（地质工程专业论文）Qlt2gt黄土的湿陷特征.pdf

摘要 随着我国西部开发战略的实施，工程规模越来越大，深部q 。黄土的工程特性越来越 受到重视，在一些工程实践中发现q 。黄土湿陷性与q 3 有着明显的不同，因此对q ：黄土的 研究对我们更深入的认识q 。黄土非常必要。本文通过室内试验，对q 。黄土和古土壤的增 湿变形特征、湿陷变形与微观结构之间的关系等方面进行了研究，其主要内容如下： l 、根据室内湿陷性试验结果，分别绘制了p 一6 ，曲线、w 一6 ，曲线和w 一6 ，曲线， 对q ：黄土l ：、l 3 、l 4 、l 。、l 。、l ，及古土壤s 。、s 。、s 。、s 。、s 。、s ，的增湿变形特性进行了详 细分析，发现了q 2 黄土和古土壤的湿陷特性的不同，其湿陷特性曲线和q 3 黄土有很大差 别。并首次提出了敏感饱和度和敏感含水区间的概念，并对不同土层敏感饱和度和土的孔 隙比之间的关系进行了归纳。 2 、将所取各层古土壤、黄土在扫描电镜下进行了骨架颗粒( 大小、形态、排列方式 和接触关系) 、孔隙( 大小、形态、结构、类型) 、胶结结构( 种类、赋存方式) ，胶结程 度及显微结构类型进行了详细观察和分析，并对黄土、古土壤的显微结构与湿陷性特征之 间的关系进行了归纳和评价，得出了黄土微观结构是其湿陷特性的内在原因。 3 、通过试验结果，结合工程实践对湿陷性黄土地区建筑规范( g b 5 0 0 2 5 2 0 0 4 ) 规 定的6 。= 0 0 1 5 作为黄土湿陷性评价标准在q ：古土壤中的适用性和合理性提出了不同看 法。 关键词：湿陷性；敏感含水量；敏感饱和度；敏感含水区间；微观结构；吼黄土：瓯古土 壤 a b s t r a c t w i t ht h ei m p l e m e n to f e x p l o i t a t i o ns t r a t a g e mi nt h ew e s t e mo f o u rc o u n t r y ，p r o j e c ts c a l ei s m o r ea n dm o r el a r 窿e ，s i m u l t a n e o u s l yt h ep r o j e c tc h a r a c t e r i s t i co ft h ed e e p1 0 e s si sm o r ea n d m o r ea t t a c h e di m d o r t a n c e t h e r eh a v eo b v i o u sd i 色r e n c eo fm el o e s sc o l l a p s i b i l i t yb e t w e e nt h e e mo fq 2a i l dq 3i ns o m ep r o j e c tp r a c t i c e ，s ot h ef e s e a r c ho ft l el o e s si nt h ee r ao fq 2i s i m p o n a n ta n dn e c e s s a r yt oo u ri n d 印mk n o w l e d g e i n “sp a p e r ，m ei n c r e a s i n gh u m i d i t y d e f o 姗a t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft h el o e s sa n df o s s i ls o i l i nt l l ee r ao fq 2a n dt h er c i a t i o nb e “忙e n d e f o m l a t i o no fc 0 1 l a p s i b i l i t va 1 1 dm i c r o s t r l j c t u r eh a v e b e e nr e s e a r c h e db yt h ei n d o o r e x p e r i m e n t sw h i c hc h i e n yi n c l u d ef o l l o w i n gc o m e n t s ： f i r s t l y ，a c c o r d i n gt ot h ei n d o o re x p e r i m e n t s r e s u l t s ，s e p a r a t ep r o t m c t i n gt 1 1 ec u r v e so fp 一6 s 、w 一6 sa i l dw 一6 。