兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究
黄土的物理力学性质
黄土的物理力学性质§2-1 黄土的物理性质试验用黄土采用甘肃兰（州）海（石湾）高速公路工程现场扰动土，其物理性质主要由它的物理性质指标来体现，其物理性质指标主要有：孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。
由于黄土的生成与存在条件比较特殊，它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。
一般黄土中存在肉眼易见的孔隙，这些孔隙多为铅直圆孔，这类孔隙通称为大孔隙。
大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小，大孔隙多的黄土湿陷程度大；反之则小。
试验所用黄土的天然含水量很低，一般在10％以下。
含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。
黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量，而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。
黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。
为了得到该黄土的物理性质，我们根据《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）的要求，分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定，测定结果如表2-1所示。
一．主要成分分析组成黄土的矿物约有60种，其中轻矿物（d﹤0.005mm）含量占粗矿物（d ﹥0.005mm）总量的90%以上。
黄土中粘土矿物（d﹤0.005mm）以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用，显示出不同的亲水性，故粘土矿物的成分和比例，在某种程度上体现了黄土的湿陷性。
水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切，直接影响着黄土的工程性质。
水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。
易溶盐（氧化物，硫酸镁和碳酸钠）极易溶于水或与水发生作用。
它的含量直接影响到黄土的湿陷性。
中溶盐（石膏为主）的存在状态决定其与水的作用情况。
以固体结晶形态存在时，溶解性小，但当以次生结晶细粒分布于孔隙中时，易溶解，在这种情况下，会对黄土的湿陷性有一定的影响。
难溶盐（碳酸钙为主）在黄土中既起骨架作用，又起胶结作用，这取决于其赋存的状态。
黄土状水泥土抗剪强度特性研究
量， 确定 黄土 状水 泥土 的制 样含 水量 为 ２ ％ 、 ８ 、 ０ ２％ ３ ％ 、５ 四个 含 水量 ， ６ ４％ 即定义 为黄 土状 水泥 土初 始 含水 量 ．对应 的每 个初 始含 水量 下 水泥 土 的水泥 掺
入比分别为 ５ ８ １ ％、４ ％、％、１ １％四种掺入比 ． 根据原状黄土的的初始干密度 ，制样时控制水 地 应用 到黄 土地 基处理 中 】 由于 黄土 与一般 软 ．但 泥 土 的制 样 干密度 为 １２ ／ ｍ ， ． １ｇ ｃ 由试 验方 案 ， 不 按 黏土有着不同的结构和力学特性 …， 决定了黄土状 不 称取相 应 的土样 、 水 水 泥 土 与 一 般 软 黏 土 拌 和 的 水 泥 土 有 着 一 定 的 同的水 泥掺 入 比 、 同含水 量 ， 水 拌和顺序为土样先与所称 的水泥粉充分搅拌 差 别 ．目前 ， 】 对水泥土的研究主要集 中在软黏土 泥 、 ； 再把水缓慢地加入到已拌和好的水泥土中， 然 上【 ． ６ 为了探索水泥土加固技术对黄土地区的适 均匀 ， 宜性及可靠性 ． 