中冶地勘岩土工程有限责任公司五一六分公司
摘要：本文以宣化地区湿陷性黄土为例，通过大量试验资料的综合分析、研究，提出了本区各项物理力学性质指标之间的相互关系，以便正确判定今后试验中各项指标的准确性和可靠性，确保室内土工试验工作的高质量。
1.宣化地区湿陷性黄土的分布及一般特征
宣化地区湿陷性黄土主要分布在城区东北部，以山前坡地、冲沟两侧较为发育，在地貌上以舒缓台地为主。主要为风力堆积而成。具有淡黄、棕黄等颜色，可见大孔隙及由生物根茎遗迹形成的管状孔隙，含大量钙质结核和白色条纹，无层理，大部分具有强湿陷性，局部具有自重湿陷性。最大湿陷系数约为0.128，一般场地均属Ⅰ—Ⅲ级湿陷场地，多数未经勘察或未提供湿陷资料的建筑物，都因地基下沉，发生不同程度的墙体开裂，严重影响建筑物的安全使用。
2.宣化地区湿陷性黄土的物理力学性质指标的确定
为了对本区湿陷性黄土做进一步的研究，在对大量土工试验资料的综合分析后，特选取20组本区具有代表性原状土样进行室内试验，以确定其各项物理力学性质指标。
本次采集样品，全部用环刀在探井中取得。
2.1 本区湿陷性黄土各物理性质指标特征
本区试验中土的物理力学性质指标：天然含水量、天然密度、液限、塑限是按照《土工试验方法标准》GB/T50123—1999中所给定电热烘干箱法、环刀法、比重瓶法、圆锥仪法、搓条法求得。其它计算指标，天然孔隙比、饱和度、塑性指数、液性指数也是按照此《标准》中所给定公式求得。其特征见表1。
1.2 本区湿陷性黄土力学性质指标的确定
2.2.1压缩试验：由于本区湿陷性黄土的特性（其前期固结压力一般小于200Kpa），因此压缩系数aV的确定严格按国标《土工试验方法标准》GB/T50123—1999中规定的每级压力下固结24h的稳定标准，计算公式为av=（ei-ei+1）/（pi+1-pi）。
2.2.2湿陷性试验：黄土的湿陷性试验是压缩试验的深化，是测试在压力的作用下，压缩变形稳定后由于含水量变化而产生的湿陷变形特性。它所要确定的力学性质指标为湿陷系数δs、自重湿陷系数δz、湿陷起始压力Рz。其室内测定方法有单线法和双线法两种。
（1）单线法：单线法湿陷试验，是指对某个天然湿度下的土样分级加荷，加至某一规定压力下，压缩变形稳定后浸水，至湿陷变形稳定为止，可得到相应压力下的湿陷系数。
湿陷系数是与压缩试验联合进行的，也就是最后一级压力200Kpa压力变形稳定后浸水来测定。
自重湿陷系数的测定是求得饱和自重压力后，采用快速分级加荷法，每级增量为50Kpa，加荷时间间隔10—15min。
（2）双线法湿陷试验：是某一土样制备两个环刀试样（天然密度差≤0.03cm3），分别在天然湿度及浸水饱和条件下做压缩试验，利用两条压缩曲线的变形差，计算出不同压力下的湿陷系数，并可绘出P-δS曲线，本区黄土湿陷起始压力就是采用此方法测得。
由于本区黄土湿陷性较敏感,所以,湿陷起始压力试验的加压级别采用25、50、75、100、150、200Kpa。
在试验中还应注意第一级压力下的变形调整：两个试样在第一级压力下产生的变形量，由于切取试样时环刀表面不平和安装时不能紧密接触等原因，加压后产生一定的变形差异，为了消除这一非土质差异，在第一级压力下变形稳定后，应将两个百分表读数调整一致，调表示时还应考虑两台仪器变形量的差异，以避免未浸水就有一个附加的湿陷变形。
由于单线法测定的湿陷系数，从理论和试验结果比双线法更接近于黄土变形的实际情况。因此在双线法湿陷试验中，保持天然含水量施加压力的试样，在最后一级压力下变形稳定后仍要求浸水饱和，并达到湿陷稳定，求出此时实测的湿陷系数。这个湿陷系数与双线法最后一级压力下求出的湿陷系数相比，通常是不等的。为了使双线法的测试结果更接近实际，可用不浸水试样最后一级压力下浸水饱和的湿陷变形结果来修正浸水饱和试样的各级变形结果，即用修正系数K乘浸水饱和试样各级压力下的变形稳定值作为最后的计算值。
修正系数K为：
K=（Rn0-R1）/（Rw-R1）
式中 Rn0——不浸水试样最后一级压力下稳定后再浸水饱和湿陷变形稳定的百分表读数（mm）； Rw——浸水试样最后一级压力下变形稳定后的百分表读数（mm） R1——第一级压力下变形稳定后再浸水饱和湿陷变形稳定百分表读数（mm）。
根据对比试验结果，K的变化范围一般为0.8 1.2，如果计算K值超出此范围，则说明试验结果出现异常，试验需要返工重做。
对于正常情况，用双线法试验的结果按下式计算湿陷系数：
δSP=（K×RWP-RNP）/h0 （2）
式中 δSP ——压力P下的湿陷系数， RWP——浸水试样在压力P下变形稳定后的百分表读数（mm）； RNP——不浸水试样在压力P下变形稳定后的百分表读数（mm）， h0——试样原始高度（mm）； K——修正系数。
