湿陷性黄土的工程性质及相关研究进展
摘要：全球黄土的分布很广，面积达我国黄土分布面积约1300万km2，约占地球陆地总面积的9.3%。我国的黄土分布面积约为63万多km2，占世界黄土分布总面积的4.9%左右。黄土堆积厚度以我国最大。我国的湿陷性黄土的分布面积约占我国黄土分布总面积的60%，大部分分布在黄河中游地区。当黄土湿陷威胁到建构筑物的运营安全或者工程稳定性时就会演变成一种地质灾害,会使有建构筑物出现不均匀沉降、变形、开裂，严重影响建构筑物的安危。湿陷性黄土湿陷时由于定性上的突发性及定量上的非连续性、不可忽视性，成为制约黄土地区建构筑物变形稳定的典型突出问题。因此在湿陷性黄土地区进行工程建设时，为避免黄土湿陷诱发突发事故，在安全、可靠、稳定的条件下进行合理的设计施工，就必须根据湿陷性黄土的工程特点及要求对湿陷性黄土工程性质有足够的认识并且对场地有进行处治与评价的措施。
关键词 黄土 工程性质 研究进展
Abstract: the global distribution of loess is very wide, area of area of distribution of loess in China is about 13000000 km2, accounting for about 9.3% of the total area of the earth's land. Distribution of loess area in our country is about more than 63 km2, accounting for
4.9% of the total area of the world distribution of Loess around. Loess deposits in China's largest thickness. The distribution area of our country the collapsible loess in China accounts for about 60% of the total area of the Loess distribution, mostly in the middle reaches of the the Yellow River river. When the loess collapsibility threat to building operation safety or engineering stability will evolve into a kind of geological disaster, will make building the uneven settlement, deformation, cracking, seriously affect the construction safety. Collapsible loess collapsibility due to sudden qualitative and
quantitative non continuity, can not be ignored, become the typical problems constraining the loess area building deformation stability. Therefore the process of project construction in collapsible loess area, in order to avoid the collapsibility of loess induced sudden accident, to design reasonable construction in safety, reliability, stable conditions, must according to the engineering characteristics of collapsible loess and requirements for collapsible loess engineering properties have know enough and treatment and evaluation measures on site.
Key words: Loess Engineering properties Research progress
目录
一、湿陷性黄土的工程性质 .................................................................... 3
1.1黄土的微结构特征 ........................................................................ 3
1.1.1黄土的骨架颗粒及其接触关系 ........................................... 3
1.2黄土的基本物理化学性质 ............................................................ 3
