黄土湿陷性及其成因

本文根据甘肃17个剖面湿陷系数的测定,查明黄土湿陷性从上向下呈现波动变小,造成湿陷性垂向上变小的原因是土层自重压力,引起波动变化的原因是土层受成壤强弱的差异。作者根据镜下鉴定和湿陷性与成壤强弱关系的研究,将黄土微结构分为18种类型,指出湿陷性是在几种特定的成壤过程中产生的,是成壤作用弱的黄土所具有的特征,受风化成壤作用强的黄土不具湿陷性。      

宁夏南部黄土的特殊工程性质及防治综述

黄土高原北部的宁南黄土以其强的Ⅱ-Ⅲ级自重湿陷性在我国黄土中占独特地位。究其原因:黄土内部的孔隙结构,粒度组成和胶结类型间的紧密联系,是引起黄土湿陷性强弱或湿陷敏感性高低的内因。影响场地土湿陷敏感性的外因如土层厚度、埋藏深度、水平垂直向渗透系数等又与土的孔隙度和结构类型有关,结构差异将导制湿陷敏感性的差异。黄土湿陷性及湿陷敏感性随深度的增加而递减,通过对该区黄土产生湿陷性机理进行的分析,提出相应的工程防治措施。     

原状黄土显微结构特征与湿陷性状分析

基于原状黄土的显微结构扫描电镜及室内湿陷性试验,分析了黄土的微结构特性和不同压力不同含水量下黄土的湿陷性状及其之间的内在联系,结果表明:随着埋藏深度的增加,由支架大孔微胶结结构逐渐变为镶嵌微孔半胶结结构,支架大孔孔隙发育逐渐变为粒间孔隙发育,再为微孔孔隙发育;黄土在增湿情况下其湿陷系数-压力关系曲线由三部分组成,初始压缩变形阶段,是结构强度发挥阶段,变形较小,黄土微结构没有遭到破坏;曲线第一转折点s=0.015后,原有结构破坏,微结构发生变化,颗粒重新排列,湿陷速率增大,是湿陷变形主要阶段;达到峰值后,颗粒间形成了新的结构,湿陷变形幅度减小;随着骨架颗粒连接逐渐变为非架空的镶嵌排列,湿陷起始压力及峰值湿陷压力值随着埋藏深度的增加而增加,而峰值湿陷系数和湿陷变形量的压力范围随着埋藏深度的增加而变小;骨架颗粒特征和孔隙特征是黄土湿陷性的内在影响因素,而胶结物的多寡及胶结状态是黄土湿陷性强弱的主要影响因素之一。     

湿陷性黄土场地湿陷下限深度与桩基中性点位置关系研究

湿陷性黄土场地的湿陷下限深度与桩基中性点位置密切相关,为了解决桩基设计方案不当问题,如何准确判定湿陷下限深度显得十分重要。在系统分析并总结宁夏固原桩基系列浸水试验、兰州和平镇黄土浸水试验及其他地区桩基浸水试验研究成果的基础上,揭示了黄土湿陷下限深度与桩基中性点位置确定的相互关系,得出了以下研究成果：（1）指出了均质黄土现场浸水试验水的竖向渗透深度是有限的（一般为20～25 m）,现场黄土湿陷发生的下限深度也是有限的,不宜按室内试验的湿陷系数确定的下限深度来直接评判;（2）给出了室内湿陷性评价试验中湿陷系数 或自重湿陷系数 随地区和深度变化的取值建议,同时,建议在湿陷量计算时引入深度修正系数和地基土浸水机率系数,初步给出大厚度湿陷性黄土场地不同地区湿陷下限深度评价系数 ,可以有效减小湿陷性评价的室内外差异;（3）由室内试验计算确定的湿陷下限深度偏于保守,导致桩基设计过分夸大了负摩阻力的不利作用,造成桩基设计承载力偏低;（4）大厚度湿陷性黄土场地桩的中性点最深位置不宜大于20～25 m,湿陷性评价下限深度小于20 m的场地,宜按评价深度确定中性点位置;给出了桩侧负摩阻力估算方法,并建议桩基负摩阻力平均值取20～35 kPa为宜。     

