不同时代黄土物理力学性质
晋北地区黄土湿陷系数与其物理力学性质的相关性分析
晋北地区黄土湿陷系数与其物理力学性质的相关性分析张光明【摘要】通过对晋北地区大量的黄土室内湿陷性试验数据进行分析,研究黄土湿陷系数与天然孔隙比、天然密度、天然含水量、压缩模量、塑性指数和液性指数6种常规物性参数之间的相关性,结果显示：黄土湿陷系数与天然孔隙比之间呈正相关关系；与天然密度、天然含水量、压缩模量、塑性指数和液性指数呈负相关关系；探讨不同湿陷强度黄土的天然孔隙比、天然密度、天然含水量及液性指数的分布规律,结果显示：该地区湿陷性黄土的天然孔隙比大于0.6,天然密度小于1.9 g/cm3,天然含水量小于22%,液性指数小于0.25。
%This paper studies the correlation between loess collapsibility coefficient and natural porosity ratio, natural density, natural water content, compressibility modulus, plastic index, liquidity index based on large amount of loess collapsibility experimental data in north region of shanxi. The study results show that there is positive correlation between loess collapsibility coefficient and natural porosity ratio. The correlations between loess collapsibility coefficient and natural density, natural water content, compressibility modulus, plastic index and liquidity index are negative. The studies of the natural porosity ratio, natural density, natural water content and liquidity index in loess of different collapsibility strength show that the natural porosity ratio of collapsible loess is more than 0. 6 , natural density is less than 1. 9 g/cm3 , natural water content is less than 22%, and its liquidity index is less than 0.25.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2016(060)010【总页数】5页(P36-39,40)【关键词】黄土;湿陷性;孔隙比;密度;含水量【作者】张光明【作者单位】铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142【正文语种】中文【中图分类】TU444黄土作为一种特殊土，具有直立性、大孔隙、湿陷性等特点，其湿陷性对铁路工程的危害性巨大，严重威胁铁路的运营安全。
论我国路基填筑常遇湿陷性黄土物理力学性质
论我国路基填筑常遇湿陷性黄土的物理力学性质摘要：我省地处黄土高原，经常在公路建设中遇到湿陷性黄土，必须进行特殊处理，本文结合工程实践，并参考了有关资料，对湿陷性黄土的物理力学性质进行了分析和论述。
