王小強(qiáng)　石峰

【摘要】通過(guò)對(duì)保德縣黃土梁地區(qū)的勘察，得出該地區(qū)為大厚度濕陷性黃土區(qū)，濕陷性黃土層厚度20～30m，主要為第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)的風(fēng)成及坡積堆積物，濕陷類型為自重濕陷性，濕陷等級(jí)為Ⅱ～Ⅲ級(jí)，屬中等～嚴(yán)重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷性黃土在天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下力學(xué)性質(zhì)差異較大。

【關(guān)鍵詞】保德縣黃土梁區(qū)；濕陷性黃土；物理力學(xué)性質(zhì)；濕陷性特征

1. 概況

（1）保德縣位于山西省忻州市西北部，西靠黃河，屬黃土丘陵溝壑區(qū)，區(qū)內(nèi)黃土淺溝、沖溝、寬谷等黃土地貌發(fā)育，有黃土梁、峁、塔、小臺(tái)坪等黃土地貌，有陷穴、漏斗、黃土橋等黃土溶洞地貌，還有崩塌、滑坡、錯(cuò)落等黃土重力地貌。地表千溝萬(wàn)壑，梁峁交錯(cuò)，支離破碎，屬典型的黃土地貌景觀。

（2）山西省某氧化鋁廠廠址位于山西省保德縣楊家灣鄉(xiāng)霍家梁村的黃土梁上，廠址地勢(shì)相對(duì)開(kāi)闊，為一東西走向的狹長(zhǎng)地帶，總體地勢(shì)東高西低，中間高南北低，周邊黃土沖溝發(fā)育，屬典型的黃土地貌，場(chǎng)地海拔高程介于960～1020m之間。

2. 場(chǎng)地地層情況

場(chǎng)區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)及上、中更新統(tǒng)的風(fēng)成及坡積堆積物，其中第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)的堆積物屬濕陷性黃土，厚度約20～30m，屬自重濕陷性黃土；中更新統(tǒng)的堆積物屬黃土，但基本無(wú)濕陷。各地層具體情況如下：

（1）第①層 黃土狀粉土（Q41eol）：淺黃、黃色，干，稍密，具孔隙，蟲孔發(fā)育，砂粒含量較高，結(jié)構(gòu)較松散，局部含少量鈣質(zhì)結(jié)核及鈣質(zhì)菌絲，層厚4.0～12.0m，平均厚度8.5m，主要分布在黃土沖溝內(nèi)。

（2）第②層 濕陷性粉土（Q3eol）：淺黃、黃、黃褐色，干，稍密，局部中密，具大孔隙，層厚16.4～25.6m，平均厚度21.5m。

（3）第③ 黃土（Q3eol）：淺黃、黃、黃褐色，稍濕，中密，局部稍密，垂直節(jié)理較發(fā)育，砂粒含量稍高，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，低壓力下基本無(wú)濕陷，高壓力下偶具濕陷性，層厚3.0～10.0m，平均厚度6.2m。

（4）第④層 粉土（Q2）：黃褐、黃紅、褐紅色，稍濕，中密～密實(shí)，局部相變?yōu)榉圪|(zhì)粘土，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，無(wú)濕陷，層厚10.7～18.0m，平均厚度13.1m。

3. 黃土的物理力學(xué)性質(zhì)

3.1黃土的物理性質(zhì)。

（1）濕陷性黃土的顆粒組成：

第①層黃土狀粉土的顆粒組成以砂粒（粒徑>0.05mm）為主，含量超過(guò)50%，第②層濕陷性粉土的顆粒組成以粉粒（粒徑0.05～0.005mm）為主，含量超過(guò)60%，各層濕陷性黃土的顆粒組成情況詳見(jiàn)表1“各層濕陷性黃土顆粒組成統(tǒng)計(jì)表”。

（2）黃土的物理性質(zhì)：

各層黃土的物理性質(zhì)（天然含水量、孔隙比、密底、飽和度、液塑限）詳見(jiàn)表2“各層黃土物理性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表”。