黄土物理性质与湿陷性的关系及其工程意义

以陇东地区黄土为研究对象,探讨了湿陷系数与各种物理指标的内在联系,采用多因素回归分析建立了湿陷系数与含水量、孔隙比、塑性指数(粘粒含量)的分析模型,结果显示湿陷系数与物理指标间具有良好的相关性,采用物理指标计算的湿陷总量与实验测试总量较为接近,计算结果更好的反映湿陷性随取样深度变化的规律,对评价湿陷性黄土地基具有工程实用价值。     

巴基斯坦某黄土场地湿陷特性试验

巴基斯坦某地区的黄土为第四纪全新统冲洪积层,对该地区的研究和现有地质资料都比较少,需要做专门的研究。为了确定该区域的黄土地层分布情况及湿陷特性,根据工程场地建筑分布,分别选取典型位置的钻孔,取土样进行土工室内试验研究。利用构度指标定量描述黄土的结构特征,确定黄土的自重湿陷系数和湿陷系数,计算场地自重湿陷量和总湿陷量,并与规范方法进行比较。试验结果表明,该区域场地黄土的干密度和湿陷系数（上覆压力200 kPa）随深度几乎不变,天然含水率随深度整体呈增加的趋势。黄土的构度随综合物理特征量的增加而呈指数形式减小,压缩屈服应力p_sc随含水量的增加而减小,并且与构度呈线性关系。判定该区域黄土的场地为自重湿陷性场地,修正系数建议取小于1,地基湿陷等级为Ⅲ级严重。      

陇东地区湿陷性黄土工程地质特性研究——以白龙江引水工程为例

陇东位于黄土高原腹地,为我国典型的黄土地貌发育区,结合甘肃省白龙江引水工程,对陇东地区黄土工程地质特性进行研究,重点对与工程关系密切且具有湿陷性的中更新统(Q2)离石黄土及上更新统风积(Q32)马兰黄土地质特性进行分析,针对湿陷性黄土分布、厚度、变化规律和研究场地湿陷类型、地基湿陷等级,通过试验研究湿陷性黄土的物理力学性质及随深度的变化规律,研究结果表明:陇东地区黄土湿陷性随深度增加湿陷性逐渐减弱;湿陷系数随干密度的增大而减小,随孔隙比变小而逐渐减小,一般干密度≥1.42 g/cm3或孔隙比小于0.9的黄土,基本上无湿陷性;湿陷性黄土主要存在地基湿陷变形和黄土边坡稳定问题,应采取地基处理措施和防水措施、合理设置开挖坡比和马道,采取坡顶、坡面及坡脚排水等措施解决工程地质问题。研究结果对陇东地区水利工程的顺利实施具有重要的意义。     

关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识

在总结诸多大型浸水现场试验成果的基础上,提出了一些关于湿陷性评价方法和剩余湿陷量合理控制等问题的新认识,目的是为了修正自重湿陷性黄土场地的自重湿陷量计算值与其实测值之间的差异,并减小地基处理深度。在获取自重湿陷量的计算值时,引进了一个深度修正系数?,使自重湿陷量和湿陷量的计算值接近实测值,这在一定程度上降低了较深部位黄土的剩余湿陷量。在获取湿陷量计算值时,提出了扩大湿陷系数阈值(0.015)的方案,并与深度修正系数?联合使用,达到了扩大湿陷量的计算值和降低较深土层的剩余湿陷量的目的。提出了大厚度自重湿陷性黄土场地的湿陷临界深度的概念,通过若干资料将其初步确定为20²5 m之间,结合深度修正系数和扩大湿陷系数阈值方法,使用湿陷临界深度概念,可以更为有效地降低较深土层的剩余湿陷量。新的研究思路可为自重湿陷性黄土场地的类似工程和黄土规范的修订提供一定的参考。     