主题词：湿陷性黄土路基填筑物理性质力学性质一．颗粒组成：颗粒是指那些岩石、矿物和非晶体化合物的零散碎片或碎屑。
颗粒本身既可以是矿物质的结晶构造，也可以是非结晶构造，如二氧化硅和氢氧化铁。
颗粒组成系指不同粒径的含量百分数。
我国一些主要它地区黄土的颗粒组成见表1-2由上表可见，我国它的颗粒主要为粉土颗粒，其含量占总量50%以上表中未将粗粉粒（0.01～0.05）和细粉粒（0.01～0.05）分别统计。
从有关资料看，细粉粒只占7%～9%,绝大部分是粗粉粒，其含量约为45%～65%。
不同地质时代的黄土，其颗粒组成也不同，第四世纪早期的黄土比晚期黄土的粘粒含量要高，而细砂（0.25～0.05）含量则较低。
一般认为：粒径＞0.02mm的颗粒完全没有胶结能力，0.005～0.02mm的颗粒基本没有胶结能力，0.002～0.005mm的颗粒为半胶结材料，＜0.002的胶粒、铁铝胶体、无定形硅酸盐和有机物遇水都是可塑性胶结材料。
中溶的硫酸钙和难溶的碳酸钙呈不连续的薄膜状结晶分布时，有细粒氧化钙、氧化镁都为半骨架半胶结材料。
易溶盐在通常含水状态下，大部分溶于水中，不起胶结作用，但对胶结物的老化有一定影响。
当含水量减少，一部分易溶盐从水中析出成为晶体，也能起一定的胶结作用。
二．土粒比重、天然容重土粒比重一般为2.51～2.84，平原地区的黄土大多数在2.62～2.76范围内。
比重的大小与土的颗粒组成有关，当粗粉粒和沙粒含量较多时，比重常在2.69以下；如粘粒含量多，则比重多在2.72以上。
它比重g与塑性指数ip统计关系表1-3ip g ip g17 2.722.73～2.74它天然容重的变化范围较大，一般为13.3～18.1 kn/m3,它不仅取决于克里的大小和含量的多少，海域土的含水量有关。
黄土工程地质所有内容
黄土是地球上分布十分广泛且性质十分特殊的一种沉积物。
•《禹贡》（3000年前）有黄壤记载•莱伊尔1834年提出loess一词•奥布鲁切夫把风尘直接堆积起来的叫黄土或原生黄土、真正的黄土或纯粹的黄土，把风尘经流水再搬运而新沉积的叫次生黄土、再积黄土、黄土状土或黄土状岩石•刘东生：以风力搬运堆积未经过次生扰动的、无层理的、黄色粉质、高含碳酸盐并具有大孔隙的土状沉积物（以山西、陕西、甘肃等地黄土为代表）➢张宗祜：1、黄色为主；2、结构疏松，孔隙率高（>45%)；3、以粉土颗粒为主，且常以粗粉砂颗粒为主；4、富含碳酸盐；5、具有湿陷性；6、容重较小，一般在1.5-1.6左右；7、成因可能为风成、洪积、坡积—洪积或坡积。
•可见，关于黄土的定义，可以说是中说纷纭，莫衷一是，仁者见仁，智者见智。
•我们将黄土分为两类，一类是狭义的黄土，即原生黄土，另一类是黄土状土•典型黄土是在干旱、半干旱气候条件下，形成于晚更新是和全新世的风尘堆积•典型黄土主要在末次冰期形成的，由于气候干旱寒冷，马兰黄土得以保存其典型特征。
全新世中期，由于气候比较暖湿，形成了黄土高原的黑垆土层（S0），他的性质比马兰黄土退化了很多，在黑垆土之上晚全新世的黄土，在工程上叫新近堆积黄土，具有特别强的湿陷性，保存了最多的风尘堆积特征•中更新世的黄土，上覆压力较大，气候比较湿润，成壤作用较强，架空孔隙多被破坏湿陷性很小或没有。
早更新世和新近纪的黄土已有相当成岩程度，也都是一般黄土，但这些一般黄土没有层理，不含杂质，所以他们不是黄土状土。
➢典型黄土特征•1、色淡灰黄；•2、以粉粒为主；•3、无层理；•4、性疏松、多大孔；•5、垂直节理发育，常形成垂直陡崖；•6、富含碳酸盐；•7、有湿陷性。
