太原東山地區(qū)黃土濕陷試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

馬愛農(nóng)

(中國冶金地質(zhì)總局第一地質(zhì)勘察院秦皇島分院，河北秦皇島 066001)

1 黃土濕陷試驗(yàn)現(xiàn)狀

黃土為第四紀(jì)沉積物，組成分富含碳酸鈣，有肉眼可見到的大孔(俗稱蟲孔)，垂直節(jié)理發(fā)育，在載荷和浸水共同作用下土體結(jié)構(gòu)遭破壞產(chǎn)生顯著的濕陷變形，這是黃土的重要特性，稱為黃土的濕陷性。目前工程地質(zhì)對(duì)黃土的工程評(píng)價(jià)主要采用黃土濕陷試驗(yàn)的三項(xiàng)主要指標(biāo)，濕陷系數(shù)(δs)、自重濕陷系數(shù)(δzs)和濕陷起始?jí)毫?psh)來進(jìn)行黃土地區(qū)的工程計(jì)算和評(píng)價(jià)，這些指標(biāo)通常是通過室內(nèi)試驗(yàn)獲得。黃土濕陷系數(shù)試驗(yàn)是:天然濕度狀態(tài)黃土試樣(高度為h0)在某壓力(p)下壓縮穩(wěn)定(此時(shí)試樣高度為hp)，不增加壓力而往容器內(nèi)注水使土樣浸水飽和，待沉陷穩(wěn)定記下試樣高度(hp′)，則濕陷系數(shù) δs=(hp－ hp′)/h0;當(dāng) δs≥0.015 時(shí)判定試樣黃土具有濕陷性，該黃土定名為濕陷性黃土，自重濕陷系數(shù)試驗(yàn)是:試樣施加土的飽和自重壓力，待穩(wěn)定后浸水求得的，自重濕陷系數(shù)計(jì)算公式為 δzs=(hz－ hz′)/h0;當(dāng) δzs≥0.015 時(shí)判定試樣黃土為自重濕陷性黃土，黃土在荷重作用下，受水浸濕后開始出現(xiàn)濕陷的壓力稱為濕陷起始?jí)毫?，即在黃土濕陷試驗(yàn)后所作的濕陷系數(shù)(δs)與壓力(p)關(guān)系曲線上求得，在p—δs曲線上查出與δs=0.015相對(duì)應(yīng)的壓力，就是試驗(yàn)黃土的濕陷起始?jí)毫?psh)。黃土濕陷試驗(yàn)國內(nèi)外都沿用單線法和雙線法兩種方法。單線法試驗(yàn)是用環(huán)刀取某天然濕度下的原狀土樣5個(gè)～7個(gè)，分級(jí)加壓，加至各個(gè)規(guī)定壓力下壓縮穩(wěn)定后浸水，至濕陷變形穩(wěn)定，可得到相應(yīng)壓力下的濕陷系數(shù)，繪制p—δs曲線。雙線法試驗(yàn)是用環(huán)刀取試樣兩個(gè)，分別在天然濕度及浸水飽和條件下作壓縮試驗(yàn)，利用兩條壓縮曲線的變形差，計(jì)算出不同壓力下的濕陷系數(shù)，繪制p—δs關(guān)系曲線［1］。單線法數(shù)據(jù)準(zhǔn)確但工作量大，雙線法簡便工作量小但數(shù)據(jù)存在一定偏差，需要嚴(yán)格控制試驗(yàn)每個(gè)細(xì)節(jié)。

2 太原東山地區(qū)黃土試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本人通過對(duì)太原東山地區(qū)某大型商住樓建設(shè)區(qū)域的施工勘察樣品的黃土試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總分析，側(cè)重分析探討了不同濕陷系數(shù)區(qū)間壓縮模量下降問題，并對(duì)該地區(qū)黃土濕陷特征進(jìn)行了總結(jié)。

1)參與統(tǒng)計(jì)的黃土試樣共計(jì)1 146件，這些試樣均為人工挖探采樣，樣品質(zhì)量較高均達(dá)到一級(jí)試樣要求，該地區(qū)黃土覆蓋層較厚，根據(jù)工程需要探井最深挖至20 m。試驗(yàn)方法分別采用單線法和雙線法進(jìn)行，基本采取交替進(jìn)行，即某孔的單號(hào)樣品采用單線法、雙號(hào)樣品采用雙線法，試驗(yàn)結(jié)果顯示兩種方法結(jié)果有較高的溫和性，主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指標(biāo)見表1。其中非濕陷性黃土458件，濕陷性黃土688件。該地區(qū)黃土主要指標(biāo)為:含水率在5.6%～25.2%范圍，干密度在 1.14 g/cm3～1.80 g/cm3范圍，孔隙比在0.503 ～1.374 范圍，天然飽和度在9.9% ～80.0%范圍，液性指數(shù)在 －1.60 ～0.92范圍;濕陷系數(shù)在0.001 ～0.172 范圍，自重濕陷系數(shù)在0.000 ～0.145 范圍。

