關(guān)中地區(qū)Q2黃土物理力學(xué)性質(zhì)分析研究

宋世鑫 馬馳

【摘要】本文通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外與Q2黃土相關(guān)的大量文獻(xiàn)，總結(jié)了Q2黃土物理力學(xué)性質(zhì)及微結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得到Q2黃土相關(guān)物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，如密度、含水率、液塑性指數(shù)、抗剪強(qiáng)度、壓縮模量、濕陷性系數(shù)等。

【關(guān)鍵詞】Q2黃土；物理力學(xué)

一、緒論

鑒于不同時(shí)期古黃土物理力學(xué)性質(zhì)的差異性以及黃土在我國(guó)的廣泛分布和工程建設(shè)影響，其學(xué)術(shù)意義和工程實(shí)踐價(jià)值十分顯著[1]。發(fā)生在黃土區(qū)的各種地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象對(duì)工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅，黃土區(qū)地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、泥石流等，多是由于其內(nèi)部應(yīng)力分布的不均勻所造成，而黃土內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是應(yīng)力分布的一大影響因素，更重要的是Q2黃土現(xiàn)階段研究較少，故本題以陜西省西安市臨潼區(qū)芷陽(yáng)湖Q2黃土為研究對(duì)象，依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41002101），通過(guò)微結(jié)構(gòu)分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，輔以相關(guān)物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，分析其之間聯(lián)系，從而研究西北地區(qū)Q2黃土相關(guān)性質(zhì)及工程影響，對(duì)黃土區(qū)建設(shè)予以一定的建議。

Q2黃土由于埋藏較深，在上世紀(jì)80年代以前一般工程很少接觸到，因此對(duì)該層土研究資料很少，最早對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)研究的應(yīng)該是從王曲電廠(chǎng)和蒲城電廠(chǎng)工程開(kāi)始的[2]。為解決好場(chǎng)地地基處理問(wèn)題，西北電力設(shè)計(jì)院委托中國(guó)建筑科學(xué)研究院進(jìn)行了大面積試坑浸水試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)結(jié)果表明該場(chǎng)地也應(yīng)判定為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地。自此以后，Q2黃土濕陷性的研究才逐漸被重視起來(lái)，但是Q2黃土的試驗(yàn)研究還處于初級(jí)階段。但隨著工程建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，越來(lái)越多的工程將直接涉及到厚層Q2黃土的地基處理。因此，對(duì)Q2黃土的力學(xué)特性、工程性質(zhì)等進(jìn)行深入研究就顯得非常迫切，同時(shí)也具有較大的工程實(shí)用價(jià)值[3]。我囯黃土的分布面積廣大，黃土的粒度成分和它的工程性質(zhì)必然會(huì)受到其所在地區(qū)的地貌、地質(zhì)和氣候等條件的制約與影響，而形成不同地理區(qū)域的黃土之間的在共性基礎(chǔ)上的工程性質(zhì)土的種種差異。

二、Q2黃土的物理力學(xué)性質(zhì)研究

根據(jù)國(guó)內(nèi)黃土的分布和區(qū)域差異性，選擇選取具有典型黃土分布核心區(qū)（陜西省西安市臨潼區(qū)境內(nèi)芷陽(yáng)湖Q2黃土為研究對(duì)象），通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣并進(jìn)行室內(nèi)巖土物理力學(xué)試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)成果并于前人的研究成果，概括出該地區(qū)典型Q2黃土的物理力學(xué)性質(zhì)。

三、室內(nèi)Q2黃土的物理性質(zhì)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)

為了研究Q2黃土的物理力學(xué)性質(zhì)，在陜西省西安市臨潼區(qū)芷陽(yáng)湖景區(qū)施工現(xiàn)場(chǎng)電纜鋪設(shè)開(kāi)挖坑道中部取得土樣。臨潼區(qū)位于驪山北緣、黃土高原地區(qū)南部，屬于典型的黃土堆積地貌，故選此處進(jìn)行取土。本次取土深度3～5m，該處土體為深棕紅色亞粘土夾薄層亞砂土，柱狀節(jié)理發(fā)育，夾古土壤層及鈣質(zhì)結(jié)核層，呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu)，具有一定的強(qiáng)度，所示。為了盡量的減少對(duì)土樣的擾動(dòng)，試樣在現(xiàn)場(chǎng)挖成直徑150～200mm高度300～400mm的近似圓柱體共10件，標(biāo)明取樣類(lèi)型及用途，并用保鮮膜和塑料帶包好，裝入鐵筐，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。土樣取回后，剝?nèi)ニ芰霞埡湍z帶，檢查土樣結(jié)構(gòu)，看是否擾動(dòng)或土樣質(zhì)量是否符合試驗(yàn)要求，若土樣保持完好，按照試驗(yàn)規(guī)程要求利用專(zhuān)用的削土器將土樣削制成實(shí)驗(yàn)所需的圓柱形試樣。未使用土樣則用保濕器保濕待下次使用。在室內(nèi)制樣時(shí)可以看見(jiàn)黃土內(nèi)含極小的細(xì)砂、石英顆粒等，部分存在鈣質(zhì)結(jié)核，屬黃土正常特征，但會(huì)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定影響。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取得Q2黃土原狀進(jìn)行物理性質(zhì)試驗(yàn)，主要包括含水率試驗(yàn)、密度試驗(yàn)、粒度分析實(shí)驗(yàn)和液、塑限試驗(yàn)。含水率試驗(yàn)、密度試驗(yàn)和界限含水率試驗(yàn)進(jìn)行了6組，取6次測(cè)值的平均值作為最終值。

