太原市黄土台塬区黄土湿陷性质的研究

薛春梅

（山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

黄土是我国地域分布最广的一种特殊性土类[1]，它是第四纪时期形成的一种特殊堆积物，其主要特征为：颜色以黄为主，有灰黄、褐黄等；含有大量粉粒（0.005～0.075 mm）,含量一般在55%以上，具有肉眼可见的大孔隙，孔隙比在1.0左右，富含碳酸盐类；无层理，垂直节理发育；具有湿陷性和易溶性、易冲刷性等，对工程建设有其特殊的危害性。

湿陷性类型的黄土在某种环境下具有保持土的原始基本单元形式不被破坏的能力[2]。这是由于黄土在形成过程中的物理化学因素促使颗粒相互接触产生了固化联结键，这种固化构成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。湿陷性类型的黄土在其结构强度未被破坏或弱化的压力范围内，表现出高强度低压缩的特性；但结构框架一旦遭受破坏，其力学性质将会呈现屈服、弱化、湿陷等现象。马爱农[3]通过对太原东山地区某大型商住楼建筑区域的黄土湿陷数据分析汇总，得出黄土湿陷变形系数与压缩模量衰减的规律，指出采用压缩模量衰减来评价黄土的湿陷等级。武小鹏[4]针对郑西高铁沿线的黄土分析，研究了湿陷性与其物理力学指标的关系。山西是我国湿陷性黄土主要分布地区之一，本文的着重点是通过对山西境内的太原工程区黄土颗粒组成、湿陷变形系数等物理力学指标的试验数据进行分析，探究该区域黄土湿陷性的特点，为以后该地区黄土场地勘察设计阶段的湿陷性评价及初步界定提供参考数据，具有一定的实用价值。

1 工程概述

太原市轨道交通某线路是东西向的一条骨干线路，起于汾河西岸片区，途经老城区、东山片区、北营片区，止于武宿片区，呈“L”型结构。某标段勘察范围共有5个站点，经过东山黄土台塬区，场地内分布有湿陷性黄土，深度以见中更新世黄土地层（Q2）为准，东部山地（太原东山）为太行山支脉系舟山的延续，山势和缓。

2 试验概况

2.1 土样采集

该试验选用的土样取自太原市轨道交通某线路经过的5个站点，各站点布置10处探井孔，各孔取样间距为1.0 m，取样深度均为25.2 m。所有样品均采用人工挖探取出原状黄土试样，样品质量均能达到一级试样要求。

2.2 试验仪器及方法

该试验采用WG型单杠杆固结仪；试验方法采用双线法对同一个样品取两个环刀试样，其中一个进行给定湿陷压力作用下的后湿法试验，另一个在第一级压力作用下下沉稳定后，进行预湿法试验直至加荷到与第一个试样相同的最后一级压力。

3 试验数据分析

3.1 颗粒组成及分类

从表1可以看出，土样液限为24.2%～29.4%，塑限为16.2%～17.9%,塑性指数为8.0～11.6，大于0.075 mm砂粒含量为1.6%～7.6%，粒径0.005～0.075 mm粉粒含量为67.0%～82.6%，小于0.005 mm的黏粒含量为14.0%～23.2%，依据GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》，将塑性指数IP≤10定名为粉土，塑性指数IP＞10定名为粉质黏土。

表1 黄土颗粒组成

3.2 化学成分分析

黄土的可溶性盐包括易溶盐（氯化物盐类及硫酸盐）、中溶盐（石膏CaSO4）和难溶盐（石灰质CaCO3），易溶盐类阳离子以K+、Na+为主，阴离子以SO42-、HCO3-为主。当水浸入黄土中，使胶结土粒的凝胶变为溶胶部分时易溶盐被溶解带走，黄土骨架颗粒发生位移，形成粒状架空接触或半胶结形式，使结合水加厚，胶结连接部分被消弱破坏，形成松散的结构形式，因此，该黄土易产生湿陷性变形。黄土主要化学成分见表2。

表2 黄土化学成分分析

3.3 湿陷系数与物理指标的相关性

从表3中可以看出，太原市东山黄土台塬区天然含水率介于6.3%～21.2%之间，湿陷性黄土饱和度的范围是16.6%～61.9%。

表3 黄土湿陷性试验成果汇总

表3中①②为各站点的湿陷变形系数及取样深度的统计值，可以看出：a）东山黄土台塬区从北往南，湿陷强度逐渐减弱，尤其到S18工点，小于等于10.2 m范围内为杂填土，该土层没有湿陷性；b）各站点在取样深度大于等于22.2 m时，湿陷消失，以此可大致判定该地区的湿陷层厚度为22.2 m。

3.3.1 天然孔隙比与湿陷变形系数的关系

孔隙比表示土中孔隙的含量，它与土形成过程中所受的压力、粒径级配和颗粒排列的状况有关。表3中数据①④为各站点不同地层的湿陷变形系数与孔隙比的统计值，为便于比较，将其转化为图1，由图1可看出：a）湿陷变形系数δs与土的孔隙比e的增长呈现良好的正向关系；b）孔隙比e＜0.780时，δs＜0.015，即湿陷基本消失；孔隙比e＞1.026时，湿陷性强烈。

图1 天然孔隙比与湿陷变形系数关系图

3.3.2 饱和度与湿陷变形系数的关系

饱和度反映土体孔隙中充满水的程度。表3中数据①⑤为各站点不同地层的湿陷变形系数与饱和度的统计值，为便于比较，将其转化为图2，由图2可看出：a）湿陷变形系数δs与土的饱和度sr的增长呈现良好的反向关系；b）饱和度sr＞65%时，δs＜0.015，即湿陷基本消失。

图2 饱和度与湿陷变形系数关系图

3.3.3 干密度与湿陷变形系数的关系

干密度是土体被完全烘干时的密度。表3中数据①⑥为各站点不同地层的湿陷变形系数与干密度的统计值，为便于比较，将其转化为图3，由图3可看出：a）湿陷变形系数δs与土的干密度的增长呈良好的反向关系；b）干密度ρd＞1.56 g/cm3时，δs＜0.015，即湿陷基本消失；干密度ρd＜1.35 g/cm3，湿陷性强烈。

图3 干密度与湿陷变形系数关系

4 结语

a）黄土湿陷变形系数与其孔隙比、饱和度、干密度之间有良好的相关关系。对于太原市轨道交通某线路经过的东山黄土台塬区沿线的黄土，其物理指标具有的典型特征有：孔隙比0.780、饱和度65%、干密度1.56 g/cm3时，这些临界点可作为该地区湿陷性黄土界定的参考值。

b）太原市东山黄土台塬区湿陷层厚度约为22.2 m；工点从北往南，湿陷性逐步减弱。

c）黄土湿陷性的诱因复杂，该次试验对工程区黄土湿陷性的研究仅是从物理指标的角度进行分析，得到的规律对以后该地区黄土湿陷性的界定及初步判断有一定的指导意义；今后还需要进一步从黄土的微观结构及黄土湿陷机理的角度进行深入探讨，为该地区黄土湿陷性质的认识提供更充足的依据。