①天然含水量：各層土的天然含水量變化不大，第①層黃土狀粉土的天然含水量基本小于10%，第②、③、④層土的天然含水量雖有不同程度的增高，但增高幅度不大，基本稍大于10%。

②密度：各層土的密度隨深度增加呈逐漸遞增的規(guī)律，增幅在6%～8%之間；從試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，黃土的密度與濕陷性關(guān)系密切，隨著密度增加，濕陷性逐漸消弱，當(dāng)黃土的天然密度小于1.65g/cm3時(shí)，具濕陷性，且密度越小，濕陷性越強(qiáng)烈；當(dāng)黃土的天然密度介于1.65～1.70g/cm3時(shí)，低壓力 （小于300KPa） 下基本無(wú)濕陷性，高壓力（大于300KPa）下偶具濕陷性；當(dāng)黃土的天然密度大于1.70g/cm3時(shí)，不具濕陷性。

③天然孔隙比：各層土的天然孔隙比隨深度增加呈逐漸遞減的規(guī)律，從試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，第①、②、③、④層土的天然孔隙比的遞減幅度分別為6.9%，19.5%和15.3%，其中第①、②層濕陷性土層的遞減幅度較小，小于10%，從濕陷性土層到非濕陷性土層的遞減幅度較大，大于10%；另外天然孔隙比是影響黃土濕陷性的又一重要指標(biāo)，從試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，本地區(qū)當(dāng)黃土的天然孔隙比大于0.90時(shí)，具中等～強(qiáng)烈濕陷性，當(dāng)天然孔隙比介于0.84～0.90之間時(shí)，一般具輕微濕陷性，當(dāng)天然孔隙比小于0.84時(shí)，一般不具濕陷性。

④飽和度：各層土的飽和度隨深度增加呈逐漸遞增的規(guī)律，從試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，第①、②、③、④層土的飽和度的遞增幅度分別為41.2%，64.4%和10.0%。

⑤液塑限：本場(chǎng)地第①、②、③、④層黃土的液塑限指標(biāo)變化不大。

3.2黃土的力學(xué)性質(zhì)。

天然狀態(tài)下各層黃土的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)（壓縮性、抗剪強(qiáng)度、標(biāo)貫值、靜探指標(biāo)）詳見(jiàn)表3“各層黃土力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表”。

（1）壓縮性：本場(chǎng)區(qū)濕陷性黃土基本呈中壓縮性，隨深度增加壓縮性逐漸降低，且與其物理性質(zhì)無(wú)明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（2）抗剪強(qiáng)度：各層土的粘聚力隨深度增加總體呈逐漸遞增的規(guī)律，但局部也有小幅度的降低，從試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，第①、②、③、④層土的粘聚力的遞增幅度分別為33.0%，-5.7%和-8.9%；各層土的內(nèi)磨擦角隨深度增加變化不大，且無(wú)明顯規(guī)律。

（3）側(cè)摩阻力和端阻力：隨深度增加呈逐漸遞增的規(guī)律，從試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，第①、②、③、④層土的側(cè)摩阻力的遞增幅度分別為52.7%，28.6%和9.8%，隨深度增加增幅逐漸變?。坏冖?、②、③、④層土的端阻力的遞增幅度分別為38.7%，39.7%和15.8%，隨深度增加增幅逐漸變小。

（4）標(biāo)貫：標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)較高，且隨深度增加呈逐漸遞增的規(guī)律，第①、②、③、④層土的標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)的遞增幅度分別為77.7%，43.7%和13.0%，隨深度增加增幅逐漸變小。

