湿陷性黄土地基-课件

湿陷性黄土地基

湿陷性黄土地基

1课程特点：内容广、概念多、实践性强学习要求：学习黄土的基本知识掌握分析和运用黄土资料的方法

解决实际工程问题课程特点：内容广、概念多、实践性强2课程内容：黄土的成因、土层和分布黄土的基本性质黄土的湿陷性及其评价黄土的动力特征及黄土的震害湿陷性黄土地基及黄土工程

课程内容：3前言黄土黄土古称“黄壤”，本源于土地之色。黄土在世界范围内的分布面积大约有1300万km2，在我国也有63万余km2，其中原生黄土的分布面积约有38.1万km2，主要分布在我国的黄河流域。前言黄土4

湿陷性黄土在我国分布广泛，由于其在土力学和工程建设方面所表现出来的特殊性质，一直是岩土工程界研究的对象。西部大开发以来，在黄土地区进行了大规模的工程建设，极大地推动了黄土力学与工程的发展，取得了众多的成果。黄土高原湿陷性黄土在我国分布广泛，由于其在土力学和工程建设方面所表5湿陷性黄土地基是岩土工程的一分支，主要阐述这种特殊的区域性土在工程地质、土力学和工程性质等诸多方面的特点，解决黄土地区的各种实际工程问题为主要目的。黄土高原湿陷性黄土地基是岩土工程的一分支，主要阐述这黄土高原6

通过该课程的学习，具备一般工程地质与土力学知识的基础，了解湿陷性黄土产生的地质与环境原因，掌握湿陷性和其他特殊性的内在机理，以及黄土性质的土工测试方法，达到能解决实际工程问题等目的，具备在黄土地区从事岩土工程设计、勘察、施工和监理等方面的工作的技能。黄土高原通过该课程的学习，具备一般工程地质与土力学知识的7

黄土高原黄土高原8

黄土柱－黄土的垂直节理

黄土柱－黄土的垂直节理9

黄土高原黄土高原10

大型湿陷性黄土试验大型湿陷性黄土试验11

灰土垫层灰土垫层12

灰土垫层灰土垫层13

桩基础－静力压桩桩基础－静力压桩14湿陷性黄土地基-ppt课件15

桩基础－开挖现场桩基础－开挖现场16湿陷性黄土地基-ppt课件17湿陷性黄土地基-ppt课件18湿陷性黄土地基-ppt课件19湿陷性黄土地基-ppt课件20湿陷性黄土地基-ppt课件21湿陷性黄土地基-ppt课件22湿陷性黄土地基-ppt课件23第一章黄土的成因、土层和分布

1.1黄土及其成因

1.1.1黄土的含义黄土是一种第四纪地质历史时期干旱气候条件下的沉积物。黄土是一种特殊性土。以0.05~0.01mm的粒级含量（粉粒）为主，这是黄土有别于其它沉积物的一个重要特点，不同地区黄土的塑性指数Ip一般在8.37~12.29之间。从颗粒级配上看，黄土一般应属于粉土或粉质粘土。但从土的力学与工程性质上看，黄土又区别于一般的粉土和粉质粘土。

第一章黄土的成因、土层和分布

1.1黄土及其成因

1.124这些特性决定了黄土的土力学及工程意义和地位，对黄土地区工程建设具有重要影响。刘东生等在1965年指出：以风力搬运堆积未经次生扰动的、无层理的、黄色粉质富含碳酸盐并具有大孔隙的土状沉积物称之为黄土。即以分布在山西、陕西和甘肃等地构成黄土高原的黄土作为代表。风力搬运堆积之外的其它成因的黄色的、又常常有层理和砂、砾石层的粉状沉积物称之为黄土状岩石。

这些特性决定了黄土的土力学及工程意义和地位，对黄土地区工程建25

黄土应具备以下全部特征：（1）为风力搬运沉积，无层理；（2）颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；（3）颗粒组成以粉粒为主，含量一般在60%以上，几乎没有粒径大于0.25mm的颗粒；（4）富含碳酸钙盐类；（5）垂直节理发育；（6）一般有肉眼可见的大孔隙。黄土应具备以下全部特征：26

当缺少其中的一项或几项特征时，称为黄土状土或次生黄土，满足所有特征的称为原生黄土或典型黄土。一般将原生黄土和次生黄土统称为黄土。1.1.2黄土成因主要的成因假说有风成说（图1.1）、水成说、土壤说（残积说）和多成因说。

当缺少其中的一项或几项特征时，称为黄土状土或次27湿陷性黄土地基-ppt课件281.风成说将黄土划分为所谓“原生黄土”和“次生黄土”两类。凡是由风力吹飏（yáng

）和搬运而成的黄土，就叫“原生黄土”（通常称之为黄土），原生黄土经过二次搬运（冲积、洪积等）形成的黄土叫“次生黄土”，即“黄土状土”。即在干旱的大陆性气候作用下，高度风化的黄土物质被风吹向沙漠的边缘地区，当遇到异向风或降雨时沉落于地面，经风化成土作用而形成黄土。

湿陷性黄土地基-ppt课件29风成说的主要依据为：（1）黄土颗粒很细、质地均匀；（2）黄土的母岩成分复杂与原有地层的成分无关；（3）黄土的地形，与其下伏基岩地形有一致性，随地形起伏而起伏；（4）黄土在山坳里，一律有覆盖；（5）我国黄土和沙漠、戈壁顺递相连；（6）我国黄土具坡向性埋藏特征，在迎风面堆积的量大，在背风面则堆积得少些；（7）黄土层厚度有时很大，具有多层古土壤，有陆生动、植物化石，且多为干旱草原型动物。

风成说的主要依据为：302.水成说水成说可分为冲积说、坡积说、洪积说等。

黄土中的颗粒，是暴雨及临时水流从山坡及小冲沟冲涮搬运而来。沿平原分布，呈宽广的覆盖层，其宽度和厚度在短距离内随地形而变化。

陕西高原黄土来自上游大小盆地，黄土沉积物堆积成阶地形状，在大陆性的干旱气候条件下，这些沉积物在风化和尘土作用下形成黄土。2.水成说水成说可分为冲积说、坡积说、洪积说等。313.土壤（残积）说土壤（残积）说认为，黄土是经过空气、水和植物强烈改造的冰川尘土而生成的残积物，这些冰川物质是由冰水带沉积在宽阔的盆地和河谷中生成的。黄土在干燥气候条件下，可在原地由各种细土（含碳酸盐）及岩石，经风化作用和成壤作用形成。该学说提出的“黄土化作用”被普遍接受。

3.土壤（残积）说土壤（残积）说认为，黄土是经过空气、水和324.多成因说

多成因说是俄罗斯人А.М.Жирмунский（A.М.日尔蒙斯基）提出的，他认为欧洲黄土是综合因素作用的结果。在黄土形成的每一个阶段中，当时的气候条件、自然地理条件及各种形成沉积物的因素，都能影响黄土形成。根据成因他把黄土分为两种：黄土组和黄土状岩石组。张宗祜（hù）是我国多成因说的代表，他把中国黄土及黄土状土根据地质-地理环境及其分布特征，做了如下成因类型划分：4.多成因说多成因说是俄罗斯人А.М.Жирм33（1）山前边缘带——在山前地带的前缘，呈连续狭长分布，厚度在10m左右。成因类型有冲积-洪积，洪积。（2）高原地区——大面积连续分布，高程在1000m以上，厚度极大，100~250m。成因类型有坡积-洪积，洪积，坡积，冲积。（3）山间盆地区——在山间小型盆地，厚度几米到几十米。成因类型有冲积-洪积，冲积。（4）河谷平原区——在大中型河流的河谷内，呈长条连续分布，构成河谷阶地及河谷冲积平原。成因类型只有冲积。（5）高山坡地——不连续的片状分布，高程在2000m左右，厚度10m以下。成因类型有残积，残积-坡积。（1）山前边缘带——在山前地带的前缘，呈连续狭长分布，厚度在34黄土成因复杂的原因：一是黄土本身的复杂性，它的独特的性质（大孔隙、粉土成分占优势等），而这些性质是第四纪其他沉积物所不具备的；二是对黄土含义的理解不同。同一种土体有人认为是黄土，有人认为是黄土状沉积；三是研究方法和研究区域的限制，也妨碍对黄土成因的认识。以局部的研究结果推断全部黄土的成因显然是不合适的。黄土成因复杂的原因：351.2黄土的地貌特征