2)從表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，該地區(qū)黃土濕陷性與試樣天然孔隙比液性指數(shù)存在較大相關(guān)性，即隨著孔隙比的增大濕陷系數(shù)增大，當(dāng)試樣天然孔隙比不小于0.850時(shí)就屬于濕陷性黃土，圖1顯示孔隙比與濕陷系數(shù)有很高的正相關(guān);圖2是液性指數(shù)與濕陷系數(shù)的關(guān)系曲線，也表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性;另外隨著濕陷等級(jí)的加大;起始濕陷壓力降低、飽和自重壓力降低，該地區(qū)濕陷性黃土大多屬于自重濕陷性黃土，自重濕陷系數(shù)與濕陷系數(shù)表現(xiàn)出很高的正相關(guān)性。

表1 太原東山地區(qū)1 146件黃土試樣濕陷試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖1 孔隙比與濕陷系數(shù)關(guān)系曲線

圖2 液性指數(shù)與濕陷系數(shù)關(guān)系曲線

3)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)中另外一項(xiàng)重要指標(biāo)是土的壓縮模量，是判斷土的壓縮性和計(jì)算地基壓縮變形量的重要指標(biāo)之一。

在工程地質(zhì)中對(duì)土的壓縮性做如下分類:當(dāng)Es＜4 MPa時(shí)為高壓縮性土，當(dāng)4 MPa＜Es＜20 MPa時(shí)為中等壓縮性土，當(dāng)Es＞20 MPa時(shí)為低壓縮性土。對(duì)黃土濕陷性程度做如下規(guī)定:δs＜0.015 非濕陷性黃土，0.015≤δs≤0.030 濕陷性輕微，0.030≤δs≤0.070 濕陷性中等，δs＞0.070 濕陷性強(qiáng)烈［2］。

通過對(duì)太原東山地區(qū)黃土濕陷試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出，該地區(qū)黃土天然狀態(tài)下均為中等壓縮性土，但浸水飽和后，壓縮性發(fā)生很大變化，尤其是濕陷性中等和濕陷性強(qiáng)烈的土樣其壓縮性由中等壓縮性轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏嚎s性。黃土壓縮試驗(yàn)隨著濕陷系數(shù)的變化，其壓縮模量產(chǎn)生的衰減也與濕陷系數(shù)表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性。當(dāng)濕陷系數(shù)小于0.015時(shí)，黃土浸水沉陷后的壓縮模量相對(duì)于天然黃土壓縮模量的衰減ΔEs(暫稱作ΔEs)不超過20%，當(dāng)濕陷系數(shù)不小于0.015時(shí)，黃土浸水沉陷后的壓縮模量相對(duì)于天然黃土壓縮模量的衰減ΔEs超過26%，并隨著濕陷系數(shù)的遞增而呈增大趨勢(shì)。當(dāng)濕陷系數(shù)不小于0.03時(shí)，ΔEs超過40%;當(dāng)濕陷系數(shù)不小于0.07時(shí)，ΔEs超過60%。對(duì)太原東山地區(qū)1 146件黃土試樣中的688件具有濕陷性黃土的ΔEs與濕陷系數(shù)δs的關(guān)系進(jìn)行匯總分析，發(fā)現(xiàn)在不同荷載區(qū)間二者的相關(guān)趨勢(shì)有很好的一致性，見圖3～圖7。

圖3 0 kPa～50 kPa濕陷系數(shù)與壓縮模量下降關(guān)系圖

圖4 50 kPa～100 kPa濕陷系數(shù)與壓縮模量下降關(guān)系圖

圖5 100 kPa～200 kPa濕陷系數(shù)與壓縮模量下降關(guān)系圖

圖6 200 kPa～300 kPa濕陷系數(shù)與壓縮模量下降關(guān)系圖

圖7 300 kPa～400 kPa濕陷系數(shù)與壓縮模量下降關(guān)系圖

4)上述壓縮模量衰減ΔEs，其計(jì)算公式為ΔEs=100×(Es－Es′)/Es，其中，Es為黃土在某級(jí)荷載下的壓縮模量;Es′為對(duì)應(yīng)荷載飽和浸水后的壓縮模量。壓縮模量衰減ΔEs雖然在濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范中沒有明確提出，但肯定在工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)中對(duì)黃土濕陷危害性評(píng)價(jià)有著很大的指導(dǎo)意義，關(guān)鍵是壓縮模量衰減ΔEs的規(guī)律是否穩(wěn)定，在不同地區(qū)的黃土中表現(xiàn)是否一致，這是同行業(yè)工作者需要進(jìn)行總結(jié)分析的問題。

3 結(jié)語

濕陷性黃土對(duì)工程的危害性評(píng)價(jià)需要嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的進(jìn)行，但如何既準(zhǔn)確又簡便的進(jìn)行評(píng)價(jià)值得探討，本文提出的壓縮模量衰減概念在太原東山黃土覆蓋地區(qū)的黃土試樣存在很好的規(guī)律性，在其他黃土地區(qū)是否存在類似的規(guī)律值得深入研究，如果壓縮模量衰減能夠準(zhǔn)確表達(dá)黃土濕陷等級(jí)，是很方便使用的指標(biāo)。

［1］ GB/T 50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.