黄土地基水分入渗规律试验研究

土体受水浸湿是导致湿陷性黄土发生湿陷变形的决定性条件,因而研究黄土地基水分入渗规律对解决湿陷性黄土工程问题具有重要意义。分别以陕西洛川黄土塬天然黄土和挤密处理的黄土为研究对象,采用电镜扫描研究其微观结构,采用单环注水试验确定其渗透系数,同时以食用亮蓝水溶液作为土壤水分运移示踪剂,通过开挖剖面直观研究水分入渗的空间分布形态。结果表明,水分以一定的入渗角入渗到一定深度后水平方向开始逐渐收敛,收敛后最终形成类似降水的降落漏斗状,整体入渗剖面呈菱形状,且入渗角度随着渗透系数的减小而增大。     

增(减)湿时黄土的湿陷系数曲线特征

分别采用单线法和双线法对原状 黄土进行了增、减湿情况下的单轴压缩试验。根据试验结果,总结出了黄土的湿陷变形随饱和度及压力变化的规律,分析了湿陷性黄土在增（减）湿过程中的湿陷变形性状及不同应力路径对黄土湿陷变形特性的影响,指出湿陷系数曲线因为试验方法的不同而表现出不同的规律性：初始含水量较低时,单线法的湿陷性大于双线法;当初始含水量达到某个值时,两者的湿陷系数曲线出现交叉现象;当初始含水量超过该值后,单线法的湿陷性小于双线法;这种交叉现象是由黄土本身的特殊结构性所决定的。最后对湿陷系数与初始含水量的关系进行了探讨。     

大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形特性水分入渗规律及地基处理方法研究

为研究大厚度自重湿陷性黄土的湿陷变形特性、水分入渗规律以及地基处理合理方法等问题,选择典型大厚度自重湿陷性黄土场地,进行了布置沉降观测点和埋设水分计的浸水试验以及挤密桩、DDC（孔内深层强夯）桩地基处理试验。试验结果表明,在水分入渗过程中,深度22.5～25.0 m以上土体易发生湿陷,该深度以下土体则含水率增加缓慢,达不到湿陷起始含水率,不易发生湿陷,因此该深度考虑可作为现场湿陷性评价的临界深度,也可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时可参考的地基处理下限深度。DDC桩间距为1.0～1.4 m时,无论从挤密系数还是湿陷系数都能满足规范要求;挤密桩15 m试验区域沉降量较小,但其剩余湿陷量任未满足要求,这也佐证了关于22.5～25.0 m深度难于发生湿陷的结论。试验成果可作为今后大厚度自重湿陷性黄土地区工程建设以及黄土规范进一步修订的参考。     

现场试坑浸水试验在湿陷性黄土地区地铁工程中的应用

大厚度湿陷性黄土地基处理是黄土地区地铁建设中所面临的主要技术难题,采用传统的室内试验评价湿陷性的方法具有一定的局限性。本文采用数值模拟方法分析了地铁工程基底湿陷性黄土应力特征,在此基础上,通过现场试坑浸水试验,准确判定了黄土场地湿陷类型及自重湿陷下限深度,研究了大厚度湿陷性黄土场地浸水过程中的自重湿陷变形特征、水分场的时空运移、土压力(竖向及侧向)、侧向位移的变化规律,查明了浸水影响范围及地面裂缝影响范围,确定了自重湿陷的地区土质修正系数β0,为湿陷性黄土地区地铁工程的地基处理提供依据。     

黄土的独立物性指标及其与湿陷性参数的相关性分析

黄土的湿陷性是其重要的工程特性,常用一维压缩应力条件下的湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力等指标定量评价。影响黄土湿陷性的因素较多,包括土的粒度、密度、湿度等基本物理性质指标,且各因素之间并非完全独立,存在一定相关性。采用因子分析法,通过对西安地铁4号线黄土高台地和宝鸡-兰州高速铁路隧道黄土塬湿陷性黄土场地地层物性质指标的统计分析和相关性分析,首先确定了相对独立的含水比（含水率与液限之比）和孔隙比3个物性指标反映的两个因子。然后,依据湿陷性黄土场地的试验资料,通过多元线性回归分析,分别得到了两个场地黄土的自重湿陷系数、湿陷起始压力以及压缩模量与含水比和孔隙比之间的相关关系。最后,比较分析了两个场地黄土自重湿陷系数、湿陷起始压力和压缩模量计算值与实测值,验证了利用因子分析法寻找影响黄土湿陷性的独立因子,建立黄土湿陷性参数与独立影响因子之间相关关系的合理性和准确性。针对两个地区两类地貌单元湿陷性黄土场地,建立的黄土湿陷性参数的相关关系具有快速、准确的评价黄土湿陷性和黄土地基湿陷变形的实际意义。     