1.2.1黄土地貌研究的意义及研究内容由特殊的风的地质作用搬运和堆积的黄土及部分流水地质作用所形成的黄土状沉积所掩盖堆积的地貌称为黄土地貌。黄土地貌与黄土区工程地质性质有着密切的关系，所反映的工程地质性质很不相同。我国西北地区，特别是黄河中游地区发育着著称于世的第四纪陆相黄土堆积，分布广，厚度大，地层完整。如著名的黄土高原就是在高原地形上幔盖黄土而得以命名的。

1.2黄土的地貌特征

1.2.1黄土地貌研究的意义及研究内36黄土高原水文地质问题的研究，一般集中在地表水土流失和地下水的开发利用两个方面，这是涉及到黄土高原治理及国土整治的重大问题。

在环境地质研究方面，黄土地貌（包括现代地貌、古地貌及基底地貌）是研究黄土高原古环境特征及环境变迁的重要资料。如西安白鹿塬靠近灞河两侧的边缘是滑坡活动和集中的地区。黄土高原水文地质问题的研究，一般集中在37

黄土地貌研究的内容主要有：

（1）查明黄土的岩性及成因并进行地层划分；（2）查明黄土堆积前的基底地貌，这是黄土地貌形成的基础和前提，在一定程度上反映了现代黄土地貌的基本类型；（3）查明新构造运动的性质、幅度和方向；（4）进行地貌的划分和成因分类。湿陷性黄土地基-ppt课件381.2.2黄土地貌的划分黄土地貌的划分原则主要有形态分类原则、成因分类原则及形态-成因的组合分类原则。

1.按形态和规模分类（1）大型地貌主要类型有黄土梁峁（mǎo）

、黄土塬、黄土覆盖河谷区、黄土覆盖山间盆地及黄土覆盖山麓（lù）倾斜平原区等。1）黄土梁峁区：其特点是黄土地层厚，黄土颗粒较粗，胶结疏松。主要分布在六盘山以西及延安以北地区。

1.2.2黄土地貌的划分黄土地貌的划分原则主要有形态分类原392）塬地貌区：地形平缓，地层连续性强，黄土厚度在130~150m之间。

3）黄土覆盖河谷地貌区：不同高度的河流阶地，其上覆盖着黄土，阶地越高，黄土地层越厚越全。

4）山间盆地地貌区：有河流贯穿其中，黄土厚度不大。

5）山麓倾斜平原区：在天山、祁连山、昆仑山等大山系北麓，有缓倾带状洪积平原，其上有较薄的黄土覆盖层。2）塬地貌区：地形平缓，地层连续性强，黄土厚度在130~140（2）中型地貌

按形态分有黄土塬、黄土梁、黄土峁及黄土掌地与杖地等。1）黄土塬：黄土高原区被黄土覆盖面积较大的平坦地面，是黄土高原特有的保存完好的广阔的平坦地面，塬面宽度不一。黄土塬按地貌单元和位置可划分为黄土塬（典型塬）和黄土台塬（渭北塬）两种。2）黄土梁：是黄土高原一种长条状延伸的尖顶或平顶垄岗地形，是黄土堆古梁状地形的继承地貌，也有黄土塬被侵蚀分割的蚀余地貌。

（2）中型地貌按形态分有黄土塬、黄土梁、黄土峁及黄土掌地与413）黄土峁：由黄土覆盖成孤立的或成群的浑圆形地形，直径数十米或数百米的为多，斜坡较陡，平均为10~20°。

（3）小型地貌最常见的次一级地貌类型。主要形态有黄土垂直节理受侵后残留的黄土柱；在黄土缓坡的低洼地点，常有黄土漏斗形成等。

3）黄土峁：由黄土覆盖成孤立的或成群的浑圆形地形，直径数十米422.按成因分类

主要有堆积地貌、侵蚀地貌、剥蚀地貌、物理地貌及气候地貌等。（1）堆积地貌指由堆积作用形成的黄土地貌，随外力作用方式不同有风积的和冲、洪积的。（2）侵蚀地貌在堆积地貌基础之上或在其形成过程中由侵蚀作用再改造而成。（3）剥蚀地貌以剥蚀作用为主形成的地貌，是黄土沉积后或沉积过程中，经受以风为主，有流水、重力作用影响的地质作用产物。

2.按成因分类431.2.3我国黄土高原地貌的基本特征黄土高原的黄土底层发育较好，面积大，地层完整，层序清楚，地貌类型多，构成了黄土高原地貌的基本特点。黄土高原地貌形态可以分为黄土塬、黄土梁、黄土峁、黄土阶地及黄土盆地。黄土高原地貌划分以下几个地貌区：六盘山以西梁峁区和以东梁峁区；黄土高原中部及南部的塬区及台塬区；山间盆地区及河谷阶地区。

六盘山以东、吕梁山以西的甘肃庆阳—陕西甘泉—山西吉县一线以北为黄土高原面积最大的梁峁区。1.2.3我国黄土高原地貌的基本特征黄土高原的黄土底层发育441.3．黄土的地层中国黄土形成经历了整个地质年代的第四纪时期，从第四纪更新世Q1

开始，直到现在各个时期都有堆积。六盘山是现代黄河中游气候的分界线，也是黄土形成过程中的古气候分界线。

各层黄土形成年代和成因如表1.1我国黄土地层的典型剖面如图1-11.3．黄土的地层中国黄土形成经历了整个地质年代的第四纪时期45湿陷性黄土地基-ppt课件46湿陷性黄土地基-ppt课件471.早更新世Q1黄土（午城黄土）简称Q1黄土，形成于距今70~120万年之间。其标准剖面首先在山西省隰（xí）县午城镇找到，故又称午城黄土。色淡棕，显微红，比离石黄土深。粒度成分以粉粒为主，质地较均匀，质密坚实，低压缩性，无湿陷性。分布较少，一般在古地形低洼的地方能见到，厚40~100m。

1.早更新世Q1黄土（午城黄土）482.中更新世Q2黄土（离石黄土）简称Q2黄土，形成于距今10～70万年之间。其标准剖面首先在山西省离石县找到，故又称离石黄土。粒度成分以粉粒为主，质地均匀，致密，分上下两部

，共厚50~70m，在黄河中游最后可达170m，为该地区黄土地层的主体。

2.中更新世Q2黄土（离石黄土）493.晚更新世Q3黄土（马兰黄土）简称Q3黄土，形成于距今0.5～10万年之间。其标准剖面首先在北京西柏斋堂村马兰山谷的阶地上找到，故又称马兰黄土。粒度成分以粉粒为主，质地较均匀，但较疏松，有肉眼可见的大孔，具湿陷性或强烈湿陷性，分上下两部。3.晚更新世Q3黄土（马兰黄土）504.全新世Q4黄土简称Q4黄土，形成于距今5千年内。土质疏松，肉眼可见大孔，具湿陷性。底部有厚0.7~1.3m的黑垆（lú）土。厚度较薄，为3~8m，最厚可达15~20m，分两个亚层。

黄土的地层结构与其所在地貌位置及古时气候环境有很大关系，不同的地貌单元、地层层序有所不同，将二者结合起来才能理解地层在区域上的变化。

4.全新世Q4黄土51如洛川坡头剖面（图1-3），在塬地层区，地层层序完整，古土壤色鲜明，哺乳类化石多，是中国黄土区的典型剖面，厚130m。如洛川坡头剖面（图1-3），在塬地层区，地层层序完整，古土壤52如陕西彬县高渠-候家砭（biān

