影响黄土湿陷性的因素分析

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摘要：介绍了黄土湿陷发生机理的6种假说，分析了黄土孔隙类型以及黄土内部胶结类型对黄土湿陷性的影响。

关键词：黄土；湿陷性；孔隙；胶结

1.引言

黄土是第四纪形成的陆相黄色粉砂质土状堆积物。黄土的粒径从0.005毫米～0.05毫米，其粒度成分百分比在不同地区和不同时代有所不同。它广泛分布于北半球中纬度干旱和半干旱地区。中国的黄土主要分布于广大西北地区的黄土高原以及华北平原和东北的南部。黄土高原的面积约占全国黄土分布总面积的70%以上，黄土层的厚度一般都达100米以上，其中陕北和陇东的局部地区达150米，在陇西地区可超过200米。具体地说，黄土主要分布于甘肃的中部和东部，陕西的中部和北部，内蒙古伊克昭盟的南部和西部，山西的大部分，河南的北部、西部及西北部，山东西部以及辽宁山地一带。华北平原的黄土则多被埋藏在较深的冲积层的下部。伴随着我国西部经济建设的热潮，黄土地区的工程建设项目越来越多，黄土相关的工程问题也越发重要。

2.黄土的湿陷机理

湿陷性是黄土重要的工程性质之一，由于黄土的湿陷性而导致的楼房倾斜、裂缝甚至坍塌的例子不胜枚举，因此探索黄土的湿陷机理，进而消除黄土的湿陷性有重要的实践意义。对于黄土湿陷性产生的原因，诸多学者有不同的学说：

1）毛细管作用说。该学说起源于太沙基的毛管弯液面理论，认为黄土的湿陷是由于黄土饱水时粒间弯月形液面消失的缘故。支持该学说的学者认为在砂粒周围聚集有细粉土颗粒，砂粒之间依靠毛细张力联结，如果在孔隙水中悬浮有黏土片，则在水分蒸发过程中由于粒间毛细水弯液面的退缩，会在颗粒周围形成絮状联结，给颗粒以支托作用。当水浸入土中不仅毛细连接力消失，且支托也将分散，削弱粒间联结作用，从而产生湿陷。

2）溶盐假说。黄土中有大量的可溶盐，当黄土中含水量较低时，易溶盐处于微晶体状态，附在颗粒的表面，起着胶结作用。受水浸湿后，盐晶溶解，胶结作用消失，造成黄土湿陷。易溶盐在黄土中只是以溶解状态处于孔隙溶液中，因此湿陷过程中不存在易溶盐的溶解问题。但易溶盐即使处于溶解状态也会影响到粒间作用力的大小，而浸水必然会改变孔隙水溶液的电解质浓度。孔隙中水溶液电解质浓度高，粒间引力增大，所以浸水会使粒间强度降低，故浸水湿陷和黄土中或溶盐存在有着一定的关系。

3）胶体不足说。该理论认为黄土的湿陷性是含有尺寸小于0.005mm的颗粒少于10%的土固有的性质，这种土缺少胶体分散部分。如果有足够数量的胶体时，膨胀过程会防止湿陷的发生。

4）水膜楔入说。粒间吸附水膜由于含水量降低或者粒间压力增大而使水膜变薄，粒间水膜越薄粒间凝聚强度就越高。变薄的水膜由于颗粒表面水化能作用，而有力图恢复到原来厚度的趋势。因此当土中含水量增加，水就具有楔入作用，使粒间距离拉开，从而水膜变厚，联结强度降低，从而产生湿陷。

5）欠压密理论。认为在干旱、少雨的气候条件下，黄土在沉积过程中由于水分不断蒸发，土粒间的盐类析出，胶体凝固，形成固化黏聚力，从而阻止了上部土体对于下部土体的压密作用而成为欠压密状态，久而久之就形成了高孔隙比、低湿度的湿陷性黄土。在受水浸湿状态下，固化黏聚力消失，产生湿陷。

6）结构学说。该学说用黄土的结构特征来解释黄土的湿陷机理是二十世纪五十年代末期开始出现的，初期由于测试手段的限制，在很大程度上带有推理性。随着科学技术的发展，特别是扫描电镜的应用，可以直接观察到黄土结构中颗粒的形态，连接和排列方式以及胶结物质的成分，对于黄土结构性的研究得到了迅速的发展。不仅对黄土的湿陷机理作出了有说服力的解释，并且按微结构特征，对黄土进行了工程性质分类，使这一学说从理论研究向工程应用跨出了有意义的一步。

