结合白龙江引水工程探讨陇西地区黄土湿陷性与物性指标的关系

赵旭阳 武鹏飞 于文龙

横亘于甘肃中东部的六盘山呈南北向展布，将甘肃中东部地区分为东西两部分，以西为陇西黄土高原，海拔1 500~2 000 m，地形破碎，多梁、峁、丘陵，黄土分布广泛[1]。白龙江引水线路自1#隧洞出口至六盘山隧洞进口段穿越该地区，沿线布置有多座倒虹吸和箱涵建筑物，大部分建筑物以黄土为地基，其对地基湿陷性较为敏感，对工程的影响至关重要，因此有必要研究黄土的湿陷特征，为工程设计提供必要的参考资料。

黄土湿陷是由众多影响因子共同作用下造成的[3]，本文以陇西地区黄土为研究对象，对不同成因的黄土进行室内试验，根据试验成果分析黄土湿陷性与物性指标之间的关系，在工程前期提供一种简便的黄土湿陷性预测与评价方法。

土工试验中测试或计算所得的土性指标都具有明确的物理意义，这些土性指标包含物理、水理以及力学等多方面因素，反映了黄土的物质成分、结构特征和当前的赋存状态等属性，对黄土的湿陷性有着不同程度的影响[3]。本文选取土工试验中必备参数——含水率、干密度、孔隙比、饱和度以及界限含水率作为分析指标。与本工程关系密切且具有湿陷性的黄土主要包括上更新统风积（Q3eol）马兰黄土以及冲洪积（Q3alp）黄土状土，本文通过在不同成因黄土单元上开挖竖井、取原状样品进行室内试验，通过对试验成果的统计研究，分析黄土湿陷系数与物性指标的相关性[2-3]。

本文定义临界孔隙比、临界干密度和临界饱和度等概念，在相应物性指标前加“临界值”，其意为湿陷性黄土和非湿陷性黄土的界限值，超过相应的界限值后就为湿陷性黄土或非湿陷性黄土。

1.1 马兰黄土的物性指标与湿陷性关系

依据GB 50025—2018《湿陷性黄土地区建筑标准》规定[4]，“当湿陷系数δs≥0.015时，应定为湿陷性黄土；
当湿陷系数δs＜0.015时，应定为非湿陷性黄土”，据此以湿陷系数0.015作为湿陷性黄土和非湿陷性黄土的界线。

图1~图6分别为马兰黄土干密度、孔隙比、天然含水率、饱和度以及塑限、液限与湿陷性系数之间的关系散点图。从图中可以看出，干密度、孔隙比以及饱和度与黄土湿陷性相关性比较大，而天然含水率以及界限含水率与黄土湿陷性的相关性较小。其中，湿陷系数与干密度、饱和度呈负相关性，与孔隙比呈线性正相关性，相应的临界干密度为1.46 g/m3，临界孔隙比为0.865，临界饱和度为55%，而其他物性指标与黄土湿陷系数之间并没有明显的临界值。

图1 干密度与湿陷系数的关系

图6 液限与湿陷系数的关系

图2 孔隙比与湿陷系数的关系

图3 含水率与湿陷系数的关系

图4 饱和度与湿陷系数的关系

图5 塑限与湿陷系数的关系

1.2 黄土状土的的物性指标与湿陷性关系

图7~图12分别为黄土状土干密度、孔隙比、天然含水率、饱和度以及塑限、液限与湿陷性系数之间的关系散点图。图中所反映的湿陷系数与物性指标的关系与马兰黄土的一致，干密度、孔隙比以及饱和度与黄土湿陷性相关性比较大，而天然含水率以及界限含水率与黄土湿陷性的相关性较小。黄土状土相应的临界干密度为1.51 g/m3，临界孔隙比为0.775，临界饱和度为50%。

通过以上分析可以看出不同成因黄土的干密度、孔隙比以及饱和度与黄土的湿陷系数相关性较明显，存在相应的临界值；
而天然含水率和界限含水率与湿陷系数的相关性较小，不存在这样的临界值。因此可以选择干密度、孔隙比和饱和度指标作为判断黄土是否具有湿陷性的物性指标。

图8 孔隙比与湿陷系数的关系

图9 含水率与湿陷系数的关系

图10 饱和度与湿陷系数的关系

图11 塑限与湿陷系数的关系

通过对陇西地区不同成因黄土的湿陷系数与其物性指标的关系研究发现孔隙比、干密度及饱和度与黄土湿陷系数相关性较大，湿陷性黄土和非湿陷性黄土存在一个相应的临界值，其中湿陷系数与干密度、饱和度呈负相关性，与孔隙比呈线性正相关性；
而天然含水率以及界限含水率与黄土湿陷性的相关性较小，湿陷性黄土和非湿陷性黄土不存在相应的临界值。

根据分析成果，可以选择干密度、饱和度以及孔隙比作为判断黄土是否具有湿陷性的物性指标，依据此指标对黄土的湿陷性做出初步预测与评价。其中，陇西地区马兰黄土的临界干密度为1.46 g/m3，临界饱和度为55%，临界孔隙比为0.865；
黄土状土临界干密度为1.51 g/m3，临界饱和度为50%，临界孔隙比为0.775。