）泾河河谷剖面（图1-4），在黄土高原的大河流及其支流的4-6级阶地中，黄土覆盖在各级阶地上，阶地愈老，地层愈全，此剖面可是河谷阶地地层层序的代表。如陕西彬县高渠-候家砭（biān）泾河河谷剖面（图1-4）531.4黄土的分布及中国黄土分区

1.4.1黄土分布全球黄土的分布很广，面积达1300

万平方公里，约占地球陆地总面积的9.3%。各大洲黄土覆盖占其总面积的比例分别为：欧洲7%，北美5%，南美10%。亚洲3%，在澳大利亚和北非地区也有零星分布。

我国黄土分布面积约为63

万多平方公里，占世界黄土分布总面积的4.9%左右。主要分布在北纬33~47度之间，以34~45度之间最为发育。

1.4黄土的分布及中国黄土分区

1.4.1黄土分布全球黄土54黄土堆积厚度以我国的最大，黄河中游的黄土塬厚度可达400m

以上。欧洲中部地区的黄土厚度只有几米，超过10m的很少。我国湿陷性黄土的分布面积约占我国黄土分布总面积的60%左右，大部分分布在黄河中游地区。黄土堆积厚度以我国的最大，黄河中游的黄土塬厚度可达400m551.4.2我国湿陷性黄土的分区

《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）根据我国黄土的特征，从工程地质角度出发，提出了《中国湿陷性黄土工程地质分区略图》。它将中国湿陷性黄土工程地质分为七区（其中又细分为十二个亚区），这七个区是：Ⅰ—陇西地区，Ⅱ—陇东-陕北-晋西地区，Ⅲ—关中地区，Ⅳ—山西-冀（jì）北地区，Ⅴ—河南地区，Ⅵ—冀鲁地区，Ⅶ—边缘地区。规范列出了各区和亚区湿陷性黄土的物理性质指标和特征描述（见表1-2）。1.4.2我国湿陷性黄土的分区《湿陷性黄土地区建筑规范》56第二章黄土的基本性质黄土的性质包括物理性质、力学性质和工程性质。力学性质和工程性质受前者及黄土的微结构特征的影响。黄土的基本性质既有其普遍性的一面，又有在地域分布、地貌和地层分布上的特点。第二章黄土的基本性质黄土的性质包括物理性质、力学性质和工程572.1.1黄土的骨架颗粒及其接触关系

1.黄土中的骨架颗粒及其形态黄土中的骨架颗粒主要是大于0.005mm的碎屑颗粒，大于0.01mm的“粗粉砂颗粒”是构成黄土结构骨架的基本材料；另外，在黄土中还常常见到一种特殊的骨架颗粒——集粒，集粒由微细颗粒聚集而成的，具有一定的刚性，也起着骨架支撑作用。黄土中的碎屑颗粒主要有石英、长石、碳酸盐矿物、角闪石和辉石类矿物等。2.1.1黄土的骨架颗粒及其接触关系

1.黄土中的骨架颗58黄土中的骨架颗粒的形态，尤其是磨圆程度直接影响着黄土的物理力学性质。黄土中的集粒是由大量的细粒碎屑和少量的粘粒物质由微晶碳酸盐胶结而成，普遍存在于黄土中，是黄土的主要微结构特征之一。集粒大小相差悬殊，在0.007~0.2mm之间。集粒具有一定刚度，在黄土浸水受力发生变形过程中，集粒本身一般不易变形或被破坏。黄土中的骨架颗粒的形态，尤其是磨圆程度直接影响着黄土的物理力592.黄土中的骨架颗粒的接触关系骨架颗粒接触关系是指骨架颗粒在空间上的赋存状态，即排列方式。黄土的颗粒连接关系可分为点接触和面胶结两种形式。点接触一般在刚性集粒或碎屑颗粒之间，颗粒直接接触，接触面很小。点接触连接一般出现在气候干旱的西北地区，连接强度主要是接触形成的原始内聚力和由盐晶膜形成的固化内聚力。

2.黄土中的骨架颗粒的接触关系骨架颗粒接触关系是指骨架颗粒60点接触接触面积小，连接点处平均应力大，水浸入时，部分盐晶溶解，削弱了连接点强度，因而在较小压力下，颗粒间连接就遭破坏。面胶结是指颗粒间接触面积大，具有较大强度，被水浸湿后，其残余强度比点接触要高，浸水不会发生湿陷。从我国黄土地区的分布来看，一般趋势是西北地区以点接触连接占优势，东南部地区是以面胶结接触占优势。点接触接触面积小，连接点处平均应力大，水浸入时，部分盐晶溶解612.1.2黄土的孔隙特征

黄土孔隙率一般为42~55%，孔隙比一般为0.8~1.2。

1.黄土孔隙的成因分类按成因可将黄土孔隙分为粒间孔隙、粘粒间孔隙、团块间孔隙、晶粒间孔隙、根洞、虫孔、节理和裂隙及溶蚀孔洞等。黄土骨架颗粒组成的格架之间的空间称为粒间孔隙，它是碎屑颗粒之间，碎屑颗粒与集粒之间，也可以是集粒之间的孔隙，也叫原生孔隙，是黄土孔隙的主体，占到黄土孔隙总量的45~84%。

注：土的孔隙率是指土中孔隙体积与土的总体积的百分比。孔隙比是指土孔隙部分的体积与土固体部分的体积比。2.1.2黄土的孔隙特征

黄土孔隙率一般为42~55%，孔62粒间孔隙又可分为支架孔隙和镶嵌孔隙，支架孔隙指骨架颗粒松散堆积，相互支架构成的孔隙，镶嵌孔隙是指骨架颗粒互相穿插、紧密堆积所形成的孔隙。当水浸入土体，削弱了颗粒间的连接强度，在一定压力作用下，支架结构迅速瓦解，孔隙周围的颗粒陷入孔内，重新组合，紧密排列，构成新的孔隙，由此产生的沉陷叫湿陷现象。粒间孔隙又可分为支架孔隙和镶嵌孔隙，支架孔隙指骨架颗粒松散堆63粘粒间孔隙是指在黄土中起胶结作用的粒径小于0.005mm的粘粒间的孔隙，它还包括存在于土体中起骨架作用的集粒内的孔隙。根洞、虫孔及鼠穴统称为生物孔隙。节理与裂隙属宏观构造，已超出孔隙的范畴，但它是黄土最普遍而特殊的性质。粘粒间孔隙是指在黄土中起胶结作用的粒径小于0.005mm的粘64黄土节理的成因类型有：（1）原生闭合垂直节理。（2）张开垂直节理。（3）次生张开垂直节理。（4）原生闭合斜节理或交叉节理。（5）风化节理。裂隙是沿着一个面伸展的孔隙，是土体湿干变化、膨胀收缩的结果形成的裂隙。裂隙一般发育在粘性较高的黄土中。黄土节理的成因类型有：652.黄土孔隙的大小分类黄土孔隙可按大小分为四类：（1）大孔隙，孔隙半径＞0.016mm；（2）中孔隙，孔隙半径0.016~0.004mm；（3）小孔隙，孔隙半径0.004~0.001mm；（4）微孔隙，孔隙半径＜0.001mm。见表2-1

黄土高原黄土孔隙特征一览表2.黄土孔隙的大小分类黄土孔隙可按大小分为四类：66表2-1列出黄土高原的孔隙类型、特征、分布规律及其与湿陷性的关系。变化规律是由黄土的颗粒成分、颗粒组合排列方式、生物气候条件及风化成土作用等因素决定的。表2-1列出黄土高原的孔隙类型、特征、分布规律及其与湿陷性672.1.3黄土中胶结物类型及胶结类型

黄土中的主要胶结物是粘土矿物和碳酸钙。富含碳酸钙是黄土的一大特征。碳酸钙在土中的形式主要有三种：（1）原生碎屑颗粒，只起骨架颗粒作用，不起胶结作用；（2）再生结晶体，它们富集于钙结核或大孔壁附近，虽能局部胶结一些颗粒，但并不是普遍存在于黄土中，对黄土湿陷性影响不大；（3）微晶粉末，均匀分布在黄土中，将细碎屑胶结成集粒或胶结在其表面。2.1.3黄土中胶结物类型及胶结类型