陕北台塬区深层黄土湿陷性研究及地基处理

陕北台塬区深层湿性黄土厚度大,地基处理困难。室内试验表明:该区黄土的湿陷性与其结构、天然含水量、孔隙比、时代成因等因素相关,黄土的湿陷系数由上到下逐渐递减,表明湿陷性随深度增加而逐渐减弱;黄土的含水量和孔隙比分别与湿陷系数呈反相关和正相关关系。提出陕北台塬区深层湿陷性黄土地基处理时,对单位荷重小于250 kPa的建筑物,适宜采用灰土垫层、灰土挤密桩或灰土挤密桩与灰土垫层相结合方案;单位荷重大于或等于250 kPa的建筑物,宜采用桩基础方案。      

陕西洛川黄土剖面的白度参数及其古气候意义

对陕西洛川黄土剖面的白度研究表明，黄土和古土壤存在明显的白度差别，表现为黄土的白度值较高，而古土壤的白度值较低，依据白度值可以清晰地区另出剖面中的黄土层和古土壤层。化学处理以及分粒级实验结果表明风化成壤作用造成细粒级铁氧化物的含量增高是古土壤中白度值降低的主要因素。洛川剖面白度值的变化与第四纪冰期－间冰期旋回的波动特征相一致，其逐渐增高的趋势与全球气候变冷总体趋势相吻合，表明白度在反映夏季风环流强度变化，以及对全球气候变化的响应问题上具有广泛的应用前景。     

考虑卸荷作用的黄土湿陷性评价方法研究

卸荷作用会导致湿陷性黄土部分湿陷量未发生,但目前黄土湿陷性评价方法中未考虑卸荷因素的影响。推导并建立了卸荷条件下黄土湿陷系数的表达式,并通过卸荷湿陷试验确定了表达式中的参数取值。首先定义湿陷完成比、卸荷应力比分别用来表征卸荷作用发生前黄土湿陷变形的完成程度及卸荷作用发生时卸荷量的大小。运用湿陷完成比及卸荷应力比推导出卸荷湿陷系数的计算公式。该公式揭示出卸荷湿陷系数是对湿陷系数一定程度的折减,而该折减与湿陷完成比及卸荷应力比有关。随后进行黄土在不同湿陷完成比和卸荷应力比下的卸荷湿陷试验,得到上述条件下黄土卸荷湿陷量的取值。对试验结果进行分析得到卸荷湿陷系数的具体表达式。该公式可用于计算在不同初始压力下,任意湿陷完成比及卸荷应力比下的卸荷湿陷系数。通过对比卸荷湿陷系数的试验值与计算值验证了所推公式的合理性及准确性。得到了考虑卸荷作用的黄土湿陷性影响系数的确定方法,进一步总结了卸荷作用对黄土湿陷性的影响规律。     

豫西东部黄土工程特性研究

豫西东部堆积了第四纪不同时期的风成黄土及冲积、冲洪积黄土状土,全新统黄土、上更新统黄土具有湿陷性,为弱—中等湿陷。中更新统黄土一般不具有湿陷性。黄土的微观结构与土的形成时代、成因类型关系密切,全新统黄土颗粒间为开放或次开放式架空结构,具有较高的湿陷性,上更新统黄土接近接触式胶结,存在粒间架空孔隙,潜在弱—中等湿陷性;中更新统黄土为不等粒基底胶结结构,存在骨架接触式孔隙,一般不具有湿陷性;同时,黄土的渗透性又具有各向异性。     

