孙小红 （中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

0 前言

黄土在干燥时具有较高的强度，而遇水后表现出明显的湿陷性，浅部工程力学性质较差，易引发路基沉降失稳，且易形成黄土陷穴、崩塌体，对路基危害较大[1-2]。因此，正确认识公路沿线黄土地层工程特性并准确评价黄土湿陷性对拟建工程具有重要意义。

定西至临洮高速公路是甘肃东部地区通往临夏、甘南、青海南部地区的一条便捷快速通道。项目主线设计速度80 km/h、路基宽度25.5m,双向四车道；全长33.019km。路线区位见图1。根据调查结果，线路处于陇西黄土高原的西部，该地区干旱少雨，带有大陆性气候的特点，沿线广布风积、洪积成因类型的黄土类土。

黄土的湿陷性机理目前众多学者提出了各种假说，包括结构学说、水膜楔入说、毛细管假说、溶盐假说、欠压密理论等在内的众多学说[3-5]。一般来说，黄土湿陷性是由黄土本身特殊的成分和结构所决定的：以石英和长石组成的粉粒为主，矿物亲水性较弱，粒度细而均一，连接虽较强但不抗水；未经很好压实，结构疏松多孔，大孔性明显。

图1.路线区位图

所以，黄土具有明显的遇水连接减弱，结构趋向紧密的倾向，即湿陷性。表现为黄土陷穴（见图2），黄土天生桥（见图3），黄土柱（见图4）等微地貌。

图2 黄土陷穴

图3 黄土天生桥

图4 黄土柱

图5 黄土试样

本文通过取样并进行测试，对路基沿线黄土湿陷性及工程性质进行分析，为工程建设提供合理的理论依据。

2 黄土湿陷性试验研究

本次研究在探井和部分钻孔中采取黄土原状样（见图5）进行了420组湿陷性试验（室内压缩试验）及常规物理力学试验。土样试验主要包括湿陷系数、含水率、密度、孔隙比、稠度指标、压缩、快剪（直剪）等。

2.1 湿陷程度统计

经统计，湿陷系数大于等于0.015的共275组数据，湿陷性黄土试样比例65.5%。其中，49组湿陷性轻微；98组湿陷性中等的；128组湿陷性强烈。可见，大部分试验具湿陷性，且多为湿陷性中等～强烈。如图6所示。

2.2 湿陷等级评价

根据湿陷性试验数据，对场地沿线主要工点进行单孔湿陷性判别，根据湿陷量计算可知，沿线工点黄土多为自重湿陷性，湿陷等级多为Ⅲ～Ⅳ（严重～很严重）；局部为非自重湿陷性黄土，湿陷等级多为Ⅱ～Ⅳ级（中等～很严重）。判别情况见表1。

2.3 黄土物理试验成果统计及相关性分析

黄土湿陷性机理比较复杂，影响因素众多，如成因、埋深、含水率、孔隙比、密度、饱和度等与湿陷系数之间均存在一定的相关性，本文通过对大量室内试验成果的分析对此进行探讨。黄土物理性质试验结果统计见表2。

图6 试样湿陷程度统计

黄土湿陷性判别情况一览表 表1

黄土物理性质试验结果统计 表2

试验结果表明，场地黄土定名可分为粉土及粉质粘土两大类，大部分指标离散程度较低，含水率、饱和度及湿陷系数离散程度略高，特别是湿陷系数，可见其受到了多因素的复杂影响。经过对黄土物理性质指标与湿陷性系数之间的对比分析，得到如下成果：

2.3.1 黄土湿陷性与埋深的关系

黄土湿陷系数与埋深的关系如图7所示，其中粉土类黄土与粉质粘土类黄土在数据整体分布上没有明显差异，初步分析黄土的湿陷性与塑性指数无明显相关性。

统计数据显示浅层数据分布较均匀，10m以下湿陷系数数值及分布密度明显降低。由此可见，随着埋深的增加，黄土湿陷性整体减弱，但表层数据的分布表明黄土的湿陷性显然与物理结构关联更大。统计中将湿陷系数小于0.015的数据剔除，根据埋深可见本线路中湿陷地层埋深下限约为18.5m。

2.3.2 黄土湿陷性与天然含水率的关系

黄土湿陷系数与天然含水量的关系如图8所示，其中粉质粘土类黄土含水率相对略高，整体数据分布显示湿陷系数随含水率上升而减小，且湿陷情形下，粉土类天然含水率在21.2%以内，粉质粘土类天然含水率在24%以内。

图7 湿陷系数与埋深关系

图8 湿陷系数与天然含水量关系

2.3.3 黄土湿陷性与湿密度的关系

黄土湿陷系数与湿密度的关系如图9，其中粉土与粉质黏土数据分布上没有显著差异，整体呈现湿陷系数随着湿密度增大而不断减小的趋势。

图9 湿陷系数与湿密度关系

2.3.4 黄土湿陷性与饱和度的关系

黄土湿陷系数与饱和度的关系如图10，其中粉质黏土的起始饱和度整体略高，统计表明湿陷系数随着饱和度的增大而逐步减小，而湿陷条件下饱和度的上限约为60%。

图10 湿陷系数与饱和度关系

2.3.5 黄土湿陷性与孔隙比的关系

黄土湿陷系数与孔隙比的关系如图11，其中粉质黏土的孔隙比数值整体略高，但统计后数据分布趋势较为一致，湿陷系数随着孔隙比的增大而逐步增大。图中可见起始孔隙比约为0.7，上限孔隙比在1.5附近。

2.3.6 黄土湿陷性与液限的关系

黄土湿陷系数与液限的关系如图12，数据显示二者无明显相关性，对比塑限等稠度指标亦可以发现如此规律。由此说明黄土湿陷性与稠度指标关联不大。

图11 湿陷系数与孔隙比关系

图12 湿陷系数与液限关系

3 结语

在黄土湿陷性机理的基础上，结合湿陷性试验数据，对场地的湿陷量进行了计算，评价了湿陷等级，进而分析了湿陷系数与各影响因素之间的相关性，得出了场地黄土湿陷性特性：

①场地沿线湿陷性黄土比例为65.5%，多为自重湿陷，湿陷等级多为Ⅲ～Ⅳ，粉土与粉质黏土类黄土在湿陷特性上没有明显差异；

②随着埋深的增加，黄土湿陷性整体减弱，10m以下湿陷系数数值及分布密度明显降低，湿陷地层埋深下限约为18.5m；

③湿陷系数随含水率、湿密度、饱和度的增大而减小，湿陷性黄土天然含水率＜21.2%～24%，饱和度上限约为60%；

④湿陷系数随孔隙比的增大而逐步增大，孔隙比范围约为0.7～1.5，与稠度指标关联不大。

[1]聂卫东.湿陷性黄土地基设计[J].安徽建筑，2014，21(06):84-85.

[2]岳彩坤，张立奇.湿陷性黄土地基处理方案比选及应用[J].安徽建筑，2011，18(06):108-109+116.

[3]冯连昌，郑晏武.中国湿陷性黄土[M].北京:中国铁道出版社，1982.

[4]钱鸿绪，王继唐.湿陷性黄土地基[M].北京:中国建筑工业出版社，1985.

[5]陈正汉，刘祖典.黄土的湿陷变形机理[J].岩土工程学报，1986，12(2):1-2.