西安某黄土场地自重湿陷量计算值与实测值差异原因分析

西安某黄土场地自重湿陷量计算值与实测值差异原因分析

黄文涛

（西安长安大学工程设计研究院有限公司，陕西 西安 710054）

提 要  根据西安某湿陷性黄土场地勘察资料，对比了现场浸水试验与室内压缩试验两种条件下的自重湿陷量，结果表明，室内试验计算值与现场实测值差异较大。经调查研究所在地区也出现类似的情况，该文从土样扰动、边界条件、湿陷土层的分布不连续性和层拱效应等方面分析其产生的原因，为正确认识、评价该类黄土场地湿陷类型提供借鉴和指导。

关键词 浸水试验 自重湿陷 计算值 实测值

1  引言

黄土是一种在漫长的地质年代中风力搬运沉积的第四纪产物，在我国主要分布于陕、甘、宁、山西、河南和河北等地区，分布面积约64万km2，其中湿陷性黄土约38万km2，占黄土面积的60%[1]。湿陷性黄土在天然湿度下压缩性较低，强度较高；受水浸湿饱和后强度降低，在一定压力作用下土体结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉，引起建构筑破坏或地面变形。湿陷性黄土场地地基处理的原则和具体方式直接受湿陷性评价结果控制，黄土湿陷性评价准确与否是影响工程建设投资的关键因素之一。

工程实践中，黄土的湿陷性评价方法主要包括室内压缩试验和现场浸水试验两种，作为场地湿陷类型评价指标的自重湿陷量，可根据室内压缩试验测定的自重湿陷系数计算获得自重湿陷量(称为“计算值”)，也可根据现场试坑浸水试验实测获得自重湿陷量(称为“实测值”)。但由于黄土的特殊性和复杂性，自重湿陷量的计算值与实测值之间往往存在差异；由于现场试坑浸水试验为原位试验，且测定的土体范围大，能反映天然状态下地层结构的影响，代表性好，一般认为其获得的自重湿陷量(实测值)更为准确可靠[2]。

为使同一场地自重湿陷量的实测值与计算值接近或相同，现行的《湿陷性黄土地区建筑标准》计算场地自重湿陷量的公式为

                 （） （1） 

式中  0 为因地区土质而异的修正系数，以反应地区土质差异，按地区不同取0.5～1.5；zsi为第i层土的自重湿陷系数，其中小于0.015时不参与计算；hi为第i层土的厚度。

即通过乘以修正系数0以及规定自重湿陷系数小于0.015的土属非湿陷性黄土，不参与计算，以这两种方式对自重湿陷量的计算值进行调节。然而即便是进行了调节，按式(1)得到的计算值与实测值间经常存在较大差异[3-4] 。

本文以西安地铁十五号线神舟二路站场地的黄土室内试验资料和现场试坑浸水试验结果为基础[5]，分析造成该场地自重湿陷量计算值与现场实测值差异的原因。

2  场地自重湿陷量计算值与现场实测值差异的现象

2.1该场地地质条件概况

该场地地处西安市南郊，地貌单元为黄土塬（少陵塬）；场地地层结构为上更新统风积（Q3eol）新黄土、残积（Q3el）古土壤及中更新统风积（Q2eol）老黄土、残积（Q2el）古土壤互层组成。

2.2室内试验与现场试坑浸水试验结果对比

本次在场地内布设2口探井，采取土样进行室内试验，根据室内取得的自重湿陷系数成果计算该场地自重湿陷量计算值，现场浸水试验获得该场地的实测值，根据对比，该场地自重湿陷量计算值与实测值差异较大，详见表1

          场地自重湿陷量实测值与计算值统计表                 表1

注：表中自重湿陷量计算值按式(1)，β0取0.9获得；实测值为各标点中地表最大沉降量。

3  场地自重湿陷量计算值与现场实测值差异原因分析

3.1土样扰动

室内试验的土样受扰动。进行室内自重湿陷试验的土样于探井井壁刻取，土样从地下取出过程中，由于土样所受应力得到释放，体积产生一定变化[6]，造成土样扰动；除此之外土样在运输过程中产生的震动、颠簸，土样在制作试验环刀样过程中都会产生一定的扰动，以上扰动均会对土的结构造成一定的改变和损伤，进而影响室内自重湿陷系数的测定。

3.2边界条件

现场试验与室内试验的变形边界条件不同，室内试验土样是受环刀控制的完全侧限条件下的压缩试验测得的自重湿陷系数，而现场试验是在半无限土体中进行的，属于三维条件下的变形问题，水平附加应力、侧向挤出变形等问题都会对自重湿陷量产生影响。

3.3湿陷土层的分布不连续性

湿陷程度不一的土体在浸水饱和以后，湿陷性强的土体会因湿陷产生体积变化，作用在其上的应力将部分传导给周边湿陷性弱的土单元，即湿陷时会产生应力重新分布。现场试坑浸水试验中产生的湿陷沉降是这种应力调节达到平衡，湿陷强弱不同土体相互作用后所表现的一种综合结果；特别当湿陷土层分布不连续，即湿陷土体与非湿陷土体夹杂分布时，非湿陷土单元将对湿陷土单元湿陷的发生产生抑制作用。自重湿陷计算值只是湿陷土体产生自重湿陷的简单叠加，不能体现这种自重湿陷土体分布不连续对自重湿陷变形产生的影响

[7]，导致自重湿陷量计算值和实测值产生一定差异。

3.4层拱效应

根据室内试验成果及相关资料[8]，场地所处少陵塬的自重湿陷土层主要是中更新统（Q2）黄土，由于中更新统（Q2）黄土上覆上更新统（Q3）古土壤，古土壤成壤作用较强，土体强度较高，现场浸水试验时，上更新统（Q3）古土壤层形成“拱效应”，使得中更新统（Q2）黄土的自重湿陷性不能很好的表现出来，从而引起自重湿陷量计算值和实测值存在一定差异。

4  结语

综上所述造成西安地铁十五号线神舟二路站场地自重湿陷量计算值与现场实测值差异的原因较多，主要包括土样扰动、边界条件、湿陷土层的分布不连续性和层拱效应等。

只有深入分析总结自重湿陷量计算值与现场实测值差异的原因，才能正确评价黄土地区的场地湿陷类型、地基湿陷等级，为工程建设采取安全、可靠而经济的措施提供科学依据。

参考文献

［1］刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西科学技术出版社,1997

［2］GB 50025—2018湿陷性黄土地区建筑标准[S].2018.(GB 50025—2018)

［3］马侃彦,张继文,刘争宏,等.自重湿陷性黄土场地的试坑浸水试验[J].勘察科学技术,2009(5):33–36

［4］王小军,米维军,熊治文,等.郑西客运专线黄土地基湿陷性现场浸水试验研究[J].铁道学报,2012,34(1):83–90.

［5］西安长安大学工程设计研究院有限公司.西安市地铁十五号线一期工程神舟二路站现场浸水试验报告[R] 西安: 西安长安大学工程设计研究院有限公司.2021

［6］王延辉，张希宏，袁勤刚.大厚度黄土自重湿陷性试验分析研究[J].勘察科学技术，2013(3):5-8.

［7］郑建国，邓国华，刘争宏,等.黄土湿陷性分布不连续对湿陷变形的影响研究[J].岩土工程学报，2015,37(1):165–170.

［8］DBJ 61/T 180-2021陕西省《岩土工程勘察规程》[S].2021.(DBJ 61/T 180-2021)