➢黄土状土•与黄土相似，但具有两个重要特征与黄土相区别•1、层理明显；•2、成分较杂，常夹有粘土、砂层和砾石层等；•这两个特征都是流水作业或静水条件下沉积的特征，所以黄土状土就和次生黄土或再生黄土成为同意语•我国地质学发展史分为两大阶段：古代阶段；现代阶段，后者可分为：•1、萌芽期（1840-1910年）指鸦片战争到辛亥革命这一时期•（莱伊尔、李希霍芬、奥布鲁切夫、维里士等）•2、草创时期（1911-1921年）；从辛亥革命到中国地质学会成立•邝荣光的三张地图首次把黄土作为一个地层单元•3、成长时期（1922-1936年）从辛亥革命成立到抗日战争爆发•我国学者开始注意黄土的研究，如李学清等•4、动荡时期（1937-1949年）从抗日战争爆发到新中国成立•少数日本人进行研究•5、发展时期（1949年至今）目前，黄土工程地质已发展到一定程度，有众多通论及专论进行专门研究：•黄土地貌•黄土地层•黄土的物质成分•黄土的结构构造•黄土的物理性质•黄土的力学性质•黄土的湿陷性与震陷性•黄土力学•黄土边坡•黄土硐室•黄土地质环境等世界上的黄土主要分布在北半球的中纬度干旱及半干旱地带，南半球除南美洲一些国家和新西兰等外，其它地带很少有黄土分布➢我国是世界上黄土分布最广，地层最全，厚度最大的国家➢主要分布在北纬34°～41°、东经103°～114°的范围➢分布在秦岭、祁连山、昆仑山以北由新疆经甘肃、陕西、山西、河南西部、辽宁西部以致松辽平原，呈向南突出的弧形，包围在辽西、内蒙和甘肃的沙漠和内蒙的戈壁外围。
黄土特性
黄土特性黄土或黄土状土是一种多孔隙、弱胶结的第四纪沉积物。
我国黄土分布广范,6.6%的国土面积被黄土覆盖,黄土主要分布在我国中西部地区,其中以西北地区的黄土地层最厚,最完整。
黄土具有颜色淡黄至褐黄、大孔隙、结构疏松、具直立节理(破坏时能保持直壁)、常含有盐类(主要为碳酸盐与硫酸盐)、成分均匀无层理和遇水具有湿陷性等显著特点。
3.1.1典型物理化学性质黄土的颗粒粒径大部分为0.25~以下,主要以粉粒(0.05~0.005~)为主,含量多大于50%,一般土颗粒粒径大小在0.002一200~之间。
黄土的粘粒部分(<0.005~)基本上由粘土矿物组成,如蒙脱石、高岭石、绿高岭石和水云母。
根据粘土矿物的含量百分比,可将黄土分为蒙脱石黄土、蒙脱石一高岭石黄土和蒙脱石一水云母黄土。
粘土矿物成分和比例在某种程度上体现着黄土的湿陷性,因为各种粘土矿物的亲水性不同。
如高岭石和水云母等能促使黄土湿陷的发生与发展,而蒙脱石、绿高岭石和水云母等具有特殊的膨胀性,可以阻止湿陷过程的发展。
黄土粉细砂粒部分(0.1一0.05~),其矿物同水不起作用,不影响湿陷过程。
在粗粒造岩矿物中,石英、长石和碳酸盐含量较大,对湿陷性无重大影响,而细散粘粒对湿陷过程起重大积极作用,因其具有大的比表面积,会使黄土膨胀、收缩或湿陷,具有不同的力学性质,如压缩、强度等。
粉粒在黄土颗粒组成中占绝对优势,而粒径为0.05~0.01~粗粉粒含量最大,一般在50%~60%范围,其浸水活动性也最强。
因此有人认为粉粒含量>70%者为重粉质黄土,50%一70%者为中粉质黄土,<50%者为轻粉质黄土。
随着浸水,其团粒破坏特征亦不同,所表现的湿陷性亦不同。
主要成分:黄土中轻矿物含量占矿物总含量的90%一%%,主要由石英、长石和云母等组成;黄土中的重矿物含量较少,含量在4%~10%之间;黄土的物理力学性质主要由粘土矿物(伊犁石)的多少来决定。
而一般土中的粘土与粗矿物成分所占的比例并无规律,或大或小。
黄土的湿陷性
黄土的湿陷性黄土是中国古老的土壤形态，也是一种质量较高的土质。
它具有良好的工程性能和物理力学性质，并具有良好的湿陷性和胶结强度。
黄土的湿陷性是指它对水的吸收量、饱和度和水的渗透率。
从理论上讲，它的湿陷性取决于其粒度、纹理、可塑性和含水率的不同，这些性质都是由它的组成物质决定的。
黄土具有良好的湿陷性，主要取决于它的碎石含量。
较小的碎石能减少其含水量，使它更容易湿陷；而较大的碎石则能提高其含水量，减少它的湿陷性。
此外，纹理也会影响黄土的湿陷性，例如晶粒细小的土壤具有较高的湿陷性，而粗粒细小的土壤则具有较低的湿陷性。