1.3黄土的一般力学性质 .................................................................... 5
1.3.1黄土的压缩性 ....................................................................... 5
1.3.2黄土的强度 ........................................................................... 5
二、湿陷性黄土的相关研究进展 ............................................................ 6
2.1灰土垫层与防渗膜复合地基在湿陷性黄土地区应用研究 ........ 6
2.2关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识 ............................ 7
2.3基于三轴试验压实黄土微观结构变化机制研究 ........................ 7
三、结论 ..................................................................................................... 8
四、参考文献............................................................................................. 9
一、湿陷性黄土的工程性质
1.1黄土的微结构特征
黄土的微结构特征指构成土体的固体颗粒和与其有关的孔隙特征，以及它们在空间上的排列。它主要包括：成土过程中比较稳定的大于0.005mm的骨架颗粒的大小、形态、表面特征及定量比例关系及其在空间上的排列方式；在成土过程中易于变化，可再分配的小于0.005mm的黏粒物质的种类及赋存状态；孔隙的大小、形状、数量及分布；骨架颗粒与胶结物间的关系。
1.1.1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由大于0.005mm的碎屑颗粒，尤其是大于0.01mm的“粗粉砂颗粒”是构成黄土结构骨架的基本材料。此外，黄土中还常见一种特殊的骨架颗粒——集粒，它由微颗粒聚集而成，具有一定的刚性，也起着骨架支撑作用。
（2）黄土中的骨架颗粒的接触关系
骨架颗粒是黄土中最坚固的部分，在土体受外力影响时，起着支撑作用，一般不会变形或破坏。它们的赋存状态及相互关系是黄土结构体系中的重要环节，黄土的湿陷和压缩变形往往是通过连接点的断裂或错动而造成的。因此，骨架颗粒的接触关系及连接是否牢固直接影响到整个体系的稳定性。
1.2黄土的基本物理化学性质
（1）粒度成分
黄土以粉粒为主，其含量可达60%以上，粒径小于0.05mm的黏粒含量在一定程度上决定着黄土的物理力学性质，特别是决定着黄土的物理性质，如天然含水量、孔隙大小、液限、塑限、塑性指数等。这一粒级颗粒的含量在各地地层剖面中变化非常显著，变化幅度在5%~33%之间。在西安等关中一带，黏粒含量一般在20%~29%左右，在榆林、靖边、西宁、兰州等地含量较低，一般在6%~15%左右，在太原、洛阳等地，黏粒含量居中，一般在13%~18%之间。粒径小于0.002mm颗粒属于黏粒及胶体粒级的范畴。这一粒级的含量趋势大致与小于0.005mm的粘土粒级相同，在西安、武功、长武、及洛阳等地，其含量较高，一般为10%~15%，其他各地该粒级含量较低，一般不大于10%，介于5%~9%之间。
我国黄土的粒度分布特点：①在我国黄土的主要分布区内，自西往东黄土粒度成分的变化特点是：西黏粒少，中黏粒增多，东则黏粒下降或持平。②在六盘山和吕梁山之间边缘地区的南北带内，黄土粒度中北部砂粒多，自北往南砂粒含量渐减，黏粒含量相应增多，至南部的关中地区黏粒含量可达25%或更高，且这一规律不同程度的适用于不同时代的黄土。
（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%变化，塑性指数为3.3~17.5，大多数为9~12。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。液限小于30%时，则湿陷性一般比较强烈。关中地区的自重湿陷性黄土，液限很少有超过30%的。
（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，与黄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。湿陷性黄土的干重度变化范围在1.14~1.69g/cm3之间。在黄土形成过程中，由于前期固结压力大，土已被压实，干重度超过某一数值后，黄土就由湿陷性转变为非湿陷性。对全新世或晚更新世黄土，孔隙比在0.85~1.24时常具有湿陷性，大多为1.0~1.1，当孔隙比小于0.8时，一般不具有湿陷性。
（4）含水量