，a n dt h ei n c r c a s i n gh u m i d i t yd e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i co f t l l el o e s so f l 2 、l 3 、l 4 、l 5 、l 6 、l 7 a n d t h e f o s s i is o i io f s 2 、s 3 、s 4 、s s 、s 6 、s 7 i n t l l e e r a o f q 2h a v eb e e n d e t a i l e da 1 1 a l y z e d ，d i s c o v e r i n gt 1 1 ed i 仃c r e n c eo ft h ec 0 1 l a p s i b l ed e f o m a t i o nb e t 、v c e nt 1 1 e mb y t 1 1 ec u r v e s ，a n df i r s t l yp u n i n gf o m 佃r dt 1 1 ec o n c e p to fm es e n s i t i v es a t u r a t i o na i l dt h es e n s i t i v e p a r to fm en o n l l a lm u t eo fw a t e rc o n t e n t ，a i l di n d u c i n gt h er e l a t i o no ft h es e n s i t i v es a t u m t i o n a n dt h ed o r er a t i oi nd i s t i n c tl a v e r so f s o i l s e c o n d l y ，w es c a n n e df r a m e w o r kg r a i nw h i c hc o n c l u d em es i z e 、t h ef o h n 、也ea a n g i n g m o d ea i l dt h ec o n t a c t i n 2r e l a t i o n ，p o r ew h i c hc o n c l u d et l l es i z e 、t l l ef o m 、t h es t m c t u r ea i l dt l l e t 、f p e ，c e m e n t a t i o ns m l c t u r ew h i c hc o n c l u d et h es o r te x i s t i n 譬m o d e ，c e m e n t a t i o nd e p ，e ea n d m i c r o s t m c t u r et y p eb ys c a i l l l i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ，a n dw ed e t a i l e do b s e r v ea i l da n a l y z e t h e m w ei n d u c ea l l de s t i m a t em er e l a t i o no fm i c r o s c o p ea 1 1 dc 0 1 l a p s i b l ec h a r a c t e r i s t i c ，a i l d c o n c l u d et h el o e s sa n df b s s i ls o i lsm i c r o s t m c t u r ei st 1 1 ei r u l e rc a u s eo fi t sc 0 1 l a d s i b l e c h a