4. 濕陷性黃土特征分析

4.1濕陷性。

（1）本場(chǎng)地第①層黃土狀粉土的濕陷系數(shù)介于0.0158～0.0911之間，平均值0.0439，濕陷程度為中等，局部強(qiáng)烈；第②層濕陷性粉土的濕陷系數(shù)介于0.0154～0.0727之間，平均值0.0345，濕陷程度為中等。第①層黃土狀粉土的濕陷起始?jí)毫橛?～188KPa，平均值76.7 KPa；第②層濕陷性粉土的濕陷起始?jí)毫橛?3～347KPa，平均值123.0 KPa。濕陷系數(shù)和濕陷起始?jí)毫ψ兓?，總的看濕陷系?shù)隨深度增加基本呈逐漸遞減，濕陷起始?jí)毫χ饾u遞增，但無(wú)明顯的變化規(guī)律。

（2）本場(chǎng)地總自重濕陷量介于70～300mm之間，為自重濕陷性黃土場(chǎng)地；總濕陷量介于150～800mm之間，結(jié)合總自重濕陷量和場(chǎng)地地形地貌條件，本場(chǎng)地濕陷等級(jí)為Ⅱ～Ⅲ級(jí)，屬中等～嚴(yán)重濕陷性黃土場(chǎng)地。

4.2濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)性和欠壓密性。

（1）結(jié)構(gòu)性：濕陷性黃土在一定條件下具有保持其原始基本單元結(jié)構(gòu)形式不被破壞的能力，在其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度未被破壞或軟化的壓力范圍內(nèi)，表現(xiàn)出壓縮性低、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)一量遭到破壞，其力學(xué)性質(zhì)將大幅度降低。

（2）欠壓密性：由于濕陷性黃土的沉積過(guò)程非常緩慢，上覆壓力增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)小于顆粒間固化鍵強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率，使得黃土顆粒間保持著較松散的高孔隙度，使得未在上覆荷重作用下被固結(jié)壓密，處在欠壓密狀態(tài)。

4.3濕陷敏感性。

（1）由于濕陷性黃土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)受含水量影響較大，而本場(chǎng)地土層干燥，因此按天然狀態(tài)和增濕狀態(tài)（含水量增至20%）分別做了直剪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表4 “抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比較表”。

（2）從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，含水量變化對(duì)內(nèi)磨擦角影響不大，影響幅度不超過(guò)5%；而增濕后的粘聚力（C/）比天然狀態(tài)下的粘聚力（C）有大幅度降低，相對(duì)降低比值（C- C/）/ C為敏感度（η）。

（3）試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果表明，本場(chǎng)地第①、②、③層土的敏感度η分別為56%、51%、30%，濕陷性黃土的敏感度高，超過(guò)50%，而非濕陷性黃土的敏感度較低，小于30%，且敏感度隨深度增加逐漸減小。

（4）另外試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)含水量從天然狀態(tài)增濕至20%時(shí)，濕陷性黃土的粘聚力（C）降低約50%，而非濕陷性黃土粘聚力（C）降低約30%。

4.4濕陷臨界系數(shù)。

（1）黃土的天然含水量W、密度ρd、飽和度Sr、天然孔隙比e

等是影響黃土濕陷的四個(gè)重要指標(biāo)，將W·ρd/Sr·e稱為濕陷臨界系數(shù)（λ）。

（2）試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果表明，在本場(chǎng)地內(nèi)，當(dāng)λ≤0.53時(shí)，具濕陷，當(dāng)λ>0.53時(shí)，基本無(wú)濕陷。

5. 結(jié)論

綜合分析，保德縣黃土梁區(qū)為大厚度濕陷性黃土區(qū)，濕陷性土層厚度20～30m，為第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)的風(fēng)成及坡積堆積物，屬自重濕陷性黃土，濕陷等級(jí)Ⅱ～Ⅲ級(jí)，屬中等～嚴(yán)重濕陷性黃土場(chǎng)地，屬欠壓密狀態(tài)，濕陷性黃土的敏感度高，當(dāng)含水量從天然狀態(tài)增濕至20%時(shí)，濕陷性黃土的力學(xué)強(qiáng)度會(huì)大降低，濕陷性黃土的濕陷性與天然含水量W、密度ρd、飽和度Sr、天然孔隙比e關(guān)系密切。

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