本文进行黄土状水泥土 的室 内试 后充分搅拌均匀；然后及时把搅拌均匀的水泥土混 放入饱湿器进行养护 ， 验 ， 究 黄土状 水泥 土 的力学 特性 ， 研 旨在能 够使 黄土 合料制成标准直接剪切试样 ， 以便 试验 时使 用 ． 状水泥土安全 、 可靠 、 合理地应用到工程实际中去 ． １ ２ 试 验 方法 ． １ 试验制备 和方法 根据正交试验设计 （ ２ ， 表 ） 试验时分别对初始 不 同含水 量 、不 同掺入 比的黄土 状 水泥 土进 行 ７ｄ 、 制备黄土状水泥土的土样取 自新疆伊犁河南岸 １ 、 ８ｄ三 种龄期 抗剪 强度 的正交试 验 ； 验仪 器 ４ｄ ２ 试 干渠 三标 段工 地 （ １ ， 用 水泥 为 Ｐ ０ ３． ． 表 ）所 ． ２５ 用 应变控 制式 直 接剪切 仪 ， 采用 快剪 试验 方法 ． １ １ 试样 制 备 ．
原状黄土的结构强度变形特性分析
特性相关 。 关键词 ： 原状黄土 ； 结构性 ； 强度 ； 三轴剪切试 验 中图分类号 ： ２３ Ｕ １ 文献标识码 ： Ａ
Hale Waihona Puke Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌＳ ｒ ｎ ｔ ｎ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ａ ｔＬｏ ｓ ａ ｙ ｉ ｆ Ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ｔ ｅ ｇ ｈ ａ ｄ Ｄｅ ｏ ｍ ｔ ｏ ｅ ｔｅ ｆ Ｉ ｔ ｃ ｅ ｓ ｏ
浅析甘肃陇东地区马兰黄土工程地质特性
《河南水利与南水北调》2023年第9期勘测设计浅析甘肃陇东地区马兰黄土工程地质特性朱金龙（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃兰州730000）摘要：甘肃陇东地区的马兰黄土，分布于塬、梁、峁顶部及河(沟)谷斜坡及河道的阶地上。
在该区进行工程建设，当建筑物基础置于马兰黄土中，易发生地基土体湿陷沉降变形而导致建筑物破坏。
因此，必须分析研究陇东地区马兰黄土工程特性。
经对陇东各县区取代表性Ⅰ级原状土样的大量室内试验，采用数据统计和地质分析等方法，浅析了陇东各县区内不同地貌单元区、不同状态下马兰黄土的湿陷性、渗透性、压缩性、抗剪性、击实性等物理力学性质和工程地质特性。
关键词：甘肃陇东地区；马兰黄土；湿陷性；渗透性；压缩性；抗剪性；击实性中图分类号：TV223.2文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）09-0102-021研究区马兰黄土特征1.1粒度成分陇东马兰黄土从北部环县至南部灵台县，从北向南粉粒含量逐渐减小，黏粒含量逐渐增大，塬面及塬边斜坡砂粒含量变化不大。
马兰黄土砂粒含量（平均值）在0.62%～7.14%之间，粉粒在83.25%～61.15%之间，黏粒在16.04%～32.38%之间。
1.2化学成分陇东马兰黄土化学成分有SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3、CaO 、MgO 、K 2O 、Na 2O 、FeO 、MnO 、TiO 2，其中SiO 2、Al 2O 3、CaO 含量占60%～70%。
自北向南SiO 2和MgO 有减少趋势，而Al 2O 3、Fe 2O 3和FeO 的含量有增加的趋势，CaO 、Na 2O 和K 2O 含量无明显变化规律。
2马兰黄土物理力学性质2.1物理性质根据陇东地区351组马兰黄土原状样试验结果，陇东马兰黄土在天然条件下，土体中含水量随深度增大而增加，干密度亦随深度增大而增大，孔隙比随深度增大而减小。
土体在天然条件下含水量较少，土体处于坚硬~硬塑状态，孔隙较大，弱~微透水，垂直向渗透性略大于水平向。
兰州市地质生态环境的改善研究
兰州市地质生态环境的改善研究发布时间：2022-01-10T01:38:10.020Z 来源：《科学与技术》2021年28期作者：铁夏琼[导读] 兰州地处我国西北地区腹部，铁夏琼甘肃建筑职业技术学院甘肃省兰州市 730050摘要：兰州地处我国西北地区腹部，位于黄土高原之黄河谷地内，与青藏高原相邻近，由于受地质构造的控制，黄河在兰州形成三个串珠状多阶型的河谷盆地。