r a c t e r i s t i c f i n a l l y ，b yt h er e s u l t so f e x p e r i m e n t s ，a n dc o m b i l l i n gt 1 1 ep r o j e c tp m c t i c e ，w ep u tf o n v a r d t i l ed i s t i n c tv i e wo fa p p l i c a b i l i t ya t l dr a t i o n a l i t y w h i c hi st l l a tt h ec o e 历c i e n to fc o l l a p s i b i l i t y e q u a l i n g0 0l5i st h el o e s sc 0 1 l a p s i b l ec h a r a c t e r i s t i ce v a l u a t i n gs t a n d a r di n t h ee mo fq 2 a c c o r d i n gt oc o d ef o r b u i l d i n gc o n s t m c t i o ni nc 0 1 l 印s i b l el o e s sr e g i o n s ( g b5 0 0 2 5 2 0 0 4 ) k e yw o r d s ：c o l l a p s i b i l i t y ；t h es e n s i t i v ew a t e rc o n t e m ；t h es e n s i t i v es a t u r a t i o n ；t h e s e n s i t i v ep a no fm en o n n a lr o u t eo fw a t e rc o n t e n t ；m i c r o s t m c t u r e ；t h el o e s sa n df o s s i ls o i lm t l l ee m o f q 2 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：；犯移为加形年月彦日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：塑乞移孥 导师签名：别廖乞 撕多月莎日 如埘易年月多日 1 前言 黄土是在干旱，半干旱特殊自然环境下形成的一类特殊性土的总称，它具有不同于其 它土类的一种特殊性质( 湿陷性) 。我国黄土的分布面积约6 4 万k m 2 ，占我国国土面积的 6 3 ，主要分布在西起贺兰山，东到太行山，北起长城，南到秦岭的黄河中游地区。 黄土的形成经历了整个地质年代的第四纪时期，主要由全新世的次生黄土q 。晚更新 世马兰黄土q 。，中更新世离石黄土q 。早更新世午城黄土q ；等组成。q 。次生黄土和q 。马 兰黄土的质地比较疏松，大孔结构发育，湿陷性强，对建筑的安全影响较大。自上世纪 5 0 年代起，结合我国的基本建设，在其时代、成因、基本性质、湿陷变形特性、强度特 征、微结构分析和地基处理等研究方面都取得了显著成果。中更新统如黄土形成于距今 1 0 7 0 万年之间，埋藏于上更新统马兰黄土q 。之下，由多层黄土和古土壤相间组成，和 鸥相比，钙质结核含量高，孑l 隙少，大孔结构多已退化，湿陷较弱，由于其分布普遍，厚 度大( 最厚处可达1 7 0 m ) ，因此是构成我国高阶地和黄土塬区的主体地层。一般的地层 剖面见表1 ： 表lq z 黄土的地层结构 l 2 黄土，灰黄浅黄色，土质较均匀，含大孔隙 s ?古土壤，褐色，团块结构，含钙质结核，为二层古土壤中间夹一层黄土构成，俗称“红二条”。 b黄土，浅棕褐黄色，含少量大孔隙和钙质结核。 s 3 古土壤，棕红色，团块结构，含少量钙质结核。 l 黄土，褐黄色，可见土壤结构，为团块状，含少量钙质结核，大孔隙较少。 s 古土壤，棕红褐色，团块结构。 l s黄土，棕黄色，土质相对较均匀。 古土壤，棕红褐色，俗称“红三条”，有些地方有三条古土壤，之问夹二层薄黄土，有些地方三小层 s s 古土壤之间无黄土相隔。 l 6 黄土，褐黄色，含钙质结核，局部钙质结核密集。 