湿陷性黄土的天然含水量在3.3%~25.3%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。在塬、梁、峁上的黄土，由于地下水位埋藏较深，含水量通常只有6%~10%；低级阶地上的黄土则由于地下水位较高，其含水量在11%~21%；地下水位以下的饱和黄土含水量可达28%~40%。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。经验表明，一般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。
（5）黄土的化学性质
1.矿物成分
黄土的矿物成分包括粗矿物成分（>0.005mm）和黏土矿物成分（
2.化学成分
西北湿陷性黄土的化学成分中，以SiO2及 Al2O3 和Fe2O3含量高，是黄土中的主要成分，他们与黄土中的石英和长石等含量高有关。二氧化硅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，为重要的胶结物。
3.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。黄土中的水溶盐类含量的多少，对黄土的工程性质有很大的影响。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。
易溶盐：含量在0.003-1.74%之间，个别在4-8%，常见值为0.32%，含量不大，当土中易溶盐含量
中溶盐：含量在0.01-1.44%之间，平均0.3%，含量不大，偶见3%的，研究表明，浸水压缩试验前后土中石膏含量由0.24-0.67%，似乎对湿陷性有一定影响。当石膏呈碎屑颗粒分布时，对土粒既无胶结作用，受水浸湿时也不易溶解，对黄
土的湿陷性没有什么太大的影响。
难溶盐：碳酸钙占全部碳酸盐的90%以上，碳酸镁占10%以下。碳酸钙含量在0.38-25.5之间，平均10%，呈多种形态存在，有碎块状，颗粒状，膜壳状，细晶状，菌丝状，结核状等。黄土中的碳酸钙含量很高，但其溶解度很小常对黄土起骨架作用，增大土体的强度，这在工程性质上是有利的因素，但其长期收到地表水的下移溶解，碳酸钙由固态转变为液态时，建筑物的稳定性也会受到影响。
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。
1.3黄土的一般力学性质
1.3.1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。土的压缩性的大小可以用压缩性指标表示，如压缩系数、压缩指数、压缩模量等。压缩性及压缩性指标用压缩试验取得，压缩试验所得的压缩曲线，不仅可以反映土的压缩性，还可通过压缩曲线了解图的应力历史和结构性的问题，对黄土的力学性质有重要意义。
（1）黄土的压缩性特点
①在天然含水量下，黄土的压缩性一般是不高或是低压缩性的（堆积时代很近的除外），黄土试样层位愈深愈是如此。
1②在饱和状态下，黄土的压缩性有很大增高，除Q外，Q3、Q2黄土均是如
此。一般在低压力段这种增长最大可达7倍，一般可达3~4倍；在中压力段为2~4倍；在高压力段为2~3倍。
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，对不同时代有所不同。
（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构强度的欠压密土。一般欠固结土在自重作用下固结变形还未完成，而这部分变形容易被人忽略，对工程留下隐患。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，上覆土的重量也由承担土骨架。它的结构性表现在其具有一定的结构强度，压缩曲线形状类似超固结土，其结构强度类似于超固结土中的“先期固结压力”，但此二者的形成机理不同。
1.3.2黄土的强度
黄土的强度除与土的颗粒组成、矿物成分、黏粒和可溶盐含量等有关外，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。原苏联学者把土的黏聚力分成两部分，即原始黏聚力和固化黏聚力。原始黏聚力来源于颗粒间的静电力和范德华力，它主要取决于土的颗粒组成、矿物成分、扩散层中的离子成分和密实程度。黏粒含量多，土越密实，颗粒间距离越近，单位面积上土粒间接触点越多，则原始黏聚力大。同一种土，密度大，原始黏聚力就大。当颗粒间相互离开一定距离后，原始黏聚力才完全消失。固化黏聚力决定于存在
于土颗粒间的胶结物质的胶结作用。固化黏聚力除了与胶结物质的强度有关外，还随着时间的推移而强化。土生成年代越久，固化黏聚力越强。天然含水量低的黄土，由于存在架空结构，密度低，因而原始黏聚力较小，而固化黏聚力较大。受水浸湿后产生胶溶作用以致固化黏聚力减弱甚至丧失，强度降低，引起湿陷。
（1）黄土的含水量与抗剪强度的关系
含水量对土的影响很大，这种影响主要表现在黄土的黏聚力c随含水量的增高而减小上；内摩擦角也受影响，但影响次之。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，而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。
（2）黄土的抗剪强度特性
1.饱和黄土的不固结不排水剪特性