除西部及南部植被较好外，大部分为荒山，植被较差，沟谷切割密度较高，且坡陡谷深，严重的水土流失使泥石流的形成发育有普遍性。
从黄河柴家峡水电站引水的充分性考虑，从桃花溪水利枢纽出发，构建兰州市的都江堰工程，积极改善兰州市地质生态环境。
关键词：地质灾害泥石流兰州市柴家峡引言兰州市辖三县五区，面积13558平方公里，大部分地区被黄土所覆盖，是陇西黄土高原的西北部，海拔1500-2000m，黄土梁、峁和沟谷等地形广泛分布，可分为山地、半山地、河川地三种类型，山地面积占全市面积的65%，以黄河为界，分为南北两山，南山区突起于黄土高原之上，北山区山峦重叠、地势陡峻；半山地多属山间盆地；河谷川地地势平坦，水源充足。
本市除西部及南部植被较好外，大部分为荒山，植被较差，沟谷切割密度较高，且坡陡谷深，严重的水土流失使泥石流的形成发育有普遍性。
一、兰州地形地貌一般概况兰州地处我国西北地区腹部，位于黄土高原之黄河谷地内，与青藏高原相邻近，由于受地质构造的控制，黄河在兰州形成三个串珠状多阶型的河谷盆地。
自西而东有：八盘峡至柴家峡之间的新城——河口盆地，柴家峡至金城关峡之间的西固——七里河盆地，金城关峡至桑园峡之间的城关——雁滩盆地。
三个相联的河谷盆地，东西长达50公里，最宽处达7.5公里，最窄处不足1公里。
黄河在三个盆地内均发育有多级阶地，其中，西固——七里河盆地和雁滩——城关盆地河漫滩和一、二级阶地较发育，新城——河口盆地规模较小，河漫滩和一级阶地不发育。
由于南北两山之限和黄河纵贯盆地之中，致使兰州市发展成为一个东西长、南北窄、沿河两岸分布的带状城市。
三轴剪切条件下黄土结构特征变化细观试验
第２ ６卷
第 １期
西
安 科
技
大
学 学 报
Ｖｏ＿ ６ Ｎｏ １ ｌ２ ．
Ｍ ａ ．２ ０ ｒ ０６
２ Ｏ 年 ＸＩ ＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ ＣＩ Ｉ ＯＦ Ｓ ＥＮＣ ＡＮＤＴＥ Ｅ ＣＨＮＯＬ Ｘ￣ （ Ｙ
Ｍ ｉｒ ｓ ｏ ｃｅ ｐ ｒｍ ｅ ｎｄ ｒ ｔ ｉｘ ａ ｅ ｔｃ ｎｄ ｔｏ ｓ ｃ ｏ ｃ ｐｉ ｘ ｅ ｉ ｎｔｕ ｅ ｒａ ｉ ｌｔｓ ｏ ｉｉ ｎ
ｏ ｅ ｓｓｒ ｃ ｕ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｆｌ ｓ ｔ ｕ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｏ
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ａ ｄｏ ｉｈ ｏ ｓ ｎ ｅ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｓａｅ ｒ ｂａｎ ｄ． Ｐ ｒ ｈ ｇ ｓａ ｄ ｄ ｍａ ｅｐ ｏ ａ ａｉｎ ｎ ａ Ｌ ｓ ｉｌｅ ｓｕ ｄ ｒｔ ｅ ｄｆ ｒｎ ｔｔｓｗｅｅ ｏ ｔｉｅ ｆ ｏ ｅ ｃ ａ ｅ ｎ ａ ｇ ｒｐ ｇ ｔ ｎ ｏ ｌ ｆｌ ｓ ｒ ｉｅ ａ ｏ ｓｗｅ ｅｇｖ ｎ． ｗｓ ｅ ｏ
土结构破坏全过程的细观损 伤扩展 规律 的 实时 Ｃ Ｔ检 测试 验。通过试验 ， 到 了在 荷载作 用 下 得
兰黄 土、 离石黄土土体 中孔 隙被 压 密各个 阶段 清晰 的 Ｃ Ｔ照 片及 土样 剪切 过程 中各 阶段 的 口 、 数
据。并且对试验得到的 Ｃ Ｔ数 ， Ｔ图像 等试验 结果进行 了分析 ， 到 了原状黄 土土体孔 隙变化特性及 Ｃ 得 原状黄 土的土体损伤扩展 的初 步规律 。 关键词 ： 土； Ｔ； 伤 ； 黄 Ｃ 损 细观结构 中图分类号 ： Ｕ ４ １ ３ Ｔ １ ． 文献标识码 ： Ａ
兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究
与含水量的关 系表达式．
关键 词 ： 黄土 ；含水量 ；剪切 强度 ；剪切 方位
中图分 类号 ： ４ １ ７ ＴＵ １． 文献标识码 ： Ａ
兰州Q_4黄土力学性质的各向异性初探