根据对比试验资料，双线法的试验结果经修正后，与单线法的差值明显减小，避免了两种试验方法间的一些矛盾。
2.2.3本区湿陷性黄土的抗剪强度试验
由于结构强度的影响，本区的湿陷性黄土的抗剪强度指标有其自身特性。直剪试验不同垂直压力下的抗剪强度不在一条直线上，三轴试验的极限应力圆也不在一条公切线上。其强度线并非直线，而是两条直线组成的折线，前段平缓，后段变陡，折线点可称之为结构临界点。平缓段为结构发挥段，基本上保持土的原结构特征，变陡段为结构丧失段，黄土的结构有了显著的改变。因此，本区湿陷性黄土的直剪试验的垂直压力（P）和三轴试验的围压（σ3）的大小和变化范围采用25、50、75、100KPa的压力级别，这样所得的试验结果和强度指标就基本上可在结构强度发挥段。
3.本区湿陷性黄土各物理力学性质指标间相互关系
3.1 湿陷性指标与其它物理性质指标间关系
湿陷性是本区黄土的一大力学特征。湿陷系数（δs）是评价本区黄土地基湿陷性的主要指标。湿陷起始压力值的大小，对判定黄土是否具有自重湿陷性质及自重湿陷可能出现的深度有重要作用（具有强烈自重湿陷性的黄土地基，黄土的起始压力总是低于该土的自重压力；在非自重湿陷性黄土地基中，土的湿陷起始压力一般都超过土的自重压力）；在非自重湿陷性黄土地区，测定湿陷起始压力，还有下列实际意义：
（1）建筑物荷载不大时，可使设计压力小于土的湿陷起始压力，此时可不按湿陷性黄土地基处理。
（2）在地基的某一深度，土体上的附加压力及土自重压力之和小于或等于湿陷起始压力值时，亦可不按湿陷性地基处理。利用这一性质，可把地基加深，或把上部的土层加以处理，用以消除这一层土的湿陷性，实际上起着决定处理湿陷性黄土厚度的作用。
（3）给水，排水管道，输水渠道的设置，也可以利用湿陷起始压力。
本区湿陷性黄土的湿陷系数、湿陷起始压力的影响因素有天然密度、天然含水量、天然孔隙比、土样所受压力。
湿陷性黄土的结构及其物质成分是产生湿陷的内因，而受水浸湿是湿陷发生的必要外因，所受压力的大小决定了湿陷量的大小。
根据湿陷系数随压力的变化曲线，当天然密度、天然含水量和天然孔隙比一定时，随着压力开始逐渐增大，湿陷系数开始增大，当湿陷系数增大到δs=0.015时，所对应的压力就是湿陷起始压力，此时就是湿陷的开始。之后，随压力的增大，湿陷系数不断增大，当压力增至某一值时，湿陷系数达到最大值，此时的压力是湿陷压力峰值，湿陷达到了最大，随后湿陷系数随压力的增大而逐渐减小，当湿陷系数减小到δs=0.015时，所对应的压力Pi为湿陷终止压力，湿陷达到终止。如果压力继续增大，即失去湿陷性。
从统计资料看，本区湿陷起始压力一般在50Kpa 100KPa，少量小于50KPa或大于100KPa。湿陷峰值压力一般为150KPa-250KPa间，少量小于150KPa或大于250KPa。
当土样所受压力、天然含水量一定，湿陷起始压力随着天然干密度而增大，随着天然孔隙比的增大而减小。湿陷系数则随着天然干密度的增大而减小，随天然孔隙比的增大而增大。
当土样所受压力、天然孔隙比、天然干密度一定时，随着天然含水量的增加，湿陷起始压力增大，而湿陷系数则随之减小。
3.2 含水量的变化对本区湿陷性黄土压缩变形及抗剪强度影响
根据本区现有资料，绘制的不同含水量的e—LgP曲线。在这个过程中，随着含水量的增加，结构强度不断衰减。Pc、Pd均不同程度减小。相应的压缩变形敏感段Pc——Pd区间，也随含水量的增加而缩减。
压缩变形对含水量的变化很敏感，随含水量的增加，压缩系数av相应增大。
含水量的变化对本区湿陷性黄土强度试验结果的影响非常明显，这种影响主要表现在，内聚力（C）随着含水量的增大而显著减小，同时内摩擦角（Ф）也受影响，但影响程度次之。
试验资料表明，当其天然含水量低于塑限时，含水量的变化对强度的影响最大；当天然含水量超过塑限时，强度的降低幅度减小；而以饱和含水量时为强度的最低值。
4.结束语
本区湿陷性黄土的各物理力学性质指标间都不是孤立存在的，它们之间存在着一定的关系。我们可以利用这些关系加以分析，来验证每一个试验结果的准确性，以达到试验成果的高标准，高准确度。
由于时间的关系及本区现有土工试验资料的局限性，本文只论述了本区湿陷性黄土物理力学性质指标的特征及其相互关系的一部分，在将来的实际工作中，还应对其做进一步的研究，积累更多经验，以求其更准确、更全面。
参考文献
[1]《地质手册》.
[2]《试验方法标准》GB/T50123——1999.
论文作者:安文涛
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/5
标签：压力论文; 黄土论文; 系数论文; 含水量论文; 试样论文; 自重论文; 指标论文; 《防护工程》2017年第23期论文;