不排水剪切强度的大小取决于土体先前的固结历史，先期固结压力越大，不排水剪切强度越大。若由于某种原因使地下水位上升，原来处于地下水位以上非饱和黄土变为饱和黄土时，它的不排水强度一般很小。
2.原状黄土的固结排水剪特性
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。当固结应力超过结构强度时，由于在固结阶段，土的结构强度逐渐遭到破坏，其性质接近扰动土，强度特性近似正常固结土。因此，原状黄土强度包线由两部分组成，前半段受结构强度限制，存在一个黏聚力coc，后半段的延长线通过原点。
3.黄土的无侧限抗压强度
在天然含水量状态下，黄土具有较高的结构强度，土的时代越早其结构强度越大。这个强度除了用抗剪强度指标表示外，还可也用无侧限抗压强度表示。
二、湿陷性黄土的相关研究进展
2.1灰土垫层与防渗膜复合地基在湿陷性黄土地区应用研究
(1)基于非饱和土理论，在参考相关现场试验渗流数据下，通过建立复合土工膜数值计算模型，获得了降雨情况下水分在黄土中的运移规律。发现通过改变复合土工膜的铺设宽度和埋置深度，可使承担主要荷载的地基土体不受降雨入渗影响，防渗膜下地基土的周边边缘含水率有较小变化。在荷载作用下，复合土工膜的应力值较小，复合土工膜主要起防水作用。
(2)在整片灰土垫层的条基模型中，通过灰土垫层和基体不同弹性模量比下的应力应变计算分析中，发现采用灰土垫层处理湿陷性黄土地基时，当这两种岩土材料的弹性模量比在一定的区域内，处理成效良好，若超过这个界限，处理虽能起成效，但从经济效益来讲不适用。本文在调查文献基础上，设定灰土垫层模量不变，为60MPa，发现在黄土和灰土垫层弹模比为0.18时，为处理效果界限，当比值超过0.18时，处理效果有限;在小于0.18时，处理效果良好，在保证地基土体稳定的情况下，比值越小，效果越明显。也即，在E1/E2不大于0.18时，灰土垫层与防渗膜复合地基在处理湿陷黄土地基时有良好效果。
(3)不同工况下，作了条形基础荷载作用下的应力应变分析，发现在复合地基中，附加应力的影响深度随荷载的增大而增大，随条形基础的宽度增大而增大，随灰土垫层厚度的增大而减小。
(4)在对湿陷黄土场地进行局部处理时，通过对不同处理垫层宽度和基础宽的应力应变计算，得到采用局部灰土垫层处理湿陷性黄土地基时，较适宜的垫层宽度为条形基础基底的3倍，处理宽度再增大就不能充分发挥灰土垫层材料的。①
2.2关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识
（1）计算自重湿陷量时，引进一个因深度而异的修正系数，以弥补室内外试验自重湿陷量之间的差异，通过分析若干陇西和关中的典型浸水实例，证明了该方法的可行性。
（2）针对陇西地区，将深度修正系数增加至湿陷量计算值中，采用该方法使湿陷量计算值接近实测值，并可以在一定程度上减小较深部位黄土的剩余湿陷量，达到减小地基处理深度的目的；将扩大湿陷系数阈值与深度修正系数方法联合使用，在扩大湿陷量计算值的同时，有效降低了较深土层的剩余湿陷量。
（3）结合大厚度黄土中性点和和平镇浸水试验的结论，首次提出了大厚度自重湿陷性黄土场地的湿陷临界深度的概念，并将其初步确定为 20～25 m之间，以临界深度为湿陷下限深度，结合深度修正系数和扩大湿陷系数阈值方法，
②可以更为有效地降低较深土层的剩余湿陷量。
2.3基于三轴试验压实黄土微观结构变化机制研究
结合不同围压下压实黄土强度宏观试验与微观试验土样孔隙排列、形态、尺度 3 方面的分析，得到了以下结论:
( 1) 剪切前后孔隙的概率嫡均在 1 附近，变化范围很小; 剪切前后不同围压条件下土颗粒间孔隙在水平方向和竖直方向的排列特征趋于同性，不是导致不同围压下压实黄土强度不同的原因。
( 2) 随着围压的增加，剪切后土样的平均形状系数和周长面积分维值均呈下降趋势; 剪切前后孔隙形态的变化对压实黄土强度不同的贡献较大; 并且土颗粒的团粒化程度与土样强度正相关。
( 3) 孔隙比的变化趋势与压实黄土强度的变化趋势相反; 孔隙尺度的变化是压实黄土强度变化的控制因素，起正面作用，且影响较大。
( 4) 剪切前后微观结构的变化能较好地解释宏观试验现象。③
三、结论
黄土是在干旱和半干旱条件下形成的，在干旱少雨的条件下，由于蒸发量大，水分不断减少，盐类析出，胶体凝结，产生了加固粘聚力，在土湿度不很大的情况下，上覆土层不足以克服土中形成的加固粘聚力，因而形成欠压态，一旦受水浸湿，加固粘聚力消失，就产生湿陷。从内因和外因方面分析影响黄土湿陷性的因素，黄土微观结构特征是其湿陷的内在因素，起决定性作用，水和应力是外在因素，起诱发作用。黄土发生湿陷的机理是黄土在水和力的作用下，其特殊的粒状体架空结构体系发生破坏、孔隙坍塌、颗粒发生结构重组。因此，应对湿陷性黄土有可靠的鉴定和正确的认识，并采取必要的工程措施防止或消除它的湿陷性。
四、参考文献
[1]李子华，灰土垫层与防渗膜复合地基在湿陷性黄土地区应用研究，兰州大学硕士研究生论文，2014
[2] 姚志华，黄雪峰，陈正汉，方祥位，苗强强，张江水，关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识，岩土力学，2014
[3] 陈 伟，张吾渝，马艳霞，常立君，王 萌，基于三轴试验压实黄土微观结构变化机制研究，地震工程学报，2014