s 6 古土壤，红褐黄褐色，成壤作用弱，颜色不太红，底部有钙质结核层。 k棕黄色，粒状，团块状结构。 s ， 古土壤，浅红褐色，团块结构，下部钙质结核发育。 由于其埋藏于q 3 马兰黄土之下，因此多年来对其研究的较少，工程实践经验也不多。 随着我国西部开发战略的实施，深部q ：黄土的工程特性和力学性质越来越受到重视， 积极开展有关q ：黄土的力学特性和工程特性，尤其是增湿变形性状和其结构性与其湿陷 特性之间的关系研究和探索是我们义不容辞的责任和义务。 1 1 已有黄土湿陷性的研究成果 1 1 1 黄土湿陷的内因与外因 湿陷是黄土在荷载作用下浸水时所产生的附加下沉变形，黄土湿陷变形有很多理论， 诸如毛管假说、溶盐假说、胶体不足说、水膜楔入说、欠压密理论、结构学说等，但最近 二十年来的研究证明黄土的湿陷是由本身独特的结构造成的，外荷和水是导致黄土湿陷的 外因。 按照空间结构力学的观点，结构体系的强度和稳定性取决于骨架颗粒的刚度、单位体 积内接触连结点的数目和强度。骨架颗粒是刚性的，这在电镜下已被证明。1 ，因此黄土结 构体系的强度将取决于连结点的数目和强度，而连结点的强度主要由以下几个方面组成 ( 3 】： ( 1 ) 上覆荷重传递到连结点上的有效法向应力。 ( 2 ) 粒间毛管液面所派生的粒间法向应力。 ( 3 ) 粒间结触面上存在的干摩擦或膜摩擦阻力。 ( 4 ) 接触连结处凝聚的胶凝物质的分子引力。 以上几项都随含水量而变化。如果土中含水量增加，毛管应力引起的法向应力将迅速 减小甚至消失；有效法向应力也会因孔隙水压力增大而减小；双电层中离子浓度降低，排 斥能将占优势；溶剂化膜增厚而粒摩擦阻力降低；胶凝物质间由于水膜楔入而距离较大， 分子粘结力变小。总之，含水量的增加，将大大削弱粒间连结强度，因此文献 3 认为， 黄土的湿陷变形是在外荷和水的作用下，黄土的加固凝聚力被破坏，连结强度削弱，粒间 架空结构体系失去稳定，土粒重新排列，骨架颗粒充填到架空孔隙中，从而产生明显的变 形。 1 1 2 黄土的湿陷变形和增湿变形 前已述及，黄土加固凝聚力被破坏的主要原因是外荷和水。外荷是改变了土中的应力 状态，水是改变了土颗粒的连接强度。黄土在不同外荷和含水量情况下就会产生不同的变 形。 黄土在某一压力作用下变形达到稳定后，由于含水量的增加而产生的附加变形称为增 湿变形，充分浸水使土达到饱和并产生的附加变形即为黄土规范“1 定义的湿陷变形。两者 的不同是湿陷变形为水受浸液达到饱和，而增湿变形是土虽受浸湿，但未达到饱和，因此 增湿变形包含了由于增湿产生的全部变形性状，它的定义范围要比湿陷变形广泛得多。 机械工业勘察设计研究院的张苏民等对湿陷性黄土( q 3 ) 的增湿变形进行了深入的研 究，提出了湿陷性黄土增湿变形特征可由一个非线性虎克体h 和一个增湿软化体z s 并联 组成反映黄土增湿变形模型一z s m 体”“，这个模型以黄土的非线性模型为基础，并联一 个增湿模型，由增湿模型体被水软化的数目多少来表征浸湿的程度，对定性说明黄土增湿 变形的特性概念明晰。同时文献 5 还得出：湿陷性黄土在应力远远低于极限强度的情况 下浸水也能产生显著的附加下沉，即湿陷变形，显然这并不是由于士体被浸水时达到饱和 极限强度所造成的，湿陷变形并不都会导致土体的整体破坏而失稳。 1 1 3 湿陷与压力的关系 压力与湿陷的关系，进行的试验研究比较多，试验结果”“”。1 均表明，不同压力作用 下的湿陷系数有一个峰值，在此峰值湿陷系数出现之前，湿陷随压力增大而增大，峰值湿 陷系数出现以后，湿陷系数随压力增大而减小，只有当湿陷压力超过湿陷起始压力而由不 大于湿陷终止压力时浸水增湿，才能产生相当于j ，o 0 1 5 的湿陷变形。但文献 7 同时 也提出：湿陷起始压力、峰值湿陷压力、湿陷终止压力以及湿陷压力区间等的数值则随黄 土的形成年代、分布地区的不同而有所差异。 1 1 4 湿陷系数与含水量的关系 由于湿陷与含水量关系密切，我国很多学者都对此进行过深入研究，研究结果均表明， 随着初始含水量的增大，湿陷变形越小，反之亦然，湿陷系数与初始含水量有一个相关关 系是肯定的，但到底是什么样的关系，不同土样的试验得到的结果不同。文献 9 得到的 结果是：在相同的压力下湿陷系数与初始含水量呈直线关系。