黄土中的主要胶结物是68从胶结物质的赋存形态上区分，大致可分为薄膜状、填隙状和聚集状三种类型：（1）薄膜状胶结物：（2）填隙状胶结物：（3）聚集状胶结物：不同类型的胶结物聚集，主要与黄土中的粘粒和盐类含量有关。黄土的胶结就是黄土中各个骨架颗粒由细粒胶结材料相互连接起来，构成整个土体的过程。从胶结物质的赋存形态上区分，大致可分为薄膜状、填隙状和聚集状69黄土的胶结类型分为以下三种：（1）接触式胶结（2）接触-基底式胶结（3）基底式胶结2.1.4黄土的微结构分类采用不同的研究手段，并从不同角度对我国黄土的微结构进行分类，表2-2

给出了其主要分类的相互对应关系。表2-2我国黄土微结构类型黄土的胶结类型分为以下三种：70湿陷性黄土地基-ppt课件712.2黄土的基本物理化学性质它主要包括土的粒度成分、可塑性、含水量和孔隙比等。黄土的物理性质指标与湿陷性质有很大关系，对工程有一定实际意义。2.2.1粒度成分粒度组成之不同粒径的颗粒在沉积物中所占的比例，通常采用重量百分数表示。我国一些主要湿陷性黄土地区黄土的粒度组成如表2-3。2.2黄土的基本物理化学性质72由表可以看出，黄土以粉粒为主，其含量可达60%以上，0.05～0.01mm

的粗粉粒含量对黄土来说至关重要，粒径小于0.005mm的粘粒含量在一定程度上决定着黄土的物理力学性质。在西安等关中一带，粘粒含量一般在20～29%左右。表2-3湿陷性黄土的粒度组成粒径小于0.002mm的颗粒属于粘粒及胶体粒级的范畴。由表可以看出，黄土以粉粒为主，其含量可达60%以上，0.0573我国各地不同层位的黄土都有大体相同的粒度组成。各地黄土或黄土状土都以粗粉粒（0.05～0.01mm）颗粒含量最高，常在40%以上。黄土高原黄土粒度分布特征明显受近南北向的六盘山和吕梁山的影响。六盘山和吕梁山将黄土高原分为近南北向的三部分：六盘山以西的西部地区，吕梁山以东的东部地区，其间的广阔地区为中部地区。我国各地不同层位的黄土都有大体相同的粒度组成。74西安处于黄土高原南部边缘，黄土颗粒细，细砂含量低，一般不超过10%，粘粒含量很高，一般为25~29%。我国黄土的粒度分布有如下特点：（1）我国黄土自西往东黄土粒度成分的变化特点是：西（六盘山以西，即陇西地区）粘粒少，中（六盘山和吕梁山之间，即陇东-陕北地区和关中地区）粘粒增多，东（吕梁山以东和河南地区）则粘粒下降或持平。

西安处于黄土高原南部边缘，黄土颗粒细，细砂含量低，一般不超过75（2）在六盘山和吕梁山之间（北部边缘地区、陇东-陕北地区和关中地区）的南北带内，黄土粒度中北部砂粒多，自北往南砂粒含量渐减，粘粒相应增多，至南部的关中地区粘粒含量可达25%或更高，这一规律不同程度地适用于不同时代的黄土。（2）在六盘山和吕梁山之间（北部边缘地区、陇东-陕北地区和关762.2.2可塑性湿陷性黄土的液限和塑限含水量分别在20~35%和14~21%之间变化，塑性指数为3.3~17.5，大多数在9~12左右。

液限是决定黄土力学性质的一个重要指标，当液限在30%以上时，黄土的湿陷性较弱，且多为非自重湿陷性。而液限小于30%时，则湿陷性一般较强烈。关中地区的自重湿陷性黄土，液限很少有超过30%的。液限wL：是指土的流动状态与可塑状态的界限含水量。塑限wp：指土的可塑状态与半固态的界限含水量。塑性指数Ip：指液限和塑限的差值。2.2.2可塑性液限wL：是指土的流动状态与可塑状态的界限77表2-4列出了不同地区黄土的液限wL

、塑限wp和塑性指数Ip

，土的塑性指标显示了与黄土的粒度成分相似的区域性规律及差异，无论是自西向东或自北往南，黄土的液限变化显著。表2-4列出了不同地区黄土的液限wL、塑限wp和塑性指数78湿陷系数是判定黄土湿陷性地定量指标，由室内压缩实验测定。

式中，hp指保持天然湿度和结构的试样，加至一定压力时，下沉稳定后的高度（mm）；hp′指加压稳定后的试样，在浸水作用下，附加下沉稳定后的高度（mm）；h0是指试样的原始高度（mm）。我国黄土地区以湿陷系数是否大于或等于0.015作为判定黄土湿陷性的界限值。湿陷系数是判定黄土湿陷性地定量指标，由室内压缩实验测定。792.2.3孔隙比和干重度

孔隙比和干重度是衡量黄土密实度的重要指标，与土的湿陷性有较明显的关系。一般情况下，干重度小，孔隙比大时，湿陷性强，反之，干重度大，孔隙比小时，湿陷性弱。湿陷性黄土干重度范围在1.14~1.69g/cm3之间

。注：土的干重度是指单位体积土体中固体颗粒的重量。孔隙比是指土孔隙部分的体积与土固体部分的体积比。2.2.3孔隙比和干重度

孔隙比和干重度是衡量黄土密实度的80孔隙比在反映黄土的压缩性和湿陷性等力学-工程性质上是一项非常灵敏、非常有用的物理性质指标。在某一定值压力的作用下，黄土的孔隙比越大，湿陷系数也越大。对全新世或晚更新世黄土，孔隙比在0.85~1.24

时常具湿陷性，大多在1.0~1.1

之间，当孔隙比小于0.8

时，一般不具湿陷性。孔隙比在反映黄土的压缩性和湿陷性等力学-工程性质上是一项非常812.2.4含水量

湿陷性黄土的天然含水量在3.3~25.3%之间变化，其大小与场地的地下水位深度和年降雨量有关。在多数情况下，黄土的天然含水量都较低。就同一土层而言，含水量在我国黄土的主要分布区的西部和北部较低，往东和往南逐渐增高。注：土体中水的质量与土粒质量的百分比被称为土的含水量w。2.2.4含水量

湿陷性黄土的天然含水量在3.3~25.382

黄土的天然含水量与孔隙比一样是反映黄土的压缩性和湿陷性的非常灵敏的物理性质指标。以含水量和孔隙比为一方，压缩性和湿陷性为另一方，它们的关系非常密切。

含水量越低，则湿陷性越强烈，随着含水量的增大，湿陷性逐渐减弱。当黄土的天然含水量超过25%时，就不再具有湿陷性，而其压缩性则刚好相反。

黄土的天然含水量与孔隙比一样是反映黄土的压缩性83图2-1反映不同天然含水量的黄土试样的湿陷系数δs

与压力P

的关系曲线。由图可见，随着含水量的增大，δs~P关系曲线向右移动，在低压力下的湿陷系数减小，即引起黄土的结构开始剧烈破坏所需的压力（湿陷起始压力）变大。图2-1反映不同天然含水量的黄土试样的湿陷系数δs与压力842.2.5黄土的化学性质黄土的化学性质对黄土的力学与工程性质有一定影响，主要包括黄土的矿物成分、化学成分和成岩作用。1.矿物成分我国黄土中矿物常超过30种。黄土的矿物成分包括粗矿物成分（＞0.005mm）和粘土矿物成分（＜0.005mm）。多矿物性是黄土的特点，其中一般含有40

种以上的粗矿物；黄土中轻矿物（比重＜2.9）的含量一般大于90%以上，有四、五种，主要有石英、长石、碳酸盐矿物及白云母等。黄土中粘土矿物以伊利石为主要组分，还有高岭石、蒙脱石、绿泥石等。