湿陷性黄土的工程性质及相关研究进展
摘要：全球黄土的分布很广，面积达我国黄土分布面积约1300万km2，约占地球陆地总面积的9.3%。我国的黄土分布面积约为63万多km2，占世界黄土分布总面积的4.9%左右。黄土堆积厚度以我国最大。我国的湿陷性黄土的分布面积约占我国黄土分布总面积的60%，大部分分布在黄河中游地区。当黄土湿陷威胁到建构筑物的运营安全或者工程稳定性时就会演变成一种地质灾害,会使有建构筑物出现不均匀沉降、变形、开裂，严重影响建构筑物的安危。湿陷性黄土湿陷时由于定性上的突发性及定量上的非连续性、不可忽视性，成为制约黄土地区建构筑物变形稳定的典型突出问题。因此在湿陷性黄土地区进行工程建设时，为避免黄土湿陷诱发突发事故，在安全、可靠、稳定的条件下进行合理的设计施工，就必须根据湿陷性黄土的工程特点及要求对湿陷性黄土工程性质有足够的认识并且对场地有进行处治与评价的措施。
关键词 黄土 工程性质 研究进展
Abstract: the global distribution of loess is very wide, area of area of distribution of loess in China is about 13000000 km2, accounting for about 9.3% of the total area of the earth's land. Distribution of loess area in our country is about more than 63 km2, accounting for
4.9% of the total area of the world distribution of Loess around. Loess deposits in China's largest thickness. The distribution area of our country the collapsible loess in China accounts for about 60% of the total area of the Loess distribution, mostly in the middle reaches of the the Yellow River river. When the loess collapsibility threat to building operation safety or engineering stability will evolve into a kind of geological disaster, will make building the uneven settlement, deformation, cracking, seriously affect the construction safety. Collapsible loess collapsibility due to sudden qualitative and
quantitative non continuity, can not be ignored, become the typical problems constraining the loess area building deformation stability. Therefore the process of project construction in collapsible loess area, in order to avoid the collapsibility of loess induced sudden accident, to design reasonable construction in safety, reliability, stable conditions, must according to the engineering characteristics of collapsible loess and requirements for collapsible loess engineering properties have know enough and treatment and evaluation measures on site.
Key words: Loess Engineering properties Research progress
目录
一、湿陷性黄土的工程性质 .................................................................... 3
1.1黄土的微结构特征 ........................................................................ 3
1.1.1黄土的骨架颗粒及其接触关系 ........................................... 3
1.2黄土的基本物理化学性质 ............................................................ 3
