黄土地基的岩土工程评价分析.doc

第18章 黄土地基的岩土工程评价 18.1 黄土和黄土状土的形成、分布及工程特性 黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色；颗粒组成以粉土粒(其中尤以粗粉土粒，粒径为0.05～0.01mm)为主，约占60％～70％，粒度大小较均匀，黏粒含量较少，一般仅占10％～20％；含碳酸盐、硫酸盐及少量易溶盐；孔隙比大，一般在1.0左右，且具有肉眼可见的大孔隙；具有垂直节理，常呈现直立的陡壁。 黄土按其成因可分为原生黄土和次生黄土。 不具有层理的风成黄土为原生黄土。 原生黄土经过水流冲刷、搬运和重新沉积而形成的为次生黄土。次生黄土有坡积、洪积、冲积、坡积-洪积、冲积-洪积及冰水沉积等多种类型，一般不完全具备上述黄土的几方面特征，具有层理，并含有较多的砂粒以至细砾，即俗称之黄土状土。 黄土及黄土状土在我国分布很广，面积约占我国陆地总而积的6.58％，主要分布在黄河流域及其北各省，从东而西在黑龙江。吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、山西、陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆均有分布，但其中以黄河中游(山西西部、陕西、甘肃大部分)的黄土发育最好，地层最全、厚度大、分布连续，是我国黄土的主要分布区，该区域黄土的分布与大区域地形关系密切，其东、西、南三面均以大山为界，西南为祁连山脉，正南为秦岭山脉，东为太行山脉。在平面上形成为向西北方向张开的弧形，其西北渐以沙漠取代，除此以外的黄土分布地区均不如该区典型，而且大都分布不连续。 黄土和黄土状土(以下统称黄土)在天然含水量时往往具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性，但遇水浸湿后，有的即使在其土自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷，强度也随之迅速降低；而右些地区的黄土却并不发生湿陷。可见，同是黄土，但遇水浸湿后的反应却有很大差别。凡天然黄土在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的，称为湿陷性黄土，否则，就称为非湿陷性黄土。黄土的湿陷性是黄土地基勘察与工程地质评价的核心问题。 黄土具有湿陷性的原因，研究认为，黄土的结构特征及其物质组成是产生湿陷的内在因素。而水和压力的作用是产生湿陷的外部条件。黄土的结构是其形成环境造成的，在干早和半干旱的气候条件下，季节性的短期降雨把松散的粉粒黏聚起来，而长期的干旱气候又使土中水份不断蒸发，水中所含的碳酸钙、硫酸钙等盐类逐渐在土粒表而析出，逐渐沉淀而形成胶结物。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加大，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，形成了以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构(如图18-1)。黄土结构中零星散布着较大砂粒，附于砂粒和粗粉粒表面的细粉粒和黏粒等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胶结性联结，从而构成了矿物颗粒的集合体。周边有几个颗粒包围着的孔隙就是肉眼可见的大孔隙。当黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间，于是，结合水联结消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重压力或在自重压力与附加压力共同作用下，其结构迅速破坏，土粒向大孔滑移，粒间孔隙减小，导致大量的附加沉陷迅速产生，这就是黄土湿陷现象根本原因所在。 黄土湿陷性强弱与其微结构特征、颗粒组成、化学成分等因素有关，在同一地区，土的湿陷性又与其天然孔隙比和天然含水量有关，当然，浸水程度和压力大小是主要的外界条件。 1、根据对黄土的微结构的研究，按其胶结物聚集形式和骨架颗粒的大小、含量可分为接触胶结、接触-基底胶结和基底胶结三种形式(图18-2)。接触式胶结又称粒状胶结：骨架颗粒多，且多为棱角状，彼此接触，粒间孔隙较大。胶结物含量较少，成薄膜状包围须粒，连结脆弱，湿陷性较强；接触-基底式胶结也称粒嵌有胶结物，呈不规则状态分布在颗粒之间，连结较牢固，粒间孔隙较少。其湿陷性较接触胶结者为小；基底式胶结，也称团状胶结：骨架颗粒较细，胶结物丰富，骨架颗粒完全由胶结物胶结，粒间连结牢固，结构致密，湿陷性弱。 2、从黄土的颗粒组成来看，黏土粒的含量愈多，特别当粒径小于0.001mm的土粒含量大于20％并均匀分布在骨架颗粒之间，则具有较大的胶结作用，土的湿陷性愈弱。 3、黄土的湿陷性还与碳酸钙、石膏以及易溶盐(氯化物、硫酸盐和重碳酸盐等)的含量和状态以及土的酸碱度(用pH值表示)有关。一般来说黄土中碳酸钙的含量愈大并以薄膜分布或与黏土粒混在一起而具有胶结作用时，石膏及易溶盐含量愈大，pH值愈大时，则黄土的湿陷性愈强。 4、影响黄土湿陷性的主要物理性质指标为天然孔隙比和天然含水量。当其它条件相同时，黄土的天然孔隙比愈大，则湿陷性愈强。实际资料表明：西安地区的黄土，如e＜0.9，则一般不具湿陷性或湿陷性很小；兰州地