表 明其 强度 的相 对 大 小关 系 为垂 直 ＞ 水 平 向＞ ４ 。 ５
角方 向ｒ ． 内 目前 针 对 黄土 力 学性 质各 项 异性 方 国 ｓ ］ 面 的研 究 尚不多 见 ， 实 际上 黄 土 结构 性 的一种 表 而 现方式 之 一就是其 颗粒微 观 排列 和定 向联 接 强度上 的各 向异性 ． 本文 在 固结 试验 和直剪 试验 的基础 上 ， 研 究 了兰州 Ｑ４ 土不 同方 向上的力 学性 质。 黄
数 的 比较 研 究 ． 以期 说 明取 样 的 方 向性 对 黄 土 力 学性 质 的 影 响 ． 究 结 果 表 明 ： 州 Ｑ 黄 土 力 学 性 质 呈 现 较 为 显 研 兰
著 的 各 向 异 性 ， 法 向 应 力较 假 时 ， 得 尤为 明 显 ， 法 向 应 力增 高 ， 异 性 相 对 减 小． 承 受 垂 直 向 荷 载 的 地 基 基 在 显 随 差 对 础等 工 程 类 型 而 言 用垂 直 向 试 ｛ 所 获 得 的 试验 值是 合 理 且 偏 于安 全 的 ． 对 于 边 坡 和 隧 道 与 地 下 结 构 等 工 程 ， ｙ － 但 则 应 考 虑 黄 王强 扎数 和 变 形 苍 数 的各 向异 性 ．
黄褐 色 ， 土层 较均 匀 ， 部含少 量粉 细砂 及卵石 薄 局
层， 无光 泽反应 ． 别 按 垂直 和水 平 向取 样 ， 土 深 分 取 度 大约 为 ６Ｉ． Ｉ Ｔ
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文章编号:167325196(2006)0420109203兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究米海珍,李如梦,牛军贤(兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州 730050)摘要:对兰州原状黄土不同剪切方位、不同含水量试样进行了一系列常规三轴不固结不排水剪切试验研究.根据三轴剪切试验结果,分析了含水量和剪切方位对兰州黄土剪切强度参数的影响,得出原状黄土的粘聚力和内摩擦角并不是一个常数,而是随着含水量和剪切方位的变化而变化的结论,解释了其影响原因,提出了粘聚力、内摩擦角与含水量的关系表达式.关键词:黄土;含水量;剪切强度;剪切方位中图分类号:TU411.7 文献标识码:AExperimental investigation of shear strength characteristicsof intact loess in LanzhouM I Hai2zhen,L I Ru2meng,N IU J un2xian(College of Civil Engineering,Lanzhou Univ.of Tech.,Lanzhou 730050,China)Abstract:The shear st rengt h characteristics of Lanzhou’s loess wit h different shearing inclinations and different water content s were investigated experimentally and in different manner.Based on t he t ri2axial test result s,t he influence of water content and shearing bearings on Lanzhou’s loess shear st rengt h param2 eters.The result s showed t hat t he cohesion and f riction angle of intact loess was not a constant but a varia2 ble wit h t he cohesion and friction angle,so t hat t he influence origin was interpreted.The dependence of cohesion and f riction angle on t he water content was presented,also.K ey w ords:loess;water content;shear st rengt h;shearing bearings 土的抗剪强度是其重要的力学性质指标,有关这方面的研究已取得了许多成果[1～4].