另外，黄土的可塑性也会影响湿陷性。
可塑性较低的土壤结构更完整，湿陷性较强；可塑性较高的土壤具有较差的结构，湿陷性较低。
此外，含水率也是影响黄土的湿陷性的参数，黄土的含水率越高，它的湿陷性就越强；黄土的含水率越低，它的湿陷性就越弱。
由于黄土的湿陷性的复杂性，需要通过实验和统计学推断，以确定其不同组成物质和不同粒级结构对湿陷特性的影响。
然而，这些实验需要涉及较大的研究领域，且结果可能存在偏差，因此在进行实验之前，必须了解土壤结构和参数。
通过理解黄土的湿陷性，可以用来设计和优化基础和地基的结构，以最大限度地提高其稳定性，特别是在黄土地区常见的湿润环境中。
黄土的湿陷性对于许多领域都有重要的实际意义，它不仅可以用于基础和地基的设计，还可以应用于农业、水利和污水处理等领域。
深入研究其影响因子，研究它们对黄土湿陷性的影响，可以有效地提高土壤的湿陷性，提供良好的工程性能。
《黄土的湿陷性》是一个广泛存在的问题，考虑到其复杂的结构和性能，必须通过实验和统计学推断来研究这一问题。
为了最大限度地提高湿土的稳定性，必须全面了解黄土的湿陷性，研究其影响参数和结构，以有效地改善黄土的性能。
岩石物理力学性质一览表
15~30
10~50
45~60
安山岩
2.3~2.7
1.1~4.5
0.3~4.5
0.81~0.91
8.3~12.0（具裂隙岩体）
100~250
10~20
10~40
45~50
玄武岩
2.5~3.1
0.5~7.2
0.3~2.8
0.3~0.95
83
180~300
15~36
10~50
50~55
注：未注明为岩体的数据，均为岩石试验数据。
0.1~0.2
0.53~0.69（绿泥石片岩）
44~72
10~100
1~10
1~20
26~65
千枚岩
0.4~3.6
0.5~1.8
0.67~0.96
10（石英千枚岩）
10~100
1~10
1~20
26~65
板岩
2.3~2.75
0.45左右
0.1~0.3
5.0（新鲜岩体）
60~200
7~15
2~20
45~60
岩土物理力学性质各项指标土类土类岩石密度gcm326527土粒密度液限塑限塑性指数变形模量mpa2040孔隙比抗拉强度内聚力c摩擦角备注碎石堆积类土0406一般假定0一般假定03642黄土类土干131523331520813新黄土具有湿陷性0811003006老0010033新1525老178284新含水率1025粘性土1820523551630725412压缩模量07100005006826含水率2040岩类岩类岩石密度gcm3孔隙率吸水率软化系数变形模量103mpa抗压强度抗拉强度内聚力c摩擦角泥岩003037粘土岩20759干粘土岩001004009粘土岩320231530粘土岩1530页岩23262041000532024074162010100123199干板岩210泥板岩232801050103039052粉砂岩10320071713寒武54震旦8402959石英砂岩262715458681025193075825似内摩擦角摩擦系数054寒武049震旦3550砂岩22271162800290065097174120200425砾岩24026608100032405009667162新鲜岩体1326新鲜岩体101502158503550泥灰岩2327101000530044054352040605020003142842520032新鲜岩体37新鲜岩体灰岩23277160520144507094353910503550白云岩2127032500130053069绿泥石片岩673280250152520503550片岩26929200218501024472101001101202665千枚岩0436051806709610石英千枚岩50新鲜岩体101001101202665