这些假说各自从物理学、物理化学和地质学等方面对黄土的湿陷机理作出了解释，而黄土的湿陷是一个极其复杂的过程，它不是某一个假说能解释清楚的问题，受到各种因素的影响，各种假说所提到的因素都在发挥作用，不同地区的黄土受到上述因素影响的程度也不相同。

3.黄土内孔隙类型及其对黄土湿陷性的影响

孔隙是土体内颗粒或基本单元排列而形成的，是重要的微结构要素之一。它不仅直接影响土的工程性质，同时也控制土的渗透性。黄土为典型的大孔隙结构，孔隙的类型对其工程性质特别是湿陷性有着重要的影响。土中孔隙种类按照孔径的大小可以分为大孔隙、中孔隙、小孔隙和微孔隙。而根据土体内基本单元体的排列方式的不同，可以将黄土中的孔隙分为如下几种：

1）单元体内孔隙。单元体内部存在的孔隙，这类孔隙基本处于稳定状态，一般微孔隙属于这一类型。这些微孔隙有的和外部连通，大部分是封闭的。由于基本单元体一般不变形，故这种孔隙不易变形，对黄土的湿陷性质基本没有影响。

2）镶嵌孔隙。基本单元体间孔隙的一种稳定结构。基本单元体经过多次重新排列，使单元体进入一个比较稳定的位置，这种排列基本上接近理想球体堆积的配位排列。这种单元体间仍存在一定的孔隙，称为镶嵌孔隙。在这种情况下，单元体的排列比较紧密，一般不易变形，只有在很高的应力下才会出现少量变形。对黄土的湿陷性基本没有影响。

3）架空孔隙。架空孔隙是由一定数量的骨架颗粒松散排列形成的孔隙。这种孔隙从空间结构力学原理来分析是不稳定的，有多余的自由度，为非正常配位排列。这种孔隙的直径一般大于其周围颗粒的直径，在一定的动、静应力作用下，就会失去稳定，颗粒将重新排列，周围颗粒落入孔内，土体结构产生不可恢复的突然变形。大部分架空孔隙在中孔隙的范围之内。架空孔隙的存在是黄土产生湿陷的一个重要原因。

4）大孔隙。大孔隙一般是由于植物根、蚯蚓等所引起的管状孔洞，直径很大，一般肉眼就能观察到。这种孔隙常常是钙质或铁锰质淋溶物的通道，所以在孔壁上常常留有某些难溶的沉淀物，加固了这些孔壁，使之相对较为牢固。

4.黄土中胶结物的赋存状态和胶结类型对其湿陷性的影响

1）黄土中胶结物的赋存状态。粗颗粒在土体中起着骨架支撑作用，细粒胶结物质是粗颗粒的填隙材料。所谓黄土的胶结就是黄土中各个骨架颗粒由细粒胶结材料把它们相互连接起来构成整个土体的过程。通过这一作用过程使松散的黄土沉积物获取一定的强度。由于胶结程度的不同，决定了黄土性质的差异。黄土中的胶结物是粒径在500～200微米以下的石英、长石、云母、非晶质碳酸钙微粒和粘粒矿物最为多见。这些胶结物质从赋存状态上区分，大致可以分为三种类型：第一种，胶结物粘附在粗颗粒的周围呈薄膜状；第二种，胶结材料呈不规则状填满于骨架颗粒之间的缝隙中；第三种，胶结材料贯穿在骨架颗粒之间成聚焦状而构成基质。胶结的类型不同，其胶结强度和对水的敏感性也就不同，表现为黄土的湿陷起始压力不同。

2）黄土的胶结类型。关于黄土胶结类型的研究。不少学者曾先后提出过他们的分类方法，但到目前为止尚无统一的方案。这些分类方法是：七级分类法，即基底胶结、角砾状胶结、接触胶结、薄膜胶结、斑状胶结、孔隙胶结和孔隙斑状胶结；三级分类法，即：接触式胶结，基底式胶结和接触基底式胶结；五级分类法，即：薄膜胶结、孔隙胶结、孔隙斑状胶结、斑状胶结和基底胶结。胶结的类型对黄土的湿陷性影响较大，若胶结水稳性好，则湿陷性较弱，反之具有较强的湿陷性。

参考文献：

[1] 高国瑞.黄土微结构分类与湿陷性[J].中国科学.1980.

[2] 冯连昌，郑晏武.中国湿陷性黄土[M].中国铁道出版社，1982.

作者简介：

李瑞，（1983―），女，汉，硕士研究生学历，现就职于榆林职业技术学院，主要从事工程地质方面的教学与科研工作。