2.2.5黄土的化学性质852.化学成分西北湿陷性黄土的化学成分中，以SiO2

及Al2O3

和Fe2O2

含量高，是黄土中的主要成分，它们与黄土中的石英和长石等含量高有关。SiO2存在于有粗颗粒到胶粒的各级粒组中，钙、镁呈固态或液态存在于黄土中，为重要胶结物。2.化学成分西北湿陷性黄土的化学成分中，以SiO2及Al863.可溶盐类黄土中可溶盐类主要有以下三类：（1）易溶盐类，包括氯化物盐类、易溶的硫酸盐及碳酸盐等；（2）中溶盐类，以石膏为代表；（3）难溶盐类，主要为碳酸钙。当黄土中含有较多的易溶盐时，会引起土体的溶解性、膨胀性、渗透性的变化，当易溶盐类被溶解流走后就会改变土体的稳定性、强度及透水性。3.可溶盐类黄土中可溶盐类主要有以下三类：87石膏为中溶盐类，在水中的溶解度较低，石膏在土中常呈固体结晶形态存在。碳酸钙为典型的难溶盐，占全部碳酸盐的90%以上，碳酸镁占10%以下。碳酸钙在黄土中的赋存状态有三种：⑴原始物质中带有的碳酸钙，其颗粒大小和粉土一样；⑵在黄土成土过程中形成的碳酸钙，多呈微集粒散布在黄土中；黄土中的碳酸钙含量很高，但其溶解度很小，常对土体起胶结和骨架作用，增大土体的强度。⑶在黄土形成后，由于淋滤作用富集在一起，往往以四种形式出现。石膏为中溶盐类，在水中的溶解度较低，石膏在土中常呈固体结晶形884.成岩作用黄土在原始物质堆积后，即开始成岩作用，首先进行黄土化作用，即在生物及气候的共同作用下，使粉土物质呈疏松的胶结状态，并保留了粒间孔隙及根洞、虫孔和鼠穴等较大的孔洞。当沉积层逐渐加厚，由于自重压力及碳酸盐的淋滤下移富集，呈现出沉积时代越老，压实及胶结程度越深。4.成岩作用黄土在原始物质堆积后，即开始成岩作用，首先进行892.3黄土的一般力学性质

黄土的一般力学性质包括压缩性、应力应变关系、强度特性及其动力特性。2.3.1黄土的压缩性

压缩性是指在外力作用下土体体积缩小的性质，是土体在荷载的作用下产生变形的特性，土的压缩是由于孔隙体积减小引起的。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。土的压缩性的大小可以用压缩性指标表示，如压缩系数a、压缩指数Cc、压缩模量Es等。2.3黄土的一般力学性质黄土的一般力学性质包90压缩试验时，用金属环刀切取保持天然结构的原状土样，并置于圆筒形压缩容器的刚性护环内，土样上下各垫有一块透水石，土样受压后土中水可以自由排出。压缩曲线是室内土的压缩试验成果，它是土的孔隙比与所受压力的关系曲线。压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。压缩试验时，用金属环刀切取保持天然结构的原状土样，并置于圆筒91压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角坐标绘制的e-p曲线，在常规试验中，一般按p=50、100、200、300、400kPa五级加荷；另一种的横坐标则取p的常用对数取值，即采用半对数直角坐标纸绘制成曲线。压缩曲线可按两种方式绘制，一种是采用普通直角坐标绘制的e-p92压缩系数是指压缩曲线上任一点的切线（或割线）斜率a，它表示相应于压力p作用下土的压缩性。由于e—p呈曲线关系，即压缩系数是应力的函数，随应力大小、应力变化的区间的变化而变化，并不是常量。压缩系数是指压缩曲线上任一点的切线（或割线）斜率a，它表示相93土的e-p曲线改绘成半对数压缩曲线e-logp曲线时，它的后段接近直线，其斜率Cc为：

式中，Cc称为土的压缩指数。土的e-p曲线改绘成半对数压缩曲线e-logp曲线时，它的94压缩模量Es是指土在完全侧限条件下，竖向附加压应力与相应的应变增量之比值，根据e-p曲线可以求算。

式中，a表示土的压缩系数，kPa-1或MPa-1；Es表示土的压缩模量，MPa。压缩模量越大，表明土在同一压力变化范围内土的压缩变形越小，则土的压缩性越低；反之，Es越小，表示土的压缩性越高。压缩模量Es是指土在完全侧限条件下，竖向附加压应力与相应的应951.黄土的压缩性特点计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指标，用室内试验或原位试验来测定。判断黄土压缩性高低的标准与一般粘性土相同:当a1-2≥0.5MPa-1时，为高压缩性；1.0MPa-1≤a1-2

＜0.5MPa-1时，为中等压缩性；a1-2

＜1.0MPa-1时，为低压缩性；我国各地湿陷性黄土的压缩系数一般在0.1~1.0MPa-1之间变化。

1.黄土的压缩性特点计算地基沉降量时，必须取得土的压缩性指96表2-5列出了一组不同时代黄土的压缩系数值。从表可以看出黄土压缩性的三个基本特点：表2-5列出了一组不同时代黄土的压缩系数值。97（1）在天然含水量下，黄土的压缩性一般是不高的或是低压缩性的，黄土试样层位愈深愈是如此。（2）在饱和状态下，黄土的压缩性有很大增高。（3）黄土试样的压缩系数随试验压力的增高有增有减。在天然含水量状态下和饱和状态下，不同时代有所不同。湿陷性黄土地基-ppt课件98黄土的压缩性和湿陷性都受含水量的影响。由图2-2可见，黄土试样含水量不高时，具有低的压缩性和高的浸水饱和湿陷性。随着含水量逐渐增高，压缩性相应地增大而饱和时的湿陷性减小。

黄土试样一增一减的过程最终于含水量接近饱和时达到最大限度。就是含水量的重要影响和随着含水量的增减而变的黄土的压缩性与湿陷性之间的相互消长关系。黄土的压缩性和湿陷性都受含水量的影响。由图2-2可见，黄土试992.黄土的欠压密性欠压密土可分为两类，即一般欠压密土和有结构强度的欠压密土。饱和粘性土在上覆自重作用下，渗透固结尚未完成，土体中的超静孔隙水压力没有完全消散，上覆土重量由作用在土骨架上的有效应力和孔隙水压力共同承担，这种粘性土称为“一般欠压密土”，即饱和土体的“欠固结土”。

2.黄土的欠压密性欠压密土可分为两类，即一般欠压密土和有结100另一类是结构性土，它在上覆土自重作用下的固结过程也未完成，但没有孔隙水压力，上覆土的重量也由土骨架承担。它的结构性表现在其具有一定的结构强度，压缩曲线（e-logp曲线）形状类似于超固结土，其结构强度类似于超固结土中的“先期固结压力”

。对黄土的大孔隙结构当颗粒间的固化联结在一定条件下被破坏，就会发生强度的突然降低和体积的突变。另一类是结构性土，它在上覆土自重作用下的固结过程也未完成，但1012.3.2黄土的强度黄土的强度除与土的颗粒组成、矿物成分、粘粒含量等有关外，主要取决于土的含水量和密实程度。含水量越低，密实程度越高，则强度越大。土的粘聚力分成两部分，即原始粘聚力和固化粘聚力。原始粘聚力来源于颗粒间的静电力和范德华力，粘粒含量多，土越密实，颗粒间距离越近，单位面积上土粒间接触点多，则原始粘聚力越大。