相同初始含水量下压力越大， 直线的递减速率越大。而哈尔滨工业大学、长安大学的张茂花、谢永利、刘保健等试验结 果则表明湿陷系数与初始含水量之间的关系与文献 9 有相同点也有不同点： ( 1 ) 不同点： 作用的浸水压力较小时，湿陷系数与初始含水量之间的关系曲线规律性较差，几乎呈 波浪形发展，当浸水压力超过某个值( 一般1 0 0 k p a ) 时，湿陷系数与初始含水量呈递减 的曲线关系。 ( 2 ) 相同点： 在初始含水量相同时，曲线的递减率将随浸水压力的增大而增大。 1 1 5 黄土的湿陷敏感性 在湿陷性黄土地区，有的场地遇水浸湿后迅速湿陷，而有的场地需要很长时间才能产 生湿陷， 这个问题比较复杂，是由很多因素决定的，但最主要的因素应该还是土性不同 造成的，已有的试验资料“表明：( 1 ) 在相同初始含水量情况下，大压力下湿陷的减少速 率较之小压力下要快得多，说明压力不同使同等增湿产生的湿陷变形不同，小压力下的湿 陷需要更高的增湿量，也就是说大压力下敏感。( 2 ) 在小压力时，湿陷敏感性在某一范围 内逐渐增强，初始含水量较小时，湿陷敏感的起始点在大压力处，随初始含水量增高，湿 陷敏感点向低压力处转移，也就是说在小压力下微量增湿更容易产生湿陷。 1 1 6 黄土的变形敏感性 文献 1 1 对含水量增加时湿陷性黄土的变形特性进行了研究，发现当上覆压力超过某 一压力后，湿陷性黄土的变形占与含水量u 的关系曲线呈现了三个阶段：当含水量较小时 万一u 关系曲线发展平缓，当含水量超过某一值后，曲线进入一个陡升段，变形引箍含水 量的增大迅速加大，含水量继续增加到一定程度后，陡升段结束，曲线又进入个缓升段。 文献 1 1 还引入了变形分界压力、变形分界含水量的概念，二者分别对应于变形出现 陡增段的最小压力和出现陡增段的现时含水量。认为湿陷起始压力和湿陷起始含水量用来 描述达到什么条件时增湿变形值会达到规定值( o 0 1 5 ) ，而变形分界压力和变形分界含水 量则可以描述在什么时候变形会对含水量的变化变得十分敏感。 1 _ 1 7 黄土的显微结构与湿陷性 前已述及黄土的独特结构是造成黄土湿陷的内因，而力和水则是外部因素，但黄土的 微观结构到底对黄土的湿陷有多大的影响，一直是学术上非常关注的一个问题，随着科学 技术的发展，黄土显微结构及其对黄土工程性质影响的研究取得了突破性的进展。文献 1 2 1 3 1 4 等先后采用电子显微技术、压汞法测试技术研究了我国各地区黄土的微观结 构特征、孔隙结构特征、认为骨架颗粒形态、连接形式( 连结程度) 、排列方式( 孔隙特 征) 决定黄土工程性质的主要结构特征，而又以后者最为重要。进一步阐明了黄土的内在 结构特征和黄土性质的关系，把黄土湿陷性和内在结构特征有机的结合起来，为研究黄土 的工程性质开辟了新的途径。其中文献 1 3 将黄土微观结构翅j 分为3 种类型，见表1 2 。 表1 2 黄土的显微结构类型 结构组合结构类型 土的性质及湿陷特征 支架大孔微胶结结构 微胶结构组合 土的质地松散，孔隙比大，稳定性差，湿陷性强烈 镶嵌微孔微胶结结构 支架大孔半胶结结构 土的性质变好，孔隙比变小，稳定性较好，湿陷性 半胶结结构组合 镶嵌微孔半胶结结构 变弱 絮凝状胶结结构 土的粘性大，致密坚硬，稳定性高，湿陷性弱或在 胶结结构组合 凝块状胶结结构 较小的压力下不具湿限性 1 1 8q ：黄土的湿陷性试验研究 q ：黄土由于埋藏较深，在8 0 年代以前一般工程很少接触到，因此q 。黄土研究资料很 少，最早对q 黄土进行试验研究的应该是有关蒲城电厂工程的相关研究。 蒲城电厂位于渭北黄土高原上，上部6 m 为马兰黄土，下部即为q ：离石黄土，厚度达 6 0 m ，由黄土和古土壤交互分布，根据土工试验资料，按黄土规范计算，场地为自重湿陷， 计算自重湿陷量达6 5 1 c m ，自重湿陷土层厚度达到3 2 m ，为解决好场地地基处理问题，西 北电力设计院委托中国建筑科学研究院进行了大面积试坑浸水试验，浸水试验结果 1 5 表明白重湿陷量6 5 c m ，仅相当于计算自重湿陷量的1 l o 。自此以后q 2 黄土湿陷性的研 究才逐渐被重视起来。此后西北电力设计院刘厚健、周天红通过对多个工程实践的分析， 总结出了一些规律“： ( 1 ) 随深度增加，土的湿陷系数逐渐减小，同时存在j 。 