1.3黄土的一般力学性质 .................................................................... 5
1.3.1黄土的压缩性 ....................................................................... 5
1.3.2黄土的强度 ........................................................................... 5
二、湿陷性黄土的相关研究进展 ............................................................ 6
2.1灰土垫层与防渗膜复合地基在湿陷性黄土地区应用研究 ........ 6
2.2关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识 ............................ 7
2.3基于三轴试验压实黄土微观结构变化机制研究 ........................ 7
三、结论 ..................................................................................................... 8
四、参考文献............................................................................................. 9
一、湿陷性黄土的工程性质
1.1黄土的微结构特征
黄土的微结构特征指构成土体的固体颗粒和与其有关的孔隙特征，以及它们在空间上的排列。它主要包括：成土过程中比较稳定的大于0.005mm的骨架颗粒的大小、形态、表面特征及定量比例关系及其在空间上的排列方式；在成土过程中易于变化，可再分配的小于0.005mm的黏粒物质的种类及赋存状态；孔隙的大小、形状、数量及分布；骨架颗粒与胶结物间的关系。
1.1.1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由大于0.005mm的碎屑颗粒，尤其是大于0.01mm的“粗粉砂颗粒”是构成黄土结构骨架的基本材料。此外，黄土中还常见一种特殊的骨架颗粒——集粒，它由微颗粒聚集而成，具有一定的刚性，也起着骨架支撑作用。
（2）黄土中的骨架颗粒的接触关系
骨架颗粒是黄土中最坚固的部分，在土体受外力影响时，起着支撑作用，一般不会变形或破坏。它们的赋存状态及相互关系是黄土结构体系中的重要环节，黄土的湿陷和压缩变形往往是通过连接点的断裂或错动而造成的。因此，骨架颗粒的接触关系及连接是否牢固直接影响到整个体系的稳定性。
1.2黄土的基本物理化学性质
（1）粒度成分
黄土以粉粒为主，其含量可达60%以上，粒径小于0.05mm的黏粒含量在一定程度上决定着黄土的物理力学性质，特别是决定着黄土的物理性质，如天然含水量、孔隙大小、液限、塑限、塑性指数等。这一粒级颗粒的含量在各地地层剖面中变化非常显著，变化幅度在5%~33%之间。在西安等关中一带，黏粒含量一般在20%~29%左右，在榆林、靖边、西宁、兰州等地含量较低，一般在6%~15%左右，在太原、洛阳等地，黏粒含量居中，一般在13%~18%之间。粒径小于0.002mm颗粒属于黏粒及胶体粒级的范畴。这一粒级的含量趋势大致与小于0.005mm的粘土粒级相同，在西安、武功、长武、及洛阳等地，其含量较高，一般为10%~15%，其他各地该粒级含量较低，一般不大于10%，介于5%~9%之间。
我国黄土的粒度分布特点：①在我国黄土的主要分布区内，自西往东黄土粒度成分的变化特点是：西黏粒少，中黏粒增多，东则黏粒下降或持平。②在六盘山和吕梁山之间边缘地区的南北带内，黄土粒度中北部砂粒多，自北往南砂粒含量渐减，黏粒含量相应增多，至南部的关中地区黏粒含量可达25%或更高，且这一规律不同程度的适用于不同时代的黄土。
（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%变化，塑性指数为3.3~17.5，大多数为9~12。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。液限小于30%时，则湿陷性一般比较强烈。关中地区的自重湿陷性黄土，液限很少有超过30%的。
（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，与黄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。湿陷性黄土的干重度变化范围在1.14~1.69g/cm3之间。在黄土形成过程中，由于前期固结压力大，土已被压实，干重度超过某一数值后，黄土就由湿陷性转变为非湿陷性。对全新世或晚更新世黄土，孔隙比在0.85~1.24时常具有湿陷性，大多为1.0~1.1，当孔隙比小于0.8时，一般不具有湿陷性。
（4）含水量