2.3.2黄土的强度黄土的强度除与土的颗粒组成、矿物成分、102固化粘聚力决定于存在于土颗粒间的胶结物质的胶结作用，

土生成年代越久，固化粘聚力越强。天然含水量低的黄土，由于存在架空结构，密度低，原始粘聚力较小，而固化粘聚力较大。受水浸湿后产生胶溶作用以致固化粘聚力减弱甚至丧失，强度降低，引起湿陷。固化粘聚力决定于存在于土颗粒间的胶结物质的胶结作用，土生成1031.黄土的含水量与抗剪强度的关系土的抗剪强度：是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。土的抗剪强度指标由颗粒间的内摩擦力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生的粘聚力共同组成。土体破坏通常可归于剪切破坏，剪切破坏是由土体中的剪应力达到抗剪强度所引起的。含水量对土的抗剪强度的影响很大。这种影响主要表现在黄土的粘聚力c

随含水量的增高而减小上；内摩擦角φ也受影响，但影响次之。1.黄土的含水量与抗剪强度的关系土的抗剪强度：是指土体抵抗104

不同干密度时含水量对黄土抗剪强度的影响可由表2-6说明。当黄土的天然含水量低于塑限时，含水量变化对强度影响最大；当含水量超过塑限时，抗剪强度降低幅度小；当超过饱和含水量时，抗剪强度变化不大。不同干密度时含水量对黄土抗剪强度的影响可由表2105图2-3为黄土的粘聚力与由土样所在的层位深度所代表的自重应力的大致关系。由图可见，随着黄土层位的加深（和时代的久远），粘聚力相应增大。在六盘山以东的地区黄土的粘聚力比六盘山以西的为高。图2-3天然含水量下黄土的内摩擦角与层位的关系图2-3为黄土的粘聚力与由土样所在的层位深度所代表的自重应1062.黄土的抗剪强度特性

（1）饱和黄土的不固结不排水剪（UU）特性饱和黄土的UU试验在固结阶段和剪切阶段均打开排水阀门，土体不固结，孔压不消散。整个试验过程中，土样的体积、孔隙比、含水量和密度均不会发生变化，不论围压σ3多大，根据饱和土体密度-有效应力-抗剪强度唯一关系，破坏莫尔园大小不变，因此，强度包线为公切于破坏莫尔园的水平线，即φu=0，不排水剪强度cu=(σ1—σ3)/2，2.黄土的抗剪强度特性

（1）饱和黄土的不固结不排水剪（U107如图2-4，饱和黄土破坏莫尔园大小不变，强度包线为公切于破坏莫尔园的水平线，即φu=0，不排水剪强度cu的大小取决于土体先前的固结历史，先期固结压力越大，cu越大。如图2-4，饱和黄土破坏莫尔园大小不变，强度包线为公切于破坏108非饱和黄土试样在进行不固结不排水试验时，土中的气体压缩或溶于水，土最后接近饱和，其强度包线如图2-5所示。非饱和部分的强度指标为不排水剪强度cu、φu的大小随土含水量大小而不同，饱和部分φu=0。

非饱和黄土试样在进行不固结不排水试验时，土中的气体压缩或溶于109（2）原状黄土的固结排水剪特性图2-6原状黄土的固结排水剪强度包线和应力路径。原状黄土在天然状态下具有较大的结构强度，当固结围压小于结构强度时，其强度特性近似超固结土，应力路径为AB，当固结应力超过结构强度时，强度特性近似正常固结土。原状黄土强度包线有两部分组成，前半段受结构强度制约，存在一个粘聚力coc，后半段的延长线通过原点，应力路径为CD。（2）原状黄土的固结排水剪特性原状黄土强度包线有两部分组成，110（3）黄土的无侧限抗压强度无侧限抗压强度试验是围压σ3=0

的三轴试验。在天然含水量状态下，黄土具有较高的结构强度，土的时代越早期结构强度越大。无侧限抗压强度用抗剪强度表示，还可用无侧限抗压强度qu

来表示。图2-7为土的自重应力ps和无侧限抗压强度qu

的关系，它们近似成平行关系。（3）黄土的无侧限抗压强度图2-7为土的自重应力ps和无1112.4黄土的应力应变关系黄土受力后首先产生弹性变形，其次为塑性变形。弹性变形和塑性变形是材料受力后两个不同的变形阶段。由于应力平衡方程和应变、位移关系的几何方程与材料物理性质无关，所以，土的应力应变关系成为主要的研究任务。2.4黄土的应力应变关系黄土受力后首先产生弹性变形，其次为112土的应力应变关系通常通过常规三轴剪切试验（σ1＞σ2=σ3）取得，表现为硬化型和软化型。硬化型强度（q）随垂直应力增大而增大；软化型，首段强度(q)随垂直应力增大而增大，为硬化段，达到峰值强度（qp）后，强度随垂直应力增大而减小，为软化段。峰值强度（qp

）和相应的峰值应变（εp）随围压（σ3）而变化。土的应力应变关系通常通过常规三轴剪切试验（σ1＞σ2=σ3）1132.4.1原状黄土的应力应变关系曲线原状黄土有较大的结构强度，其应力应变关系随成因时代和受力状态不同，一般可分为三种类型五种形式，如图2-8。

当σ3

小于结构强度时，应力应变关系曲线呈软化型或弱硬化型；当σ3大于结构强度时，其应力应变关系曲线一般呈强硬化型。当围压等于结构强度时，应力应变关系曲线呈理想塑性型。这些现象表明，结构强度和围压对黄土的应力应变关系曲线有较大影响。2.4.1原状黄土的应力应变关系曲线原状黄土有较大的结构强1142.4.2饱和黄土的应力应变关系曲线饱和黄土是由于地下水位上升或地面水浸入使其达到饱和的。饱和黄土的特点是高含水量、高压缩性、低强度。对饱和黄土进行的四种应力路径试验，即常规固结不排水剪（CU）、常规固结排水剪（CD）、和等应力比剪（K=σ3/σ1）的试验结果，不同应力路径饱和黄土的应力应变关系曲线形式有很大差异，如图2-9~2-12。2.4.2饱和黄土的应力应变关系曲线饱和黄土是由于地下水位115图2-9饱和黄土CU试验应力应变曲线

CU的应力应变关系曲线均为弱软化型，随着围压σ3

的增大软化程度略有减小，峰值提高，与其相应的应变值随σ3

的增大而增大。图2-9饱和黄土CU试验应力应变曲线CU的应力116图2-10饱和黄土CD

试验应力应变曲线

图2-12饱和黄土等压（p）CD

试验应力应变曲线

CD与p=常数的应力应变关系曲线大致相似，均属硬化型，剪切过程中均发生体缩，但固结排水剪的体缩在不同围压下的变化幅度较小，且变化次序与非饱和土相反。图2-10饱和黄土CD图2-12饱和黄土等压（p）CD117图2-11饱和黄土等应力比（K）CD试验应力应变曲线

K=常数试验的应力应变关系曲线较特殊，曲线的起始段较陡直，应变较小，近似线性应变关系。当荷载达到一定水平时，曲线上出现明显的转折点（屈服点），此后位移略平呈直线段，随后转向陡立，强度重新随应变而增大。图2-11饱和黄土等应力比（K）CD试验应力应变曲线1182.4.2挤密黄土的应力应变关系曲线在湿陷性黄土地区，为了消除湿陷性，常采用挤密类型的地基处理方法，如灰土挤密桩、CFG桩、DDC桩等。对挤密黄土的应力应变关系曲线的研究，可以更深入地了解湿陷性消除的力学机理。图2-13和图2-14分别为挤密黄土的常规三轴固结排水剪试验和等应力比K=常数的试验的应力应变关系曲线。2.4.2挤密黄土的应力应变关系曲线在湿陷性黄土地区，为了119图2-13挤密黄土（Q3）的CD试验应力应变曲线

由挤密黄土固结排水剪试验的结果可知其变形性状特点：在不同围压下的固结排水剪的应力应变关系曲线都为弱硬化型，接近正常固结土特性，其破坏强度比原状黄土高。图2-13挤密黄土（Q3）的CD试验应力应变曲线120图2-14黄土（K=常数）的应力应变曲线