j 。 万。 j 。 4 ( 2 ) 般湿陷起始压力随深度增加而增大，但古土壤一般大于相对应的黄土层。 ( 3 ) 峰值湿陷压力上部一般在3 0 0 6 0 0 k p a ，随浓度加深逐渐提高，最大可达8 0 0 1 0 0 0 k p a 。 2 0 0 4 年机械工业勘察设计院在西安财经学院进行的大面积试坑浸水试验，主体地层 也是q ：地层，试验结果也和蒲城电厂类似即根据取样进行室内试验计算为自重实测结果 为非自重，表明q 。地层有明显不同于吼地层的一些湿陷特征。 1 2 本文的研究任务及内容 从前面的研究资料来看，大都是针对q ，黄土进行的试验研究，其试验结果反映了q ， 黄土的湿陷变形特征和规律，湿陷性黄土地区建筑规范也基本反应了上述研究的成果，对 我们处理q 3 黄土提供了规范性的依据，按规范计算的地基湿陷性结果也和实际情况基本 相符。而从q ：地层的浸水试验结果看，q ：地层和q 。地层有很大的不同，按黄土规范进行 q ：场地的自重湿陷类型和地基湿陷等级计算结果均和实际不同，到底q 。地层和q 。地层的 差别有多大，如何进行以q 。地层为主体的湿陷性黄土场地的评价都是有待进一步深入研 究的问题。 鉴于目前q 2 黄土的研究程度，从实际工作需要出发，本次课题拟主要进行q ：湿陷性 特性的研究，其具体思路如下： ( 1 ) 对不同初始含水量下的土样进行不同压力下的双线法浸水试验，利用p 一占。曲 线，u 一艿。曲线，来寻求q ：黄土和古土壤湿陷的基本特征和增湿变形特征，以寻找它 们与q 。黄土的不同之处及可能出现的特殊规律。 ( 2 ) 进行各q 。土层的微观结构分析，揭示q 。黄土和古土壤的湿陷特性和微观结构的 关系。 ( 3 ) 通过不同土层的基本物理指标和湿陷特性之间的关系研究，寻求如黄土中不 同土层之间的湿陷性联系。 2 不同初始含水量下的黄土湿陷性试验 2 1 试验用土的位置和第四纪地质条件 试验用土取自西安市东郊渭河盆地白鹿塬体中部鲸鱼沟沟口之北侧坡体处的姚家沟 天然黄土剖面，该剖面地质柱状图及试验用土的位鼍见图2 1 。 此处沟深、坡陡，第四纪地层出露齐全，从全新世至早更新世均有出露。第四纪与第 三纪蓝田组粘土岩的界线清晰，是较为典型和发育好的第四纪黄土剖面。 剖面所处的白鹿塬，位于秦岭山前，东西两侧有沪灞河经过，塬面地形平缓，地势上 里东南高西北低之势。塬边沟壑纵横，地形较为破碎，与沪灞河相对高差在3 0 0 m 左右。 白鹿塬东侧隔灞河与横岭塬相望，西侧隔沪河与少陵塬相邻，自第三纪末期就台升为 分水岭之间的台地，地下水位深藏，河流作用不到，造成了粉尘一面堆积河古土壤一面发 育的条件，不但离石黄土中古土壤发育好，层次多，午城黄土中也含有多层清晰的古土壤。 由于姚家沟位于黄土高原的南部，气候相对潮湿，古土壤发育程度较强，层次也较多。 2 2 试验用土的采取方法 采用人工方法在天然剖面上刻取，为保证所取土样的原状特征，刻取时首先剥除表面 风化土层，然后在较新鲜的剖面上刻取。部分古土壤层则是在现地面下直接挖取。 由于q 。黄土和古土壤内钙质结构核较多且古土壤的块状结构容易散裂，为保障平行 试验时土的密度达到试验要求，试验用土全部是利用环刀在现场直接采取。 2 3 试验用土的基本物理指标 试验用土的基本物理指标见表2 3 。 从表2 3 可以看出：l ：l ，黄土均为接近粉土的粉质粘土，其塑性指数介于l o 4 1 1 2 之间，粘粒含量介于6 1 l 之间，古土壤s 。s ，均为粉质粘土，塑性指数在1 3 2 1 3 9 之间，粘粒含量在1 2 1 7 之间。 2 4 试验方法 黄土湿陷性试验的方法有单线法和双线法两种，在现行黄土规范“1 中二者的试验结 果都可用来评价黄土的湿陷特性，未作严格区分。单、双线法试验得到的试验结果一般会 有一定的差异，根据有关研究“”，对双线法试验进行修正后，得到的试验结果可以和单线 法得到的结果非常接近。由于双线法具有方便简单、工作量小、对比性强等优点，所以目 前我国在工程实际和科研中仍广泛采用双线法。由于本次试验工作量较大，取样难度大， 因此仍然采用双线法进行试验。 本次试验既有增湿试验也有减湿试验，由于本次天然土含水量较低，所以增湿试验相 对较多。环刀土样的增湿采用人工浸水预湿法，减湿采用烘干法。