公路黃土濕陷性的探討

李江

（西安市北郊市政養(yǎng)護(hù)管理公司，陜西 西安 710016）

1 概述

黃土形成于特殊的自然環(huán)境，主要位于北半球的俄羅斯、歐洲、北美和中國(guó)中西部地區(qū)。就其分布面積和厚度來(lái)說(shuō)，我國(guó)黃土占世界首位，大致位于昆侖山、秦嶺、山東半島一線以北，阿爾泰山、阿拉善、鄂爾多斯、大興安嶺以南，面積達(dá)63萬(wàn)Km2。其中，濕陷性黃土又占了相當(dāng)大的部分，在西部的陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆、內(nèi)蒙古以及山西等省區(qū)都有大面積的濕陷性黃土分布。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路建設(shè)和公路運(yùn)輸也隨著快速增長(zhǎng)，在濕陷性黃土地區(qū)修建公路一直是土工技術(shù)領(lǐng)域中最突出的問(wèn)題，因此值得我們進(jìn)行探討研究。

2 黃土地基濕陷變形特征

黃土在壓應(yīng)力作用形式下的變形有三種形式，即彈性變形、壓密變形和蠕變變形。由于黃土的形成條件和結(jié)構(gòu)狀態(tài)與一般粘性土有很大差異，其壓實(shí)變形表現(xiàn)為兩種形式，既在某一定荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形，又在荷載不變而遇水時(shí)產(chǎn)生濕陷變形。

2.1 濕陷性的分類

濕陷變形就是黃土在一定壓力作用下受水浸濕時(shí)，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生的顯著附加下沉的變形。黃土的濕陷性又分為非自重濕陷和自重濕陷兩種。非自重濕陷黃土是在自重壓應(yīng)力下受水侵濕時(shí)而不發(fā)生濕陷變形；自重濕陷性換圖是在自重應(yīng)力下受水侵濕時(shí)產(chǎn)生濕陷變形。另外，濕陷還分為如表1所列的三個(gè)等級(jí)。

表1 黃土濕陷性分類

2.2 變形特征

黃土地基變形按外來(lái)作用因素可分為三類：即壓縮變形、濕陷變形和滲透溶濾變形。

2.2.1壓縮變形，指黃土在壓力作用下含水量不變時(shí)的垂直變形，相當(dāng)施工時(shí)的變形。

2.2.2濕陷變形，黃土在壓力和浸水同時(shí)作用下，由于結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生的垂直變形，一般變形量大，速度快，具有突變性質(zhì)，但因結(jié)構(gòu)耐水程度不同引起的變形速度也不相同，這種變形相當(dāng)于黃土地基竣工后浸水時(shí)期。

2.2.3滲透溶濾變形，是指黃土在水頭及滲透水長(zhǎng)期作用下由于鹽類溶濾以及土體孔隙繼續(xù)被擠壓而產(chǎn)生的垂直變形，實(shí)質(zhì)上是濕陷變形的繼續(xù)。

3 變形計(jì)算指標(biāo)

為了計(jì)算上述三種變形量，需要進(jìn)行黃土壓縮試驗(yàn)，分別測(cè)以下三種計(jì)算指標(biāo)。

3.1 壓縮變形系數(shù)

式中：h0-壓縮試驗(yàn)中試樣的起始高度；

h1-試樣在圖層自重壓力下壓縮穩(wěn)定后的高度；

h3-試樣在自重壓力與建筑物附加壓力聯(lián)合作用下壓縮穩(wěn)定后的高度。

3.2 濕陷變形系數(shù) 及自重濕陷變形系數(shù)

式中：h3-在自重壓力與建筑附加壓力聯(lián)合作用下的壓縮穩(wěn)定后，充分浸水后的試樣高度；

h'2-保持天然濕度與結(jié)構(gòu)的試樣，加壓至上覆土層飽和自重時(shí)壓縮穩(wěn)定后高度；

h"2-在h'2試樣高度時(shí)，充分浸水待濕陷變形穩(wěn)定后的高度。

3.3 溶濾變形系數(shù)δt

式中：h4-試樣濕陷變形穩(wěn)定后，繼續(xù)長(zhǎng)期浸水達(dá)變形穩(wěn)定后的高度。

公式（1）做為土體自重壓力與建筑物附加壓力聯(lián)合作用不浸水情況下的土體壓縮計(jì)算；公式（2）、（3）和（4）作為浸水后的變形計(jì)算。以上指標(biāo)作為設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工沉降控制具有指導(dǎo)性意義。