图2-13分别给出了原状黄土和挤密黄土在K=常数试验条件下的应力应变关系曲线。

原状黄土的等应力比试验的应力应变关系曲线近似于饱和黄土。当K＞0.4

时，曲线明显分为三段，曲线上的两个转折点可分别被看作弱化点和强化点，分别标志原始结构的丧失和新结构强度的形成。

挤密黄土等应力比试验的应力应变关系，曲线上只有一个转折点，转折点处的强度比相同K值的原状黄土强度高。K＜0.3

的等应力比试验曲线，平均应力p

增长慢，有较长的流塑段，强化段未出现。图2-14黄土（K=常数）的应力应变曲线图2-11212.5非饱和黄土力学与黄土的结构性湿陷性黄土常是含水量较小的非饱和土，其特殊的性质实质上是黄土浸湿时，它的结构性和非饱和性共同影响的结果。就一般情况来说，非饱和土通常具有显著的结构性。因此，在非饱和土中，结构性和非饱和性常常共同影响着土的力学特性。2.5非饱和黄土力学与黄土的结构性湿陷性黄土常是含水量较小1222.5.1黄土的非饱和性非饱和土就是土的孔隙中既存在有孔隙水，也有孔隙气，而气相的存在是它的性质复杂的主要原因。非饱和土力学研究的基本问题主要指渗透特性、变形特性和强度特性。非饱和土中气相和液相的交界面称为收缩膜。在收缩膜的气相一边，压力ua

为正值，在液相一边，压力uw

为负值，二者之间的差值（ua—uw

）常被称之为的吸力s。吸力s是非饱和土本质特征的力学反映，是区别于饱和土土力学的基本特征。2.5.1黄土的非饱和性非饱和土就是土的孔隙中既存在有孔隙1231.土水特征曲线常用土水特征曲线（SWCC）（图2-15）表示非饱和土的吸力特性，它是基质吸力与土的湿度状态之间的关系，也称为吸力状态曲线。由增湿与减湿过程得到的土水特征曲线又分别称为浸湿曲线（干燥增湿曲线）与干燥曲线（饱和减湿曲线），后者高于前者，二者形成滞回圈形态，反映了非饱和土增、减湿时由于水前进与撤退时，水同土颗粒接触角的不同而引起的瓶颈效应影响。影响土水特征曲线的因素很多，主要有固结压力、孔隙比等。1.土水特征曲线1242.非饱和土的有效应力对于饱和土，它的变形和强度问题都由太沙基Terzaghi

（1883～1963，美籍现代土力学的创始人）提出的有效应力来控制，即由土骨架所承受的力决定，它是作用在土体上的总应力和孔隙水压力的差值，这个原理成为土力学的基石。在非饱和土中，作为土变形和强度问题基础的应力特性仍是土力学有待解决的问题，其主要问题就是还没有解决非饱和土的应力状态变量的问题。最有名的描述非饱和土应力特征的贝肖普

Bishop（1959）提出过有效应力方程式中参数c与土的饱和度有关，其取值范围为0~1，收缩膜的气相一边，压力ua

为正值，在液相一边，压力uw

为负值，但Bishop公式在研究中发现很多问题。2.非饱和土的有效应力对于饱和土，它的变形和强度问题都由太125在贝肖普

Bishop以后，弗雷德隆德Fredlund（“非饱和土之父”加拿大教授）

的双应力变量理论在非饱和土中得到了广泛应用。双应力状态变量用净总应力（σ-ua

）和基质吸力（ua

-uw）作为两个独立的应力状态变量来描述非饱和土中的应力状态。净总应力与土的流体特性、湿度密切相关，基质吸力与土的骨架、结构、密度有密切关系。黄土湿陷性是力和水共同作用下土体结构破坏的结果。在较低压力下黄土逐渐浸水时，湿陷变形也很小；若压力较大时逐渐浸水，结构完全破坏；而当压力在增加到直接使土原始结构破坏、新的结构已形成时逐渐浸水，则浸水过程中孔隙气压力基本保持不变。这说明了黄土湿陷过程是内因（土结构强度）和外因（力和水）共同起作用的过程。在贝肖普Bishop以后，弗雷德隆德Fredlund（1263.非饱和土的强度特性非饱和土有效应力概念远较饱和土要复杂，其抗剪强度特性及影响因素不能简单用饱和土的强度理论。非饱和土的抗剪强度τff等于土饱和时抗剪强度τfs

与非饱和土基质吸力对抗剪强度的贡献τs

吸附强度之和，即τff=τfs+τs=c+(σ-ua)tanφ′+τs

在收缩膜的气相一边，压力ua

为正值3.非饱和土的强度特性非饱和土有效应力概念远较饱和土要复杂127饱和土的抗剪强度可用库伦公式表示，故非饱和土抗剪强度的研究主要集中在吸附强度的表示方法和表达形式上，其中以贝肖普

Bishop表达式和弗雷德隆德

Fredlund表达式（即双应力变量的强度表达式）最为著名。它们分别为式中参数c与土的饱和度有关，其取值范围为0~1，在收缩膜的气相一边，压力ua

为正值，在液相一边，压力uw为负值；

弗雷德隆德

Fredlund非饱和土强度公式的关键是假设了一个与基质吸力成正比的吸附强度，并引入参数φb。饱和土的抗剪强度可用库伦公式表示，故非饱和土抗剪强度的研究主128综上所述，当代的非饱和土力学把吸力作为各种土性特征的纽带，它的定性定量特性决定着非饱和上的应力特性、渗透特性、强度特性、变形特性和固结特性。由于赋予了吸力重要的作用，再加上吸力测定上的难度，使得现代非饱和土力学建立在较为脆弱的基础上。

综上所述，当代的非饱和土力学把吸力作为各种土性特征的纽带，它129

土的结构性是指构成土体的颗粒形状、大小、表面特征、定量的比例关系，空间上的排列状态以及骨架颗粒与胶结物的胶结形式，孔隙的形态、大小、数量以及分布情况。在力学性质上表现为土体保持原结构状态不被破坏的能力，结构的破坏表现为力学性质的突变（或脆性破坏）。研究土的结构性，就是研究原状土与其相应的饱和及重塑土在力学特性表现上的差异。

2.5.2黄土的结构性土的结构性是指构成土体的颗粒形状、大小、表面特征130结构性是非饱和黄土的另一个重要特性，是黄土的湿陷性的基础。黄土的变形与湿陷与黄土的结构强度的丧失相对应。结构强度丧失，对于变形，主要来自外荷引起的应力对于结构强度的超载；对于湿陷，则主要来自于土中非水稳胶结力的破坏和吸力（非饱和性）的减小以及由此而引起的对水稳性胶结力和摩阻力的超载。结构性是非饱和黄土的另一个重要特性，是黄土的湿陷性的基础。131黄土发生湿陷的外因是浸水与压力，内因是它的特殊结构性，即黄土颗粒的排列方式和黄土颗粒的联结方式。对土结构性的研究包括微观结构的研究和土力学特性和工程特性方面的研究。我国在20世纪60年代初提出了“结构是颗粒排列的规律性和颗粒间联结性质的规律性的统称，结构性可分为结构和粘聚性两部分，前者属几何特征，后者是土的各相间的作用对颗粒位移的阻力”

等等论述。黄土发生湿陷的外因是浸水与压力，内因是它的特殊结构性，即黄土132从机理上说，土的结构性包括联结和排列两个方面。通过扰动和浸水破坏土结构，使土结构释放出来，同时反映土颗粒联结可稳性和颗粒排列可变性的定性量化指标，是土结构性研究的一个方向，可将结构性参数与土的变形和强度相联系。在外加荷载作用下，随着应变发展，原状土体内部颗粒排列和胶结结构发生调整，原生结构逐渐破坏，次生结构逐渐生成。通过原状土、重塑扰动和浸水饱和可分别使原状土由胶结作用、土粒空间排列、水膜吸力作用所表现出的结构势释放。

