陕北不同地区黄土湿陷性试验研究

苏盛伟，王明甫，钟建平

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

文章编号：1006—2610(2015)02—0020—03

陕北不同地区黄土湿陷性试验研究

苏盛伟，王明甫，钟建平

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

通过室内试验和原位测试成果，对比分析了陕北郝滩乡和狄青塬风电场黄土的含水率、孔隙比、饱和度、密实度与湿陷系数的关系及其相关性，为初步判断黄土湿陷性提供参考依据。

黄土；湿陷系数；孔隙比；饱和度；含水率；密实度

0 前 言

中国的黄土主要分布在北纬 33°～47°之间，主要分布区域是太行山以西，秦岭、大别山以北，遍及甘肃、陕西、山西、河南、宁夏、新疆、内蒙古等省区。湿陷性黄土在地域分布上由西北向东南，黄土的密度、含水量和强度由小变大，渗透性、压缩性和湿陷性由大变小，颗粒组成由粗变细，黏粒含量由少变多，易溶盐由多变少等规律。

湿陷是在一定压力作用下，由于水的渗入而使土的连结显著减弱的一种特殊变形[1]。黄土湿陷性机理国内外学者提出了包括结构学说、水膜楔入说、毛细管假说、溶盐假说、欠压密理论等在内的众多学说[2-7]。其根本原因是：土中水分增加导致土颗粒结合水膜增厚，分子间的作用力被液体摩擦力所取代，从而降低了黄土的结构强度发生湿陷。

湿陷性黄土在一定条件下具有保持土的原始基本结构形式不被破坏的能力，这是由于黄土在沉积过程中的物理化学因素促使相互接触产生了固化联结键，这种固化联结键构成的土骨架具有一定的结构强度，使得湿陷性黄土的应力应变关系和强度特性表现出与其他土类明显不同的特点。湿陷性黄土在其结构强度未被破坏或软化的压力范围内表现出低压缩性、高强度等特性。但其结构性一旦遭到破坏时，其力学性质将呈现软化、湿陷等性状。影响黄土湿陷性的外界因素主要是外力和水分，内在的结构特性是其根本[8-10]，黄土产生湿陷的最根本原因是由于其特殊的结构组成在外界条件下由紧密逐渐变化为疏松破坏[11]。

文章通过对陕北地区定边县郝滩乡和横山县狄青塬黄土的室内试验结果和原位测试结果的总结，揭露影响黄土湿陷性大小的主要内在因素。

1 取样与研究方法

黄土取样区主要位于：① 定边县郝滩乡，高程1 500～1 780 m，为黄土高原北部的黄土低岗斜坡；② 横山县塔湾镇狄青塬，场址区高程在1 300～1 500 m之间，为黄土塬和丘陵地貌。

岩土试样采用薄壁取土器(直径120 mm)，快速静力连续压入法，自地面以下2 m开始取样，2～10 m取样间距2 m；10～35 m取样间距为3 m采集原状样品。为保持土样的原始结构不被破坏，采集的样品密封。样品运回实验室后，用常规压缩实验的方法确定黄土的湿陷性。

湿陷系数δs是判定黄土湿陷性的定量指标，由室内压缩试验测定。计算公式[12]:

(1)

自重湿陷系数计算公式[12]:

(2)

湿陷性黄土的湿陷程度可根据湿陷系数δs的大小分为：在2 kg压力下,湿陷系数δs<0.015为非湿陷性；0.015≤δs≤0.03为湿陷性轻微；0.03≤δs≤0.07为湿陷性中等；δs>0.07为湿陷性强烈。

土的孔隙比e是土试样中孔隙体积(Vn)与土粒体积(V)之比，表达式为[12]:

(3)

土的饱和度Sr是土层孔隙中所含水的体积(Vw)与土层孔隙体积(Vn)的比值，表达式为[12]:

(4)

2 试验结果

所取黄土物理性质室内试验统计成果见表1。黄土标准贯入统计成果见表2。

3 讨 论

3.1 场址区湿陷性黄土分布深度与湿陷等级

根据地基土湿陷性试验成果综合分析：郝滩乡地层中②层上更新统黄土主要为自重湿陷性土(表3)，自重湿陷量25.0～204.5 mm，其平均值为103.7 mm，总湿陷量72.5～453.0 mm，其平均值为264.3 mm，湿陷深度10.5～22.0 m，湿陷等级主要为自重湿陷Ⅱ级，湿陷性中等；地层中④层中更新统风积黄土为非湿陷黄土，基本不具湿陷性。