工程地质勘察中的粘聚力、内摩擦角是有局限性的,一般情况下,粘聚力、内摩擦角不是一个定值,是受许多因素影响的,如土方的开挖、降水,土样的扰动等.以粘聚力和内摩擦角的最不利值进行工程设计能更好地保证工程的安全,因此研究土的抗剪强度指标与其影响因素的关系是有必要的.本文以黄土为例,从含水量和剪切方位(剪切方位以在常规三轴剪切试验中,试样圆柱体在原位时与水平面的夹角θ表示)两个方面研究黄土的剪切强度特性.1 试样制备及试验方法1.1 试样制备土样采自兰州市兰工坪某处,采样深度为3～6 收稿日期:2005205210 作者简介:米海珍(19562),男,甘肃庆阳人,博士,副教授.m.试样采用原状黄土,其基本物理力学性质见表1.试样直径为6.18cm,高度为12.5cm,制备成实测含水量分别为8.99%、11.75%、12.56%、17.25%,θ分别为0°、45°和90°共四组试样进行三轴试验.表1 试验黄土物理力学指标T ab.1 Physical and mechanical property indexes of loess 含水量w/%容重γ/(kN・m-3)孔隙比e比重G4.1515.220.78 2.69塑限w p/%液限w l/%压缩系数/MPa-1湿陷性19.126.30.250.041.2 试验条件试验仪器为常规三轴仪,采用不固结不排水剪切试验,等应变速率控制,轴向应变速率为0.3 mm/min.2 试验结果2.1 试验现象图1所示为含水量w为11.75%、剪切方位为第32卷第4期2006年8月兰 州 理 工 大 学 学 报Journal of Lanzhou University of TechnologyVol.32No.4Aug.2006图1 主应力差与轴向应变的关系(w =11.75%,θ=90°)Fig.1 Dependence of principal stress difference on axialstrain (w =11.75%,θ=90°)90°的兰州黄土常规三轴不固结不排水剪切试验中得到周围压力σ3分别为50、100、150、200kPa 的应力2应变关系.试验结果表明,同一剪切方位、同一含水量下的黄土试样在剪切过程中,主应力差(σ1-σ3)均随着σ3的增加而增加.应力应变曲线均呈加工硬化型,其硬化程度随着周围压力的增加而增加.所有试样剪切后都没有明显破裂面而仅为中部膨大,试样两端断面尺寸均没有明显变化.轴向应变到达25%时,试样没有出现明显的强度峰值,其他试样试验现象类似.根据B G/T 50123—1999土工试验方法标准规定,轴向应变为15%时为试样破坏.2.2 三轴剪切强度包线图2为含水量w 分别为8.99%、11.75%、12.56%、17.25%,剪切方位角度为45°时的原状黄土试样的三轴剪切强度包线.2.3 强度参数与剪切方位的关系经过试验数据的处理,计算出不同剪切方位、不同含水量时的抗剪强度参数指标,见表2.粘聚力、内摩擦角与剪切方位之间的变化关系见图3、4.图2 兰州黄土三轴剪切强度包线(θ=45°)Fig.2 I ntrinsic curve of tri 2axial shear strength of Lanzhou ’s loess (θ=45°)表2 三轴剪切试验结果T ab.2 R esults of tri 2axial test剪切方位/(°)含水量/%8.9911.7512.5617.25c /kPa φ/(°)c /kPa φ/(°)c /kPa φ/(°)c /kPa φ/(°)035.0428.5431.5927.4630.7527.3628.3226.704534.5629.5430.3828.5229.3028.3226.6327.509031.7730.2825.3829.3423.7429.2020.6128.763 试验结果分析图2为原状黄土在剪切方位为45°时,4种不同含水量的三轴试验强度包络线,0°和90°时粘聚力和粘聚力的变化规律相似.