增、减湿前根据天然土 的情况计算出不同含水量下需要增减的水量，然后分别进行增减湿。为了保证土样的增湿 达到试验要求，预湿后的试样在保湿器中放置时间不少于24 小时巍湿试样进行减湿后 土样未见明显的体缩现象，可以认为孑l 隙比基本保持不变“1 。 考虑到土样的密实度，试验时l ：l 5 黄土最小含水量取1 5 ，按3 递增；黄土l 。 及古土壤s 。s 。的试验最小含水量为1 2 ，以后仍按3 递增。 考虑到土性的不同，l 。l 。采用的加荷等级为2 5 、5 0 、1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 8 0 0 k p a ， 其它土样的试验时的加荷等级均采用1 0 0 、2 0 0 1 0 0 0 k p a 。 表2 3试验用土的基本物理指标 00 0 2 土样天然含湿密度干密度 孔隙比l u 。 i pt ld 名称水量( )( g c 一)( e c 一) b 1 1 81 4 21 2 71 1 3 42 7 41 7 01 0 4 00 0 1 57 o l 3 1 & 61 5 8 1 3 3 1 0 3 42 7 8 1 7 2 1 06 0 1 3 0 0 1 2 9 0 l1 5 91 6 61 4 30 8 9 22 7 71 7 21 0 50 1 20 0 l l7 o l 51 9 51 _ 6 0l3 41 0 2 42 9 11 7 91 1 201 50 0 1 01 1 0 k1 8 81 6 71 4 1o 9 2 82 7 91 7 31 0 6o 1 50 0 1 66 0 l 71 5 1i 6 91 4 7o 8 4 62 8 31 7 5l o 8 oo o ? 8 0 s z 1 8 71 7 31 4 60 8 6 63 3 21 901 3 3 00 0 1 11 2 o s 3 2 1 2 1 9 l1 5 8 0 7 2 6 3 3 52 0 0 1 3 5 0 0 9 0 0 0 81 7 0 s ；1 7 518 615 8o 7 1 83 4 32 0 41 3 9 o0 0 0 41 2 0 s 5 1 6 1l _ 7 0l4 60 8 6 43 2 91 9 71 3 2 2 1 以 后，6 。随含水量的变化很小，尤其是在大压力下更是如此。 ( 3 ) 6 。在8 0 0 k p a 时达到峰值，以后6 。峰值随压力增大开始缓慢降低，但峰 值点以外尤其是低含水量时的6 ；仍然在增大，这也和黄土一样。 ux 图3 7 3s z 古土壤不同压力。f 6s u 关系曲线 3 8 古土壤s 。试验结果及分析 3 8 1p 6 。曲线及( 1 ) 6 。 古土壤s 。的p 6 。曲线及( i ) 6 。曲线见图3 8 1 和3 8 2 。 从图上可以看出： ( 1 ) 湿陷起始压力较大，在1 2 1 5 含水量时p 。大约在3 5 0 k p a ，1 8 时p 。在4o o k p a ， 2 1 及以后则不具湿陷性，这种古土壤s ：有着明显的不同。 ( 2 ) 1 2 1 5 含水量情况下，l 0 0 0 k p a 仍未出现峰值，且曲线的变缓程度并不强， 说明在最大的压力下仍有较大湿陷产生的可能。1 8 含水量的湿陷峰值出现在9 0 0 k p a 。 ( 3 ) 不论是从p 6 。曲线还是u 6 。曲线，均可明显地看出曲线的突变在1 8 2 1 含水量之前，在1 8 以前有较强的湿陷，在2 1 含水量以后则不可能出现湿陷。 ( 4 ) 在1 8 敏感含水量之前，曲线在较长的段压力下的斜率较小基本样，在u 6 。曲线上表现为6 ；间隔差不多，只到8 0 0 k p a 以后才逐渐变缓。说明该土结构强度较 高，湿陷随压力的变形很缓慢。 00 5 0 00 4 5 00 4 0 00 3 5 00 3 0 00 2 5 日 00 2 0 00 1 5 00 1 0 00 0 5 00 0 0 p ( 10 0 k p a ) 图3 8 1s 3 古土壤不同初始含水量下的p 6s 曲线 0 1 5 ux 图3 8 2s 3 古土壤不同压力下湿陷系数与含水量关系曲线 3 8 2c 0 6 ；曲线 古土壤s 。