板岩23275045左右0103602007152204560大理岩262701600110496770140204049裂隙较发育岩体1050145052裂隙较发育岩体50604560石英岩花岗岩242823280187054001150140094096072097657030371585具裂隙岩体83120具裂隙岩体1503501002501530725闪长岩252296025003500608100250102510505355辉长岩流纹岩25529825330340054018030018030015361530105010
11-4.3-2 黄土的工程性质
3.3.1 黄土
（7）黄土的湿陷性 天然黄土在一定压力的作用下，受水 浸湿后土结构受到破坏而发生的下沉现象， 称为黄土湿陷。湿陷性是黄土独有）黄土的含水量
黄土的天然含水量一般为1~38.6%，有的干燥地区则 为1~12%，天然含水量低的黄土常为湿陷性较强的黄土。 一般认为，含水量超过25%时就不再具有湿陷性了。
3.3.1 黄土 （4）黄土的透水性
黄土的透水性比一般粘性土大，这是因为其垂直节 理及大孔隙较为发育，其垂直方向的透水性大于水平方 向，有时可达十余倍。根据野外注水试验，黄土的渗透 系数一般为0.8～1.0m/昼夜，有时更大。
3.3.1 黄土
3．黄土的工程性质
由于黄土在成因、结构、构造、粒度成分 和矿物成分上的特殊性，因此其物理性质、水 理性质、力学性质等也有相应的特殊性。
3.3.1 黄土 （1）黄土的粒度成分：
前 面 提 到 黄 土 的 粒 度 成 分 以 粉 粒 为 主 ， 约 占 60%~70%，其次是砂粒和粘粒，各占1%~29%和8%~26%。 在黄土分布地区，由西北向东南，砂粒减少，粘粒增多。
（5）黄土的压缩性
黄 土 的 压 缩 性 中 等 ， 压 缩 系 数 一 般 变 化 于 0 . 1 ～ 0.4MPa-1之间。年代越老黄土的压缩性越小，只有新近堆 积的黄土是高压缩性的。
（6）黄土的抗剪强度
一般黄土的内摩擦角j =15°～25°，粘聚力c=30～ 40kPa，我国北部地区黄土的内摩擦角j =27°～28°。
3.3.1 黄土
（2）黄土的比重和密度
黄土的比重一般在2.54～2.84之间，与黄土的矿物成 分的含量有关系，砂粒含量高的比重一般小于2.69，粘 粒含量高的一般比重大于2.72。
黄土的工程特性
黄土的酸碱特征
• 黄土的酸碱特征以水土比为1:5的悬液PH值表示， PH值取决于粘粒所吸附的离子类型和黄土所含的 可溶盐成分。黄土的PH值在6.0-9.2之间，平均7.8， 大多数在7.5以下，一般干旱地区PH值大，湿润地 区PH值小。 PH值高的湿陷性强。
离子交换
黏土矿物和有机质是黄土中胶体颗粒的组成部分， 胶体物质都有离子交换的特征，胶体表面吸附着一 定量的阳离子，由于胶粒表面电荷不平衡便引起交 换现象。 黄土中的阳离子交换量随矿物类型、含量和有机 物含量不同而不同，交换量定义为介质PH值等于7 时，每100g土样中所吸附阳离子的当量数。黄土的 阳离子交换量为8.1-27.61毫克当量每100g土，主要 矿物为伊利石。
有机质
黄土中有机质含量在0.02-2%之间，平均0.64%， 在各级粒组中的含量随粒径减小而增多。有机物持 水性强，表面能大，常能于二价钙离子结合而产生 凝聚现象，多凝聚在大孔壁上，也有分散于粘粒中， 当呈分散分布时，则成为土中的胶结成分，受水浸 湿时会吸收大量水分而崩解。
黄土的力学性质
• 湿陷性黄土的力学性质包括： 压缩性 湿陷性 抗剪强度 透水性
s
非湿陷性黄土
轻微湿陷性黄土 中等湿陷性黄土
强湿陷性黄土
• 黄土的性质 物理性质
化学性质
力学性质