图3 粘聚力随含水量的变化Fig.3 R elationship of cohesion to w ater content图2、3表明,在剪切方位不变时,粘聚力随着含水量的增大而减小;在含水量不变时,粘聚力随着剪切方位角度的增大而减小.图2、4表明,在剪切方位・011・ 兰州理工大学学报 第32卷图4 内摩擦角随含水量的变化Fig.4 R elationship of friction to w ater content不变时,随着含水量的增大,内摩擦角均略有减小;在含水量不变的情况下,随着剪切方位角度的增大,摩擦角略有减小.由试验数据可见,含水量对粘聚力有很大的影响,是控制其抗剪强度的重要状态参数.其原因可以这样理解,兰州黄土是一种支架大空隙微结构土,其强度主要取决于颗粒胶结物质的成分和性质,原状胶结物质主要是粘土矿物和碳酸钙,其次是黄土中的水溶盐和腐植质等.随着含水量的增大,溶解在水中的碳酸钙将增加,其粘粒将会有不同强度的结构联系,从而使原状黄土的粘聚力逐渐降低,使黄土的性质逐渐向疏松的纯细沙土靠近.有试验说明含水量太高(w =30%)时原状黄土的粘聚力为0,其性质像松散的细沙[5].将表2中的数据点绘在(1/c ,1/w )坐标图上,发现这些点可以用一条直线拟合,这就是粘聚力与含水量的非线性关系,即c =w/(aw +b )(1)式中:c 为粘聚力;w 为含水量;a 、b 均为试验确定的系数.经拟合后得出剪切方位角度为0°时,a =0.0428,b =-0.1295;45°时,a =0.0469,b =-0.1623;90°时,a =0.0673,b =-0.3219,相关系数的绝对值均在0.99以上.粘聚力与含水量的拟合曲线见图5.图5 粘聚力与含水量的回归关系Fig.5 R elationship betw een predicted cohesion and w atercontent 将表2中的数据点绘在(1/φ,1/w )坐标图上,发现这些点也可以用一条直线拟合,这就是内摩擦角与含水量的非线性关系,可以用以下关系表达:φ=d exp (-w/e )+f (2)式中:φ为内摩擦角;w 为含水量;d 、e 、f 均为试验确定的系数.经拟合后得出取土角度为0°时,d =18.5,e =4.145,f =26.4;45°时,d =12.4,e =5.9,f =26.8;90°时,d =24.3,e =3.3,f =28.6.相关系数的绝对值均在0.98以上.内摩擦角与含水量的拟合曲线见图6.图6 内摩擦角与含水量的回归关系Fig.6 R elationship betw een predicted friction angle andw ater content5 结论1)兰州原状黄土没有明显强度峰值.2)含水量是黄土的抗剪强度指标的主要影响因素,其对粘聚力有很大的影响.含水量增加粘聚力有很明显的下降;含水量对内磨擦角有微小的影响,随着含水量的增加内摩擦角减小.3)粘聚力和含水量、内摩擦角与含水量之间分别存在非线性关系,粘聚力、内摩擦角均随着含水量的增加呈双曲线形式下降.这种非线性关系反映了黄土由于环境变化而表现为强度变化的特征.参考文献:[1] 袁聚云,杨熙章,赵锡宏,等.上海软土各向异性性状的试验研究[J ].大地观测与土工测试,1996,20(2):10214.[2] 赵红花,袁聚云,叶志成.上海褐黄色粉质粘土各向异性的试验研究[J ].勘察科学技术,2002(4):21224.[3] 缪林昌,仲晓晨,殷宗泽.膨胀土的强度与含水量的关系[J ].岩土力学,1996,20(2):71274.[4] 张宝森,张喜泉,张俊霞,等.土工合成材料工程特性试验研究[J ].甘肃工业大学学报,2002,28(2):1032107.[5] 吴炳琨.兰州黄土的变形性质与抗剪强度[C]//吴炳琨.吴炳琨土力学与基础工程论文选集.北京:中国铁道出版社,1998:29288.・111・第4期 米海珍等:兰州原状黄土剪切强度特性的试验研究 。