的u 6 。曲线见图3 8 3 ，从图上可以看出： ( 1 ) 曲线看起来比较瘦，表明土的敏感含水区间比较窄，超过敏感含水区间以后增 单搴垩兽很! 、，在1 0 0 k p a 压力范围内只有在敏感含水区间内( 3 含水差的情况下) 才 会出现增湿变形。 ( 2 ) 6 。峰值略向低含水量偏移，但偏移量很小。 o 司 x 图3 8 3s 3 黄土不同压力下6s u 关系曲线 3 9 古土壤s 。试验结果及分析 为了便于分析s 试验资料，分别绘制了不同初始含水量下的p 6 。曲线，不同压力 下6 。曲线和不同含水量下的( i ) 6 。见图3 9 1 、3 9 2 和3 9 3 。 00 7 00 6 00 5 00 4 秽o0 3 00 2 00 1 00 0 图39 一l s 古土壤不同初始含水量下的p 6 。 2 8 0 o o 0 0 0 0 0 n n n n n n n n u 图3 9 2s 4 古土壤不同压力下湿陷系数与含水量关系曲线 图3 9 3s 4 古土壤不同压力下6s u 关系曲线 从图上可以看到： ( 1 ) 湿陷起始压力差别很大，1 2 1 8 含水量湿陷起始压力变化不大，约1 5 0 k p a ， 而湿陷敏感含水量区间之后( 2 1 含水量) 的湿陷起始压力增加较快，2 1 的起始压力均 在3 0 0 k p a ，湿陷终止压力约在6 0 0 k p a ，而2 4 以后则不论压力多大而均不会产生湿陷性。 ( 2 ) 压力1 0 0 0 k p a 时含水量1 2 仍未出现峰值，但曲线已较缓，而1 5 则基本达到 峰值，1 8 含水量则出现峰值，说明随压力增大，湿陷性不会再有大的增加。 ( 3 ) 敏感含水量之前，增湿变形随压力的增大而增大，而敏感湿陷含水区间之后， 则随压力的增大而减小。 ( 4 ) 敏感含水区间出现在1 8 2 1 之间。 ( 5 ) 增湿变形6 ；的最大值随压力的增大而向左偏移不明显，增湿变形主要集中 敏感含水区间内。 ( 6 ) 敏感含水量出现之前，敏感湿陷压力以1 0 0 2 0 0 k p a 最大，以后随着压力的增 大曲线的斜率逐渐降低，即土的湿陷对压力的敏感程度逐渐降低，但降低逐渐缓慢，直到 7 0 0 k p a 压力以后才降低比较快。 3 1 0 古土壤s 。试验结果 为便于分析，绘制了p 6 。曲线、( ) 6 。曲线和c i ) 6 。曲线，其曲线分别见图 3 1 0 l 、3 1 0 2 、3 1 0 一3 。 0 1 4 0 1 2 0 10 00 8 秽o0 6 00 4 00 2 00 0 1 234567 日g10”12 p ( 1 0 0 k p a ， 图3 1 0 一1s 5 古土壤不同初始含水量下的p 6s 曲线 一_ 一d 2 1 1 2 1 5 1 8 2 1 2 4 2 7 m 图3 1 0 2s 5 古土壤不同压力下湿陷系数与含水量关系曲线 图3 1 0 一3s 5 古土壤不同压力下6s u 关系曲线 从图中可以看到： ( 1 ) 除含水量2 7 不具湿陷外，其它含水量下湿陷起始压力均较小，一般在1 2 0 1 5 0 k p a 处。 ( 2 ) 除1 2 含水量下湿陷在1 0 0 0 k p a 尚未出现峰值外，其它曲线均出现峰值，其峰 值湿陷系数和峰值湿陷起始压力均随含水量的增大而降低。 ( 3 ) 敏感含水区间出现在1 8 2 1 ，但在大压力下向两侧仍有较大的增湿变形，即 图3 1 0 一3 曲线的形态较胖。 侄 仲 宝 舛 ： n n o 0 o 0 o 0 ( 4 ) 最大敏感压力段为2 0 0 3 0 0 k p a ，l o o 2 0 0 k p a 次大，3 0 0 k p a 以后随压力增大 湿陷的敏感程度降低较明显。 ( 5 ) 峰值6 。随压力的增大向左偏斜的较明显，在小压力甚至超过了敏感含水区 间，估计为试验误差所致。 3 1 1 古土壤s 。试验结果及分析 为了便于分析，分别绘制了不同含水量下的p 6 。曲线，不同压力下的。6 。曲线， 和不同压力下m 6 ；曲线，曲线分别见3 1 1 1 、3 1 l 一2 、3 1 l 一3 ，从图上可以看到： ( 1 ) 湿陷起始压力差别较大，初始含水量分别为1 2 1 8 时的湿陷起始压力约在