黄土由固、液、气三相组成，由以下指表示黄土的物理性质： 颗粒组成，土粒比重，含水量，重度，孔隙比，饱和度，液限， 塑性指数 1、颗粒组成：以粉粒为主，细粉粒（0.005~0.01mm）占7~9%， 粗粉粒（0.01~0.05mm）占45~65%。 2、土的比重和天然重度
黄土 的工程特性
（特殊性土的工程地质特征） 基础工程
摘要
• • • • • 一、黄土的概念 二、黄土的特性 三、黄土的成因及分类 四、黄土的湿陷性判别 五、湿陷性黄土的性质 物理性质 化学性质 力学性质
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(一)Q3均质浅黄色湿陷性黄土与Q2红橙色无湿陷性老黄土基本物理力学性质
Q3均质浅黄色湿陷性黄土(即马兰黄土)与Q2红橙色无湿陷性老黄土(即离石黄土上部)的基本物理力学性质
两类黄土间在物理力学性质上的差别，以及在水平方向的变化规律：
(1)Q2红橙色无湿陷性老黄土的强度和干容重较Q3均质浅黄色湿陷性新黄土大；而孔隙度则较小。
(2)Q2红橙色无湿陷性老黄土的粘土颗粒含量较Q3均质浅黄色湿陷性新黄土多，而砂粒的含量则较少。
(3)Q2红橙色无湿陷性老黄土液限和塑性指数一般较Q3均质浅黄色湿陷性黄土大。
(4)由北向南，两类黄土的砂粒含量逐渐减少；粉粒和粘粒含量增加。
(5)由北向南，两类黄土的液限和塑性指数逐渐增加。
(6)由北向南，Q3均质浅黄色湿陷性新黄土的强度有所增加；Q2红橙色无湿陷性老黄土的强度变化不大。
可以根据干容重、孔隙度、无侧阻抗压强度，粘粒和砂粒的含量等方面的差别，用来鉴别两类黄土。
通常，
(1)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土的干容重小于1.4g/cm3，多在1.3g/cm3左右，Q2红橙色无湿陷性老黄土的干容重大于1.4g/cm3，甚至可达到1.6g/cm3。
(2)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土层孔隙度一般大于50％，甚至可达到65％；Q2红橙色无湿陷性老黄土层一般小于50％，多在45％左右。
(3)Q3均质浅黄色湿陷性新黄上层无侧限强度小于1公斤／厘米2，多在0.6公斤／厘米2左右，Q2红橙色无湿陷性老黄土层大于1公斤／厘米2，甚至可达2．5公斤／厘米2。
（注：1公斤／厘米2=98Kpa）
(4)Q3均质浅黄色湿陷性新黄土层粘粒(＜0.005毫米)含量一般小于20％；Q2红橙色无湿陷性老黄土层粘粒含量一般大于20％。
(而砂粒含量有时见反常现象，故不可作为鉴别两类黄土的依据)。
（二）新近堆积黄土物理力学性质的特点
(1)从全国湿陷性黄土地区的平均统计数值上看，新近堆积黄土和其他类型湿陷性黄土的各项物理力学性质指标基本上相差不太大。
(2)小范围的地区或场地上新近堆积黄土的物理力学性质与其相邻近的其他类型湿陷性黄土的物理力学性质可能有差异性，有时两者相差较大。
(3)新近堆积黄土的物理力学性质比较复杂，变化较大。
它的某些指标表现为极不均匀、稳定性差。
(三)新近堆积黄土各项物理力学性质的特征
1．比重：新近堆积黄土的比重和其他类型湿陷性黄土一样，变化不大，一般在2.68~2.74之间。
2．容重：新近堆积黄土的容重变化较大，青海多巴场地为1.39~1.48g／cm3，陕西宝鸡为1.81g／cm3。
一个探井里变化也比较大。
干容重亦然，全国范围内变化幅度为 1.67~1.12g／cm3，差值为0.55g／cm3。
有的场地新近堆积黄土的容重、干容重大于其他类型湿陷性黄土，有的场地则相反。
3．天然含水量：新近堆积黄土的天然含水量和其他松散岩土一样，除受自己的内部组织结构等决定的含水能力影响外，还受存在环境及自然条件的影响。
因此．各地新近堆积黄土的含水程度不同。
我国新近堆积黄土的含水量通常在14~24％之间。
最小6％，最大可达30％以上。