本章由Q2黃土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)得以下Q2黃土的物理性質(zhì)分析結(jié)果表：

表3.1Q2黃土的物理性質(zhì)分析結(jié)果

天然

含水量% 密度

Cc

Cu 可塑性液限

土質(zhì)

分類(lèi)

濕密度ρ（g/cm3） 干密度ρd

（g/cm3） 液限

ωL（%） 塑限

ωp（%） 塑性

指數(shù)

Ip 液性

指數(shù)IL

21.53 1.81 1.49 1.13 8 33.79 23.3 10.16 -0.225 粉質(zhì)粘土

四、室內(nèi)Q2黃土的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取得Q2黃土原狀進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，主要包括剪切實(shí)驗(yàn)、固結(jié)實(shí)驗(yàn)、和擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，剪切實(shí)驗(yàn)進(jìn)行2組，固結(jié)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行6組，擊實(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行1組，含水測(cè)量?jī)山M試樣。

本章由Q2黃土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)得以下Q2黃土的力學(xué)性質(zhì)分析結(jié)果表：

表4.1Q2黃土的力學(xué)性質(zhì)分析結(jié)果

壓縮系數(shù)αV

（MPa～1）

壓縮

模量 濕陷

系數(shù) 抗剪性質(zhì) 擊實(shí)性質(zhì)

P=0.2

MPa 內(nèi)摩

擦角（°） 凝聚力

C（KPa） 最大

干密度ρd（g/cm3） 最優(yōu)含水率ω（%）

0.079 26.23 0.0011 26.02 55.83 1.63 21

五、結(jié)論

本文以陜西省西安市臨潼區(qū)境內(nèi)芷陽(yáng)湖Q2黃土為研究對(duì)象，從宏、微觀(guān)研究方法入手，通過(guò)室內(nèi)土工常規(guī)試驗(yàn)和CT掃描試驗(yàn)，對(duì)芷陽(yáng)湖Q2黃土的粒度組成、物理性質(zhì)指標(biāo)、力學(xué)性質(zhì)和微結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)研究，分析總結(jié)了黃土的組成及其相互作用、各個(gè)物理力學(xué)指標(biāo)之間的聯(lián)系及對(duì)工程建設(shè)的影響。得出了以下結(jié)論：

對(duì)本區(qū)域內(nèi)Q2黃土物理力學(xué)性質(zhì)予以總結(jié)，并可作為本區(qū)域內(nèi)工程參考。本區(qū)Q2黃土天然含水率21.53%左右，濕密度1.81g/cm3左右，干密度1.49g/cm3，塑性指數(shù)10.16左右，液性指數(shù)～0.223左右，屬粉質(zhì)粘土，表現(xiàn)出含水較低，密度較小，但相對(duì)于Q2黃土又較大；且具有一定可塑性；顆粒分析表明粉、粘粒含量較多，顆粒均勻，為均粒土；抗剪強(qiáng)度抗壓縮能力并較大，同時(shí)具有一定濕陷性，這與Q2黃土相對(duì)較大的含水與較粉、粘粒含量以及形成時(shí)間較長(zhǎng)等因素有關(guān)。最后Q2黃土的壓縮系數(shù)αV為0.079左右，壓縮模量Es為26.23左右，為低壓縮性土；而濕陷性系數(shù)在0.0011左右，雖存在濕陷性，但十分小，故Q2黃土的壓縮性與濕陷性對(duì)工程影響極小。

參考文獻(xiàn)：

【1】《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì). 工程地質(zhì)手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007，北京（4）：132～165，418～445.

【2】孫建中.黃土學(xué)[M].香港考古學(xué)會(huì)，2005，香港：1～28.

【3】喬平定，李增鈞.黃土地區(qū)工程地質(zhì)[M].水利水電出版社，1990，北京：1～4 24～69.