从机理上说，土的结构性包括联结和排列两个方面。1332.6新近堆积黄土新近堆积黄土，由于堆积年代很短（一般为几十年至几百年），其工程性质与一般堆积黄土的性质有较大的差别，主要表现在较大的压缩性和较低的承载力上。在现场鉴别新近堆积黄土，应符合下列要求：1．堆积环境：黄土塬、梁、峁的坡脚，斜坡后缘，冲沟两侧及出口处的洪积扇，山坡前堆积地带，河道转弯处内侧，平原上被掩埋的洼地等地。2.6新近堆积黄土新近堆积黄土，由于堆积年代很短（一般为几1342．颜色：灰黄、黄褐、棕褐，常相杂或相间。3．结构：土质不均、结构松散、大孔排列杂乱。常混有岩性不一的土块，多虫孔和植物根孔，铣挖容易。4．包含物：常含有机质，斑状或条状氧化铁；有的混砂、砾或岩石碎屑；有的混有砖瓦陶瓷碎片或朽木片等人类活动的遗物，在大孔壁上常有白色钙质粉末。

2．颜色：灰黄、黄褐、棕褐，常相杂或相间。135当现场鉴别不明确时，可按下列方法帮助判定：1．在50~150kPa压力段变形较大，小压力下具高压缩性。2．利用判别式判定R=－68.45e+10.98a－7.16γ+1.18wR0=－154.80当R>R0

时，可将该土判为新近堆积黄土。式中，e—土的孔隙比；a—土的压缩系数（MPa-1），宜取50~150kPa或0~100kPa压力下的大值；w—土的天然含水量（%）；γ—土的重度（kN/m3）。当现场鉴别不明确时，可按下列方法帮助判定：136第三章黄土的湿陷性及其评价湿陷性黄土是一种特殊土，在黄土地区进行工程勘察与设计时，首先考虑和解决的问题就是对黄土、场地及地基的湿陷性评价。3.1黄土的湿陷机理和区域特征3.1.1黄土的湿陷机理湿陷性黄土在一定压力作用下，湿度增加到某种程度时产生突然的塌陷，这种现象叫湿陷。

第三章黄土的湿陷性及其评价137湿陷性是黄土及黄土状土具有强烈水敏性在变形方面的一种具体体现。黄土湿陷性的发生有其内在因素和外在原因两个方面。内因主要体现在黄土本身的物质组成（包括颗粒组成、矿物成分和化学成分）和其结构，是湿陷性的根本原因。外因主要是水和压力的作用。湿陷性是黄土及黄土状土具有强烈水敏性在变形方面的一种具体体现138黄土结构体系的强度主要取决于连接点的数目和强度，而连接点的强度来源主要包括以下几个方面（1）上覆荷重传递到连接点上的有效法向应力；（2）粒间毛管弯液面所派生的粒间法向应力；（3）粒间接触面上存在的干摩擦或膜摩擦阻力；（4）接触点处凝聚的少量胶凝物质的分子引力。

黄土结构体系的强度主要取决于连接点的数目和强度，而连接点的强139含水量增加将大大削弱粒间连接强度。外因--水是通过以上这些内因起作用的。黄土的湿陷变形是在荷载和水的共同作用下，黄土的固化凝聚力破坏，连接强度减弱，粒间架空结构体系失去稳定，土粒重新排列，骨架颗粒充填到架空孔隙中，从而产生明显的变形。黄土湿陷变形的机理有许多假说，它们从不同的侧面或某一个方面揭示了黄土湿陷的原因。含水量增加将大大削弱粒间连接强度。外因--水是通过以上这些内140（1）固化凝聚力降低或消失假说：在水膜楔入作用和胶结物溶解作用下，固化凝聚力受到破坏，同时也破坏了土的结构，因而发生湿陷。如果固化凝聚力由碳酸钙、石膏和其它水溶盐类胶结所形成，则遇水后就会降低，甚至丧失。在湿陷的过程中，水有两个作用，即水薄膜楔入和水的溶解作用。（2）毛管假说：在非饱和黄土中，存在相邻土颗粒孔隙中孔隙水和孔隙气交界处的表面张力，水气交界面两侧的压力之差形成吸力。当水浸入土体使土体饱和时，吸力就会消失，因而也会对湿陷产生一定影响。（3）粘土粒膨胀假说：湿陷性黄土中，如含有多量的伊利石与蒙脱石等粘土颗粒时，遇水后在小荷重作用下，很快吸附水分而膨胀，导致土结构破坏。（1）固化凝聚力降低或消失假说：在水膜楔入作用和胶结物溶解141（4）欠压密理论：在干燥少雨的条件下，大气降水浸湿带（图3-1中a-a线）的厚度常小于蒸发影响带（图3-1中b-b线）的厚度。在降水期，a-a线以上土体含水量较高，处于最优压密条件，但由于自重压力小，不能得到有效压密。随着黄土继续堆积，a-a线提高，在新的a-a线与b-b线之间的土层，大气降水影响不到，但蒸发过程继续进行。由于水分减少，盐类析出，胶体凝结，产生了固化内聚力，因而成为欠压密土。如此循环使得欠压密土堆积越来越厚，一旦水浸入较深，固化内聚力消失，就产生湿陷。湿陷性黄土地基-ppt课件142（5）黄土湿陷的结构性学说：黄土湿陷性问题可由黄土湿陷变形的结构理论从本质上说明。黄土湿陷的根本原因是黄土具有粒状架空结构体系，在力和水的共同作用下架空结构破坏形成的湿陷变形。（5）黄土湿陷的结构性学说：1433.1.2黄土湿陷性的影响因素湿陷性是黄土及黄土状土的主要工程特性之一，影响黄土湿陷性的因素可归结为内因和外因两个方面。内因主要是由于土本身的物质成分（指颗粒组成、矿物成分和化学成分）、结构及含水量，外因则是水和压力的作用。

1．黄土微结构在结构上，黄土是由许多单粒和集合体共同组成，而粘粒、腐殖质、易溶盐与水形成的“溶液”，与淀积在该处的碳酸钙、硫酸钙一起形成胶结物，其聚集的形式随地区而不同，差异较大。

3.1.2黄土湿陷性的影响因素湿陷性是黄土及黄土状土的主要144不同湿陷类型的黄土的结构单元中水稳性集粒的类型和含量不同。

在压力作用和湿陷发生过程中，黄土的集粒也会发生不同程度的变化。不同湿陷类型的黄土，其大于0.05mm的水稳性集粒的含量不同，作为结构类型也就不同；黄土浸水后其水稳性集粒被破坏的越多，湿陷性表现越强。不同湿陷类型的黄土的结构单元中水稳性集粒的类型和含量不同。1452．黄土物质成分黄土中粘粒含量越多，湿陷性越弱，有时与小于0.001mm

颗粒的含量及其赋存状态有关。在粘粒含量中，对湿陷性影响较大的是小于0.001mm

的颗粒含量，就赋存状态来看，主要看黄土粘粒是否均匀分布于骨架颗粒之间，若粘粒基本分布于骨架颗粒之间，则能起到很好的“胶结”作用。对黄土湿陷性有明显影响的化学成分主要是碳酸钙、石膏与其它易溶盐的含量及其赋存状态。

2．黄土物质成分黄土中粘粒含量越多，湿陷性越弱，有时与小于01463．孔隙比在某一定值压力的作用下，黄土的孔隙比越大，湿陷系数也越大。黄土孔隙比与黄土湿陷性的定量关系仍是需要研究的问题。一方面黄土类土的工程性质不仅与孔隙的总体积有关，而且与孔隙的大小和形状密切相关。另一方面决定黄土湿陷性的还有土的微结构和物质条件因素。

3．孔隙比在某一定值压力的作用下，黄土的孔隙比越大，湿陷系数1474．含水量在干旱半干旱地区黄土的含水量一般处于偏低或过低的状态，即存在着不同程度的负孔隙水压力效应，有时能达到很高的值，它在土浸水的瞬间表现为土的崩解。它是土对浸水湿陷的“灵敏度”的一种合理解释。

4．含水量在干旱半干旱地区黄土的含水量一般处于偏低或过低的状1483.1.3黄土湿陷的区域特征现行《湿陷性黄土地区建筑规范》