4 黃土濕陷原因和機(jī)理探討

黃土的濕陷性是自然歷史的產(chǎn)物，濕陷原因很復(fù)雜，其過(guò)程是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程。濕陷的發(fā)生主要是由土體內(nèi)部固有的特殊因素和外界創(chuàng)造的適當(dāng)條件共同作用的結(jié)果。

4.1 黃土濕陷成因的幾種假說(shuō)

4.1.1大孔性、多孔性假說(shuō)，最早是由列謝特金和扎馬林等人提出。認(rèn)為黃土之所以有濕陷性，根本原因是黃土具有大孔隙。所謂大孔實(shí)際并不是濕陷形成的原因，對(duì)濕陷真正起作用的是結(jié)構(gòu)孔隙（架空孔隙、支架孔隙）和疏松的土粒間孔隙。

4.1.2毛細(xì)力假說(shuō)，阿別列夫運(yùn)用太沙基（Terzaghi）關(guān)于毛細(xì)力的學(xué)說(shuō)，認(rèn)為在顆粒接觸點(diǎn)處有不連續(xù)的水分布，在相鄰顆?？障吨兴畾饨缑嫔嫌斜砻鎻埩Υ嬖冢?dāng)土體浸水后，孔隙全部被水分所占據(jù)，毛細(xì)力消失而產(chǎn)生濕陷。實(shí)際上黃土在干燥條件下根本沒(méi)有毛細(xì)力，浸水后才可能有毛細(xì)力。因此，這種假說(shuō)缺乏支撐力。

4.1.3加固凝聚力降低或消失假說(shuō)，這個(gè)理論本質(zhì)是在水膜楔入作用和膠結(jié)物溶解作用下，加固凝聚力收到了破壞，同時(shí)對(duì)土的結(jié)構(gòu)造成破壞，因而發(fā)生濕陷。

另外還有可溶鹽假說(shuō)、粘土水膜假說(shuō)、膠體不足假說(shuō)、土粒間的抗剪強(qiáng)度突然降低假說(shuō)等。

綜上所述，濕陷性黃土的濕陷發(fā)生原因和機(jī)理，說(shuō)法不一。到底哪一種假說(shuō)最為正確，還要在今后的科學(xué)試驗(yàn)中繼續(xù)驗(yàn)證。

4.2 黃土濕陷機(jī)理探討

如果黃土沒(méi)有多孔性，那么就與一般粘土一樣，只能壓縮和膨脹而不會(huì)濕陷。如果黃土顆粒間聯(lián)結(jié)完全是抗水的，即使其結(jié)構(gòu)疏松、大孔隙多（孔隙劃分見(jiàn)表2），也不會(huì)發(fā)生濕陷。因此，要從兩個(gè)方面去找濕陷的原因，即多孔性、疏松結(jié)構(gòu)和不抗水的土顆粒間聯(lián)結(jié)問(wèn)題。

表2 黃土孔隙劃分表

4.2.1宏觀孔隙，主要包括黃土洞穴、黃土地裂縫與解理、放射狀孔穴、鼠洞、蟲(chóng)孔及根孔。這些宏觀的孔洞看起來(lái)與濕陷性關(guān)系不大，但在工程實(shí)踐中，作為路基或邊坡的黃土來(lái)說(shuō)，在浸水時(shí)，與黃土的濕陷性相結(jié)合，所造成的危害卻很大；同時(shí)這些孔穴往往是來(lái)水通道，使水進(jìn)入路基或邊坡，造成路基濕陷和邊坡坍塌，嚴(yán)重影響道路的服務(wù)狀態(tài)。

4.2.2微觀孔隙，這類孔隙主要有結(jié)構(gòu)性孔隙、粒間孔隙和膠結(jié)物孔隙。在這些孔隙中，對(duì)濕陷性來(lái)說(shuō)最不穩(wěn)定是結(jié)構(gòu)孔隙，其次是粒間孔隙。而最為穩(wěn)定的是膠結(jié)物孔隙。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)濕陷性黃土分布廣泛，在進(jìn)行公路工程建設(shè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)路基沉陷、邊坡坍塌、崩解等病害。因此，在修筑前一定要了解道路所通過(guò)地區(qū)黃土的種類和性質(zhì)，采取相對(duì)應(yīng)的措施來(lái)消除或減少黃土濕陷性帶來(lái)的不利影響。

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