湿陷性黄土的天然含水量在3.3%~25.3%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。在塬、梁、峁上的黄土，由于地下水位埋藏较深，含水量通常只有6%~10%；低级阶地上的黄土则由于地下水位较高，其含水量在11%~21%；地下水位以下的饱和黄土含水量可达28%~40%。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。经验表明，一般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。
（5）黄土的化学性质
1.矿物成分
黄土的矿物成分包括粗矿物成分（>0.005mm）和黏土矿物成分（
2.化学成分
西北湿陷性黄土的化学成分中，以SiO2及 Al2O3 和Fe2O3含量高，是黄土中的主要成分，他们与黄土中的石英和长石等含量高有关。二氧化硅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，为重要的胶结物。
3.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。黄土中的水溶盐类含量的多少，对黄土的工程性质有很大的影响。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。
易溶盐：含量在0.003-1.74%之间，个别在4-8%，常见值为0.32%，含量不大，当土中易溶盐含量
中溶盐：含量在0.01-1.44%之间，平均0.3%，含量不大，偶见3%的，研究表明，浸水压缩试验前后土中石膏含量由0.24-0.67%，似乎对湿陷性有一定影响。当石膏呈碎屑颗粒分布时，对土粒既无胶结作用，受水浸湿时也不易溶解，对黄
土的湿陷性没有什么太大的影响。
难溶盐：碳酸钙占全部碳酸盐的90%以上，碳酸镁占10%以下。碳酸钙含量在0.38-25.5之间，平均10%，呈多种形态存在，有碎块状，颗粒状，膜壳状，细晶状，菌丝状，结核状等。黄土中的碳酸钙含量很高，但其溶解度很小常对黄土起骨架作用，增大土体的强度，这在工程性质上是有利的因素，但其长期收到地表水的下移溶解，碳酸钙由固态转变为液态时，建筑物的稳定性也会受到影响。
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。
1.3黄土的一般力学性质
1.3.1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。土的压缩性的大小可以用压缩性指标表示，如压缩系数、压缩指数、压缩模量等。压缩性及压缩性指标用压缩试验取得，压缩试验所得的压缩曲线，不仅可以反映土的压缩性，还可通过压缩曲线了解图的应力历史和结构性的问题，对黄土的力学性质有重要意义。
（1）黄土的压缩性特点
①在天然含水量下，黄土的压缩性一般是不高或是低压缩性的（堆积时代很近的除外），黄土试样层位愈深愈是如此。
1②在饱和状态下，黄土的压缩性有很大增高，除Q外，Q3、Q2黄土均是如
此。一般在低压力段这种增长最大可达7倍，一般可达3~4倍；在中压力段为2~4倍；在高压力段为2~3倍。
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，对不同时代有所不同。
（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构强度的欠压密土。一般欠固结土在自重作用下固结变形还未完成，而这部分变形容易被人忽略，对工程留下隐患。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，上覆土的重量也由承担土骨架。它的结构性表现在其具有一定的结构强度，压缩曲线形状类似超固结土，其结构强度类似于超固结土中的“先期固结压力”，但此二者的形成机理不同。
1.3.2黄土的强度
黄土的强度除与土的颗粒组成、矿物成分、黏粒和可溶盐含量等有关外，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。原苏联学者把土的黏聚力分成两部分，即原始黏聚力和固化黏聚力。原始黏聚力来源于颗粒间的静电力和范德华力，它主要取决于土的颗粒组成、矿物成分、扩散层中的离子成分和密实程度。黏粒含量多，土越密实，颗粒间距离越近，单位面积上土粒间接触点越多，则原始黏聚力大。同一种土，密度大，原始黏聚力就大。当颗粒间相互离开一定距离后，原始黏聚力才完全消失。固化黏聚力决定于存在
于土颗粒间的胶结物质的胶结作用。固化黏聚力除了与胶结物质的强度有关外，还随着时间的推移而强化。土生成年代越久，固化黏聚力越强。天然含水量低的黄土，由于存在架空结构，密度低，因而原始黏聚力较小，而固化黏聚力较大。受水浸湿后产生胶溶作用以致固化黏聚力减弱甚至丧失，强度降低，引起湿陷。
（1）黄土的含水量与抗剪强度的关系
含水量对土的影响很大，这种影响主要表现在黄土的黏聚力c随含水量的增高而减小上；内摩擦角也受影响，但影响次之。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，而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。
（2）黄土的抗剪强度特性
1.饱和黄土的不固结不排水剪特性