表1 黄土物理性质试验成果统计表

表2 标准贯入试验击数(N)成果统计表

狄青塬地层中②层上更新统黄土自重湿陷量280～1 096 mm，其平均值约为709.3 mm，总湿陷量587.4～2 077.5 mm，其平均值为1 344.1 mm，湿陷深度29.5～35.0 m，湿陷等级为Ⅳ级，湿陷性很严重。

在基本相同的气候条件下，黄土的性质具有差异较小的特点[13]，所以郝滩乡和狄青塬的黄土湿陷性分布深度的研究结果在其相应地区具有代表性。

表3 湿陷量及湿陷等级统计表

3.2 黄土含水率、孔隙度、饱和度和密实度与湿陷系数的相关性

试验数据统计表明：两处取样地第1层古土壤上部的黄土(②层黄土)大部分都具有不同程度的湿陷性和自重湿陷性；古土壤下部的黄土(④层黄土)大部分不具有湿陷性和自重湿陷性。

(1) 含水率(W)与湿陷系数的关系

如图1曲线所示，相同性质的黄土层，含水率增大，其对应的湿陷系数(δs2.0)减小，所对应的黄土的湿陷性减小。

图1 含水率(W)与湿陷系数(δs2.0)的关系图

(2) 孔隙比(e)与湿陷系数的关系

如图2曲线所示，相同性质的黄土层，孔隙比增大，其对应的湿陷系数(δs2.0)增大，所对应的黄土的湿陷性变大；当孔隙比e<0.75，即达到密实程度，湿陷系数小于0.005。

(3) 饱和度(Sr)与湿陷系数的关系

如图3曲线所示，相同性质的黄土层，饱和度增大，其对应的湿陷系数(δs2.0)减小，所对应的黄土的湿陷性减小，黄土层饱和度明显小于相邻的古土壤，古土壤黏性土含量高、持水性和吸水性较强，使其饱和度明显大于临近的黄土层。

图2 孔隙比(e)与湿陷系数(δs2.0)的关系图

图3 饱和度(Sr)与湿陷系数(δs2.0)的关系图

(4) 标贯击数(N)与湿陷系数的关系

如图4曲线所示，不同土层的黄土当标贯击数越高(密实程度越高)其对应的湿陷系数越小，湿陷性相对越小，据此可通过原位测试初步判断黄土湿陷程度。

图4 标贯击数(N)与湿陷系数(δs2.0)的关系图

4 结 语

根据文章所列举的试验数据及现场试验资料可以得出如下结论：

(1) 具有湿陷性的同一性质的黄土层中，含水率与湿陷系数呈负相关性；孔隙比与湿陷系数呈正相关性；饱和度与湿陷系数呈负相关性；黄土的密实度越高，其对应的湿陷系数越小。

(2) 古土壤层的含水率、饱和度和标贯击数明显高于临近的黄土层，孔隙比小于临近的黄土层，其所对应的湿陷系数(δs2.0)远小于临近的黄土层。

(3) 土层的孔隙比越大，饱和度即越小，所对应的湿陷系数越大。孔隙比和饱和度均可代表土中孔隙体积的大小，有指示黄土湿陷性强弱的作用。

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[13] 张宗枯.中国黄土[M].石家庄:河北教育出版社,2003.

Study on Collapsibility Tests of Loess in Different North Shaanxi Regions

SU Sheng-wei, WANG Ming-pu, ZHONG Jian-ping

(POWERCHINA Xibei Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065,China)

Through the results of lab tests and in situ tests, relationship and correlation of moisture content, porosity ratio, saturation degree, density and collapsibility coefficient of loess in the wind farms in HaotanTownship and Diqingyuan are compared and analyzed. This provides primary judgment of loess collapsibility with reference.

loess, collapsibility coefficient; porosity ratio; saturation degree; moisture content; density

2015-01-08

苏盛伟(1985- )，男，辽宁省海城市人,助理工程师，主要从事工程勘察设计工作.

TU444

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.02.006