黄土湿陷性形成与影响因素分析

1.黄土的湿陷变形特性

在讨论湿陷性黄土为什么会产生湿陷之前，先来说明黄土的湿陷变形及其主要特性。

（1）黄土的湿陷变形是指黄土受水浸湿后所引起的一种急剧、大量的附加变形。“浸水”是产生湿陷变形的先决条件。但它又区别于一般黏性土在浸水饱和后的压缩变形，后者在受水饱和后的压缩性只是稍有增加而不像湿陷性黄土浸水后所表现的速度快、数量大的塌陷性变形。

另外，黄土的湿陷变形也区别于黄土自身在天然含水量下的压缩变形。在湿陷性黄土地基上修建建筑物所发生的地基变形，一般包括两部分：一部分是压缩变形，一部分是湿陷变形，这是两种不同的变形。压缩变形是指地基处于天然含水量时由建筑物荷载所引起的变形，变形的速率随时间而逐渐减小，在施工期间就已经完成一大部分，在竣工后1年左右就趋于稳定。因此在天然含水量下，当基底压力不超过地基土的承载力时，其压缩变形量对建筑物不致产生有害影响。湿陷变形则是指当压缩变形尚未稳定或稳定以后，建筑物荷载不变，而地基由于受水浸湿所引起的附加变形。其变形特点是变形量大，常常超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍；且往往发生于地基的局部，具有突发性。一般湿陷事故常在1～2天内就可能产生200～300mm的变形量。正是这种量大、速度快而又不均匀的湿陷变形，常使建筑物发生严重变形甚至破坏。

（2）黄土的湿陷变形必须在一定压力下浸水才会发生。实践表明，黄土并不是在任何荷载作用下浸水都会发生湿陷，这是由于黄土本身具有一定的结构强度。当压力较小时，在颗粒接触处产生的剪应力小于其结构强度，则与一般黏性土一样，只会产生压缩变形；只有当压力超过某一数值，致使剪应力大于黄土结构强度时，才会产生湿陷变形。通常称黄土受水浸湿后，刚开始产生湿陷时的界限压力为湿陷起始压力，故湿陷起始压力在一定程度上可以反映黄土浸水后的结构强度。根据湿陷起始压力的大小，可将湿陷性黄土分为两类：如果土的湿陷起始压力小于上覆土自重应力时，则地基在上覆土自重应力下浸水即可发生湿陷，称这类土为自重湿陷性黄土；如果土的湿陷起始压力大于上覆土的自重应力，则在上覆土自重应力作用下，地基土浸水并不产生湿陷，而是当自重应力和附加应力之和大于土的湿陷起始压力时，地基土浸水才会发生湿陷，称这类黄土为非自重湿陷性黄土。

2.黄土湿陷的原因

黄土湿陷的发生是由于管道（或水池）漏水、地面积水、生产和生活用水等渗入地下，或由于降水量较大，灌溉渠和水库的渗漏或回水使地下水位的上升而引起的。然而受水浸湿只不过是黄土湿陷发生所必须的外界条件。如果没有黄土本身固有的特点，那么，湿陷现象还是无从产生的。研究表明，黄土的结构特征及其物质成分是产生湿陷性的内在原因。

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图4-1　黄土结构示意图

1—砂粒；2—粗粉粒；3—胶结物；4—大孔隙

黄土的结构是在形成黄土的整个历史过程中造成的。干旱或半干旱的气候是黄土形成的必要条件。季节性的短期雨水把松散干燥的粉粒黏聚起来，而长期的干旱使土中水分不断蒸发，于是，少量的水分连同溶于其中的盐类都集中在粗粉粒的接触点处。可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物。随着含水量的减少土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的联结力也逐渐增大。这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密，于是形成了以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构（图4-1）。黄土结构中零星散布着较大的砂粒。附于砂粒和粗粉粒表面细粉粒、黏粒、腐殖质胶体以及大量集合于大颗粒接触点处的各种可溶盐和水分子形成了胶结性联结，从而构成了矿物颗粒集合体。周边有几个颗粒包围着的孔隙就是肉眼可见的大孔隙。

黄土受水浸湿后，结合水膜楔入颗粒之间，结合水联结消失，可溶性盐类溶解和软化，骨架强度降低，土体在外力或自重作用下结构迅速破坏，土粒滑向大孔隙，颗粒间孔隙减小，这就是黄土湿陷的内在机理。

3.黄土湿陷的影响因素

黄土中胶结物的含量和成分以及颗粒的组成和分布，对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱有着重要的影响。胶结物含量大，黏粒含量多，黄土的结构致密，湿陷性降低，力学性质得到改善。反之，结构疏松，强度降低，湿陷性强。此外，黄土中的盐类，如果以难溶的碳酸钙为主，湿陷性弱；若以石膏及易溶盐为主，湿陷性强。

黄土的湿陷性与土的物理性质有关，即黄土的孔隙比、含水量及所受的压力有关。天然孔隙比越大或天然含水量越小则湿陷性越强。在天然孔隙比和含水量不变的情况下，压力增大，黄土湿陷量增加，但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减小。