陕西省洛川凤栖镇离石黄土下部层位渗透性研究

通过对洛川凤栖镇L₁₂～S₁₅土层8个层位16个实验点的入渗实验,研究了离石黄土下部层位的入渗特征。结果表明,洛川凤栖镇离石黄土下部层位黄土层的渗透系数较大,L₁₂,L₁₃,L₁₄和L₁₅这4个层位的平均值为0.90mm/分;  古土壤层的渗透系数较小,S₁₂,S₁₃,S₁₄和S₁₅的4个层位的平均值为0.35mm/分。L₁₂,L₁₃和L₁₅黄土层含水空间发育较好,利于构成含水层;  S₁₂,S₁₃,S₁₄和S₁₅古土壤层含水空间发育弱,利于构成隔水层。上覆总厚70余米的土层重力作用没有改变洛川离石黄土下部黄土层作为含水层和红色古土壤作为隔水层的基本特性,它们的水理性质仍是受沉积时的气候条件和成壤作用的强弱控制。古土壤层也具有一定的渗透性,这是黄土地下水常常具有多层性的原因,也是造成黄土地下水分散、含水层富水量少的主要原因。离石黄土下部黄土层含水空间发育好和利于构成含水层主要是当时冷干的气候决定的,红色古土壤含水空间发育弱和利于构成隔水层主要是当时温湿的气候决定的。将洛川黄土渗水实验数据用3种入渗公式分别进行拟合得出,常用的通用经验公式和考斯加科夫公式基本适用于描述洛川凤栖镇离石黄土下部层位的入渗规律,通过计算获得的2个经验公式各参数的均值和标准差为水文和农业部门应用黄土入渗经验公式提供了重要参考值。研究还揭示,第四纪环境变化理论研究在黄土水资源开发利用方面有重要应用价值。可以根据黄土与古土壤的成壤强弱判别地下水富集规律和富集层位。成壤强、隔水性好的古土壤层和其上的成壤作用很弱、含水空间发育好的黄土层是很好的地下水含水组合,最利于地下水的富集;  成壤作用弱、隔水性差的古土壤和其上厚度小、受风化成壤作用相对较强的黄土层是较差的含水组合,不利于地下水的富集。     

陕西蒲城Q2黄土湿陷变形特性研究

利用GDG型高压固结仪和自行研制的非饱和土湿陷三轴仪对陕西蒲城电厂Q2黄土一维和三维应力状态下的湿陷性进行了试验研究,分析了Q2黄土的湿陷特性。试验结果表明：一维状态下,Q2黄土以中等和弱湿陷为主,峰值湿陷系数随深度增加而变小,常规压力下不湿陷的Q2黄土在高压力下可能湿陷,Q2地层中黄土层的湿陷性总体上强于古土壤层,湿陷的敏感性较弱,大型工程宜用实际压力评价湿陷性。三维状态下,湿陷应变随浸水量的变化曲线可以近似分为3段,即湿陷应变缓慢增加段、快速发展段和基本不变段;浸水前的吸力、净围压、偏应力对湿陷过程均有影响,且偏应力和吸力的影响更明显;三轴浸水过程湿陷体应变随湿陷轴应变的增加而增大,几乎是一条直线,体现了湿陷变形的特殊性。     

末次间冰期以来黄土中伊利石结晶度的变化与古环境

对环县、长武和渭南3个剖面末次间冰期以来黄土-古土壤样品进行了粘粒(2μm)提取,采用X射线衍射分析技术对粘粒样品的伊利石结晶度,即KI值(1.0nm衍射峰的半高宽)进行时空变化分析。结果表明,环县剖面的KI值在黄土-古土壤中差异不大,而中南部的长武与渭南剖面能很好地反映冰期与间冰期旋回特征;在空间上,古土壤S_0和S_1的KI值自西北向东南呈现逐渐增加趋势,而黄土L_1层仅在最南部的渭南剖面呈现较高的值,环县和长武剖面差异不大,均呈现较低的值。综合分析影响黄土KI值变化的各个因素后,认为风化成壤作用可能是影响黄土-古土壤伊利石结晶度指标变化的主要因素,可以作为东亚夏季风环流强度演化的指标。