黄土湿陷性强度和变形特性研究

董智慧

摘 要：黄土由于其特殊的结构所具有的湿陷性为建设安全带来了巨大的隐患。本文通过对湿陷性黄土进行静力与动力试验，对静力作用下土样浸水后的强度变化及在动荷载作用下土样的强度及湿陷变形的变化进行研究，对工程实践中正确评价黄土湿陷性具有一定的指导意义。

关键词：黄土；湿陷性；动荷载作用；应力应变关系

1 前言

具有特殊成分和性质的黄土和黄土类土，广泛分布在我国西北、华北和东北部分地区。这种土垂直节理发育，内有很多大孔隙，土中粘土粒和盐类、有机质等结成的薄膜包裹着粉土粒起着支撑粉土粒的作用。一旦土被浸湿，土的物理力学性质发生重大变化，这种湿陷崩解现象是一种很复杂的过程，它破坏了土体结构的联结，使土的变形和强度发生很大的变化，尤其是在动力作用下更是如此。

本文结合山西省古交及霍县两矿区土样的静力与动力试验，对黄土土样进行浸水后的强度变化及试样在动荷载作用下的强度与湿陷变形的变化进行研究。

2 研究方法

对采自探井中的原状土样进行静力试验和动力试验。试样分六组，每组5个土样分别进行动、静试验。静力试验先使土样分别在侧压力为50kpa及100kpa的均等压力下固结，待固结稳定后施加偏应力进行排水试验。当偏应力为150kpa或200kpa时，对土样自下而上进行浸水。动力试验，试样固结稳定后施加不同的动荷载，其动荷频率为2HZ的正弦波，分别测定每级振动为20次的残余应变及指定某荷载下的浸水试验。浸水试验是在固结稳定后对试样进行自下而上的浸水，同时施加振次为20次的逐级荷重，以便比较两者的差别。另一个逐步施加荷载，当动应力为50kpa时并保持在该动应力下对试样浸水，测定浸水后的残余应变，随后再逐级加荷至试验结束。试后分别测定试样的含水量及饱和度等。试样的物理力学指标如表1：

3 试验结果

3.1静力试验

主要研究试样在侧压力的作用下施加偏应力为150kpa或200kpa时对试样浸水后的强度变化及应力应变的关系。它表现为：

（1）湿陷性越大，湿陷强度降低值越大，反之则小。

（2）浸水时的主应力差与湿陷强度降低值的關系一般是大的比小的下降多。

（3）土体的湿陷强度降低值随着深度的增加而减小，随着密度的增加而减小。

3.2动力试验

当试样变形发生突变，变形越来越大时，相应的动应力振幅也发生突变，振幅变小，随着变形增大，动应力振幅又增加，这明显的变化现象，主要是孔压的增加，黄土的结构大幅度的破坏，颗粒间的有效应力降低，促使土体的强度迅速降低，变形迅速增大，而相应的动应力振幅也有所变小，随着颗粒的重新排列形成新的土体结构从而达到相对的稳定，此时动应力的振幅又再次出现增加趋势。

3.3应力～应变曲线

从图1中所见，土体在静荷载作用下的强度比动荷作用下的强度大，不浸水作用下的强度比浸水作用下的强度大，即动荷载对土体的破坏性比静荷载的破坏性大。而在动荷作用下不浸水土样的残余应变随着动应力的增加而增大，当叠加在土样上的动应力至一临界值后即达到土体的屈服强度时，残余应变开始迅速增大，即使动应力增加很小，残余应变也迅速增大至破坏。但浸水后的土样，在动应力较小时残余应变就较大，随着动应力的增加，残余应变也急剧增大，土样呈“鼓胀”型塑性破坏。

4 结论

4.1湿陷性黄土在荷载作用下产生变形的同时，它的强度相应的降低至一极小值，它的大小主要与土体的结构、成分和颗粒大小的组成有关，与浸水时偏应力的大小有关，偏应力大则湿陷强度降低值大，反之则小。

4.2黄土在不同荷载作用下，它的极限强度也不同，动荷载作用下强度比静荷载作用下的强度小，浸水饱和下的强度比不浸水的强度小，尤其在动荷载作用下的强度降低更大。

4.3湿陷性黄土浸水后在动荷载作用下产生很大的残余应变造成土体的崩解，而有些黄土虽然在压缩试验中属于非湿陷性黄土，但在浸水后，在动荷载作用下也能产生很大的残余应变造成土体的崩解，对建筑物造成很大的危害。