不排水剪切强度的大小取决于土体先前的固结历史，先期固结压力越大，不排水剪切强度越大。若由于某种原因使地下水位上升，原来处于地下水位以上非饱和黄土变为饱和黄土时，它的不排水强度一般很小。
2.原状黄土的固结排水剪特性
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。当固结应力超过结构强度时，由于在固结阶段，土的结构强度逐渐遭到破坏，其性质接近扰动土，强度特性近似正常固结土。因此，原状黄土强度包线由两部分组成，前半段受结构强度限制，存在一个黏聚力coc，后半段的延长线通过原点。
3.黄土的无侧限抗压强度
在天然含水量状态下，黄土具有较高的结构强度，土的时代越早其结构强度越大。这个强度除了用抗剪强度指标表示外，还可也用无侧限抗压强度表示。
二、湿陷性黄土的相关研究进展
2.1灰土垫层与防渗膜复合地基在湿陷性黄土地区应用研究
(1)基于非饱和土理论，在参考相关现场试验渗流数据下，通过建立复合土工膜数值计算模型，获得了降雨情况下水分在黄土中的运移规律。发现通过改变复合土工膜的铺设宽度和埋置深度，可使承担主要荷载的地基土体不受降雨入渗影响，防渗膜下地基土的周边边缘含水率有较小变化。在荷载作用下，复合土工膜的应力值较小，复合土工膜主要起防水作用。
(2)在整片灰土垫层的条基模型中，通过灰土垫层和基体不同弹性模量比下的应力应变计算分析中，发现采用灰土垫层处理湿陷性黄土地基时，当这两种岩土材料的弹性模量比在一定的区域内，处理成效良好，若超过这个界限，处理虽能起成效，但从经济效益来讲不适用。本文在调查文献基础上，设定灰土垫层模量不变，为60MPa，发现在黄土和灰土垫层弹模比为0.18时，为处理效果界限，当比值超过0.18时，处理效果有限;在小于0.18时，处理效果良好，在保证地基土体稳定的情况下，比值越小，效果越明显。也即，在E1/E2不大于0.18时，灰土垫层与防渗膜复合地基在处理湿陷黄土地基时有良好效果。
(3)不同工况下，作了条形基础荷载作用下的应力应变分析，发现在复合地基中，附加应力的影响深度随荷载的增大而增大，随条形基础的宽度增大而增大，随灰土垫层厚度的增大而减小。
(4)在对湿陷黄土场地进行局部处理时，通过对不同处理垫层宽度和基础宽的应力应变计算，得到采用局部灰土垫层处理湿陷性黄土地基时，较适宜的垫层宽度为条形基础基底的3倍，处理宽度再增大就不能充分发挥灰土垫层材料的。①
2.2关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识
（1）计算自重湿陷量时，引进一个因深度而异的修正系数，以弥补室内外试验自重湿陷量之间的差异，通过分析若干陇西和关中的典型浸水实例，证明了该方法的可行性。
（2）针对陇西地区，将深度修正系数增加至湿陷量计算值中，采用该方法使湿陷量计算值接近实测值，并可以在一定程度上减小较深部位黄土的剩余湿陷量，达到减小地基处理深度的目的；将扩大湿陷系数阈值与深度修正系数方法联合使用，在扩大湿陷量计算值的同时，有效降低了较深土层的剩余湿陷量。
（3）结合大厚度黄土中性点和和平镇浸水试验的结论，首次提出了大厚度自重湿陷性黄土场地的湿陷临界深度的概念，并将其初步确定为 20～25 m之间，以临界深度为湿陷下限深度，结合深度修正系数和扩大湿陷系数阈值方法，
②可以更为有效地降低较深土层的剩余湿陷量。
2.3基于三轴试验压实黄土微观结构变化机制研究
结合不同围压下压实黄土强度宏观试验与微观试验土样孔隙排列、形态、尺度 3 方面的分析，得到了以下结论:
( 1) 剪切前后孔隙的概率嫡均在 1 附近，变化范围很小; 剪切前后不同围压条件下土颗粒间孔隙在水平方向和竖直方向的排列特征趋于同性，不是导致不同围压下压实黄土强度不同的原因。
( 2) 随着围压的增加，剪切后土样的平均形状系数和周长面积分维值均呈下降趋势; 剪切前后孔隙形态的变化对压实黄土强度不同的贡献较大; 并且土颗粒的团粒化程度与土样强度正相关。
( 3) 孔隙比的变化趋势与压实黄土强度的变化趋势相反; 孔隙尺度的变化是压实黄土强度变化的控制因素，起正面作用，且影响较大。
( 4) 剪切前后微观结构的变化能较好地解释宏观试验现象。③
三、结论
黄土是在干旱和半干旱条件下形成的，在干旱少雨的条件下，由于蒸发量大，水分不断减少，盐类析出，胶体凝结，产生了加固粘聚力，在土湿度不很大的情况下，上覆土层不足以克服土中形成的加固粘聚力，因而形成欠压态，一旦受水浸湿，加固粘聚力消失，就产生湿陷。从内因和外因方面分析影响黄土湿陷性的因素，黄土微观结构特征是其湿陷的内在因素，起决定性作用，水和应力是外在因素，起诱发作用。黄土发生湿陷的机理是黄土在水和力的作用下，其特殊的粒状体架空结构体系发生破坏、孔隙坍塌、颗粒发生结构重组。因此，应对湿陷性黄土有可靠的鉴定和正确的认识，并采取必要的工程措施防止或消除它的湿陷性。
四、参考文献
[1]李子华，灰土垫层与防渗膜复合地基在湿陷性黄土地区应用研究，兰州大学硕士研究生论文，2014
[2] 姚志华，黄雪峰，陈正汉，方祥位，苗强强，张江水，关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识，岩土力学，2014
[3] 陈 伟，张吾渝，马艳霞，常立君，王 萌，基于三轴试验压实黄土微观结构变化机制研究，地震工程学报，2014