改性水玻璃提升黄土水稳性

据有史记载，发生于我国中西部黄土区的强震情况为：Ms≥8的6次，Ms≥7的22次，Ms≥6的22次，这些强震都引发了严重的地震滑坡、震陷和液化等灾害，人口伤亡达数百万。甚至一些小的地震如1986年运城3.1～3.7级地震群，在震中区和丘陵地带引起房屋和黄土窑洞的变形和倒塌。国外如美国、苏联的塔吉克斯坦等地区有地震引起饱和黄土的液化的问题，造成人员伤亡和大量财产损失。因此，黄土动力特性的研究显得非常重要，对防震减灾具有重大意义。

有关黄土动力学特性研究方面，众多学者不仅对于等幅往返荷载下黄土动三轴试验，从试验方法，主要课题，强度标准，基本特性规律，水、力荷载路径，动静强度关系，湿陷与震陷的联系，黄土震陷等等方面做了大量较系统的探索［28-30］，而且对于不规则动应力过程和随机不规则动荷载过程条件下黄土动三轴试验的方法也做了开拓性的工作［31，32］。目前，在黄土动力特性的研究中，将水力、静力、动力特性和土的湿密结构特征等综合作用下的力学效应和物理机制的研究，以及随黄土的区域性变化相结合方面的研究作为主要方向［33］。

黄土动力特性参数有：动荷载作用下的应力—应变关系（或动弹性模量与阻尼比）、黄土震陷与动变形、黄土动强度与液化、波速等［6，30］。

动弹性模量是表征黄土在动应力作用下的应力—应变关系、评价黄土地基抗震性能的一个重要的综合性参数。阻尼比反映的是土层在地震动的作用下传播能量损失的大小，是土动力反应分析不可缺少的参数。黄土应力—应变关系具有黏性土类的非线性特征。影响黄土模量与阻尼比的因素很多，就黄土自身而言，有粒度特征、微结构特征、密实程度和饱和度等；外部条件有固结应力、应变幅值、加荷频率、震动次数和测试方法等。动弹性模量随固结应力的增大而增大。在同一固结应力下，含水量或者饱和度对阻尼比的影响基本无规律可循，其变化对阻尼比的影响较小；从统计的角度看，随固结应力的增大，阻尼比有减小的趋势。除应力外，动弹性模量一般情况下随土的密度的增大而增大；随饱和度和孔隙比的增大而减小；随土的微结构特征不同而有所变化，如结构稳定的镶嵌结构比稳定性差的粒状架空结构要大。这些规律反映在黄土的分布区域上，自西向东黄土的动弹性模量逐渐增大，如陇西地区黄土模量低于陇东、陕西、山西地区的相应值。

根据黄土动力学试验，西北黄土动弹性模量与埋深二者可用下列关系式表示：

E0=10.1H+52.3（r=0.708），或E0=38.9H0.593（r=0.766）；

Ed5=7.4H+32.4（r=0.708），或Ed5=24.7H0.633（r=0.830）。

上式中，E0—初始弹性模量（MPa）；Ed5—应变等于0.0005时的弹性模量（MPa）；H—黄土层埋深（m）；r—相关系数。(www.xing528.com)

黄土的震陷是指在地震作用下，土体中产生的突然性附加变形，造成建（构）筑物地基的不均匀沉降，引起建（构）筑物的开裂、倾斜或倒塌。土的震陷性在土动力学中用残余应变表示。研究表明，Q3、Q4黄土具有特殊的地震工程地质性质——震陷性。影响震陷的主要因素是地震动应力的大小，其次是黄土自身的物理性质，如密度、孔隙比、含水量和微结构等。

地震动应力大时，黄土会发生粉碎性破坏，可表现在场地平坦的黄土区发生以震陷为主的严重地基失效事故和在斜坡场地发生瞬时滑坡灾害。黄土的密度是其物理性质的一个综合性指标，反映黄土的湿陷性、压缩性和强度的大小，同时对黄土的震陷量也有很大影响；在同样的动应力条件下，密度大震陷量小，密度小则震陷量大。由于黄土具有水敏性，动应力相同时，随着含水量的增加，其震陷量在增加，甚至产生液化。黄土孔隙比的大小对震陷也有明显的影响，当孔隙比大于0.9时，在动荷载的作用下会产生大小不同的震陷量。黄土的微结构特征对其震陷性也有很大影响，我国黄土的微结构特征是从西北的粒状、架空、接触式结构逐渐过渡到东南的凝块、镶嵌、胶结式结构，前者容易发生震陷，后者对震陷敏感性小。

黄土的动强度测试是按照砂土液化强度试验方法，对黄土样品进行试验，按一定破坏应变标准和震次，画出动强度的莫尔圆、求出动内聚力和动摩擦角。黄土的动强度小于其相应的静强度。随着黄土含水量的增加，同一固结压力下黄土的破坏动强度减小，甚至产生液化，强度锐减。近年来新的研究表明，在一定强度的地震作用下，饱和黄土、高含水量的黄土会发生液化或流动，引起建筑物地基的失稳或者其他地质灾害，黄土液化问题已成为黄土动力学研究领域的最前沿课题。黄土液化除震动加载条件外，主要与黄土所处场地、黄土含水量、干密度、塑性指数以及黄土的微结构等特性有关。

中国黄土的波速特征在空间分布上具有一定的规律，与黄土的微结构和物理力学性质指标在区域上的分布规律相吻合。从西北向东南波速逐渐增大，六盘山以西黄土的波速要低于以东黄土的波速。另外，黄土的波速在深度上逐渐增加。随着深度的增加，其干密度增加，孔隙比减小，波速增加的规律，波速与干密度具有一定的相关性，可用以下关系式表示：

兰州地区：Vs=250ρd-151（r=0.90）；

西安地区：Vs=333ρd-193（r=0.86）。