以看出，黄土电阻率随着干密度的增大逐渐减小，在干密度范围为1.25 g/cm3～1.4 g/cm3时，此阶段黄土电阻率随干密度增大而减小的幅度较大，超出这一范围后，电阻率继续减小，但是减小的幅度和速度都变缓，最终保持稳定。

在含水量一定而干密度很小(1.25 g/cm3～1.4 g/cm3)时，土颗粒之间的接触程度较差，土中有较多孔隙，孔隙水未能形成良好连通，故电阻率较大。随着干密度的增大，导致土中孔隙体积减小，在含水量不变的情况下，孔隙水的充填率也有一定的提高，土中孔隙水的连通路径也增多，导电通路增多，故电阻率逐渐减小。干密度继续增大，孔隙水已经形成连通最大化，导电通路增加不明显，因此电阻率保持稳定。

2.3 黄土电阻率与电流频率的关系

采用交流电测试黄土电阻率时，电流频率对于实测值的影响不容忽视。图5为不同含水量下土电阻率和电流频率变化曲线，图6为不同干密度下土电阻率和电流频率变化曲线，图5中A直线(50 kHz)和图6中B直线(50 kHz)为电流频率分界线。由图5和图6可知，在A，B直线左边的电流频率范围内(即50 Hz～50 kHz)，黄土的电阻率随电流频率的升高而快速降低。当电流频率范围在A，B直线右边时(即50 kHz～1 MHz)，电阻率随电流频率升高趋于稳定。因此，基于该试验成果，对于试验黄土的交

流电阻率测试，比较合理的电流频率应控制在50 kHz～1 MHz，此范围内，电流频率对黄土电阻率实测值影响较小，结果便于统一。

3 结语

1)保持重塑黄土的干密度不变，其电阻率随其含水量的增加而先减小，最终趋于稳定。保持重塑黄土的含水量不变，其电阻率随其干密度的增加而先减小，最终保持稳定。

2)采用交流电阻率法测电阻率，当电流频率低于50 kHz时，频率微小变化对电阻率测试结果会产生剧烈影响，建议选用频率范围在50 kHz～1 MHz。

3)了解黄土电阻率的特性，从而选择适当的基坑支护方式做地基处理，进一步保证了建筑物的稳定性，可供类似工程参考。

[1] 谢定义.试论我国黄土力学研究中的若干新趋向[J].岩土工程学报，2001，23(1):3-13.

[2] 王兰民.西部大开发中的黄土地震灾害问题[J].地学前缘，2001，8(1):122-123.

[3] 黄雪峰，陈正汉，方祥位，等.大厚度自重湿陷性黄土地基处理厚度与处理方法研究[J].岩石力学与工程学报，2007，26(S2):4332-4338.

[4] 查甫生，刘松玉，杜延军，等.黄土湿陷过程中微结构变化规律的电阻率法定量分析[J].岩土力学，2010，31(6):1692-1697.

[5] 缪林昌，严明良，崔 颖.重塑膨胀土的电阻率特性测试研究[J].岩土工程学报，2007，29(9):1413-1417.

[6] 于小军，刘松玉.电阻率指标在膨胀土结构研究中的应用探讨[J].岩土工程学报，2004，26(3):393-396.

Experimental studies on electrical resistivity of loess

DUAN Jiang-mei

(ShanxiXishanJinchengConstructionCo.，Ltd，Taiyuan030053,China)

The laboratory experiments of remolded loess were conducted, the influence of water content, dry density, and electrical current on the electrical resistivity of loess were studied, and the feasibility that using resistivity method to monitor the loess structure was explored. The results show that the electrical resistivity of loess decrease with increasing water content when dry density was kept constant, the electrical resistivity of loess decrease with the increase of dry density when water content was kept constant. The electrical resistivity of loess decrease with increasing electrical current frequency firstly, and then tends to a fixed value.

remolded loess， electrical resistivity， foundation

1009-6825(2014)28-0081-02

2014-07-26

段茳美(1991- )，男，助理工程师

TU411.2

A