1、黄土分类定名体系之二 以湿陷特性为基础的体系，如非湿陷性黄土，湿陷性黄土；自重湿陷性黄土，非自重湿陷性黄土等。对于第二种分类定名体系，由于它为我国历代湿陷性黄土地基规范所采用而在岩土工程界影响最深6。但它只能提供关于黄土湿陷特性方面的信息，而且这些信息又以黄土在侧限低压力压缩下饱和浸水所得的湿陷变形为基础，与通常工程上遇到的非侧限（一般为有限侧胀）非饱和（一般为不同增湿）和非低压（较大的建筑物）的条件有较大的出入，使得湿陷性的有关指标在工程计算应用上受到限制，大大减弱了它的应用价值。此外，它除了关于黄土湿陷性在特定条件下的有关信息之外，很难从它了解到关于黄土强度，渗透或其他性质的任何信息。它虽
2、然抓住了一个最重要的性质，但作为黄土的分类却有太大的局限性。黄土分类定名体系之三 以颗粒组成特性为基础的体系，如砂黄土、粉黄土、粘黄土以及砂质粉黄土、粘质粉黄土、粉质粘黄土等。该定名体系与土力学中常用的分类定名思路相一致，体现了将粘粒含量视为土的粒径组成影响土性最活跃的因素这一规律。尽管颗粒组成只是由扰动土的土颗粒大小级配来反映。但众所周知，它在一定程度上也是造成土矿物成分，结构排列，湿密程度以及力学特性上差异的重要依据，如粗粒土，一般多为单粒结构，石英成分，薄膜水少，透水力强，无粘性；而细粒土多为絮状结构，粘土矿物，薄膜水多，有粘结强度，透水性差等等。64pI176pI17pI砂黄土粉黄土粘
3、黄土砂质粉黄土粉黄土粘质粉黄土 96pI159pI1715pI 黄土的湿陷性是指天然低湿度下具有明显高强度和低压缩性的黄土一旦浸水甚至增湿时会发生强度大幅度骤降和变形大幅度突增的特性。它们在定量上的不可忽视性和在定性上的急速发展性，是黄土变形影响其上建筑物稳定性的两大突出问题。侧限条件下黄土的湿陷变形特性ep浸水湿陷性系数0hhhpps根据现行地基基础设计规范规定，测定湿陷系数的压力为基础底面下10m以内取200kPa，10m以下至非湿陷性土层取300kPa。再根据湿陷系数判定土的湿陷性：015.0s015.0s：定为非湿陷性黄土：定为湿陷性黄土自重湿陷系数0hhhzzzs 保持天然湿度和结构
4、的土样，在上覆土层饱和自重压力下压缩稳定时的土样高度；再浸水作用下压缩稳定后土样的高度；土样的原始高度。zh zh0h计算自重湿陷量inizsizsh10计算到自重湿陷系数小于0.015的土层；1.5（陇西）、1.2(陇东、陕北）0.7（关中）、0.5（其他地区）。0依据场地土自重湿陷量判定土的自重湿陷性当实测或自重湿陷量小于或等于7cm时判定为非自重湿陷性土。当实测或自重湿陷量大于7cm时判定为自重湿陷性土。湿陷等级划分根据总湿陷量和自重湿陷量，将自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土地基分为（轻微）、（中等）、（严重）、（很严重）4级。湿陷类型 计算自重湿陷量总湿陷量 非自重湿陷性黄土地基自重湿
5、陷性黄土地基（轻微）（中等）（中等）或（严重）（严重）（很严重）cmzs/7zs257zs25zscmz/30z6030z60z三轴条件下黄土的湿陷变形特性通过等应力比三轴压缩仪进行分级浸水试验，确定出不同浸湿含水量和等应力比的球应力与湿陷体应变关系和广义剪应力与湿陷剪应变关系，可以建立不同含水量下湿陷屈服函数，应用弹塑性理论描述三维应力条件下的湿陷变形发展。qs13/Kpvs13/K 近年来，黄土力学的研究出现了近年来，黄土力学的研究出现了由侧限由侧限压缩到三轴压缩，压缩到三轴压缩，由常规三轴应力路径到由常规三轴应力路径到多种复杂应力路径，多种复杂应力路径，由浸水湿陷量到湿陷由浸水湿陷量到湿
6、陷敏感性，敏感性，由狭义的浸水饱和湿陷到广义的由狭义的浸水饱和湿陷到广义的浸水增湿湿陷，浸水增湿湿陷，由单调的增湿变形到增湿由单调的增湿变形到增湿减湿、间歇性湿陷变形，减湿、间歇性湿陷变形，由增（减）湿路由增（减）湿路径到增（减）湿路径与加（卸）荷路径的耦合，径到增（减）湿路径与加（卸）荷路径的耦合，由湿陷性到湿剪性以及由宏观特性分析到宏、由湿陷性到湿剪性以及由宏观特性分析到宏、微观结合的力学特性分析等诸多方面的发展微观结合的力学特性分析等诸多方面的发展。土的结构性是土颗粒空间排列和粒间联结作用的力学效应。对土的力学性质有显著的影响。黄土以粉粒为主、孔隙发育、富含碳酸盐，具有显著地结构性。黄土
7、的微结构l黄土的结构可视为一个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的空间结构体系。l 排列方式包括支架排列和镶嵌排列（大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙）；l 连接方式包括点接触和面接触；l 点接触、架空孔隙占优势的结构，湿陷性大；集粒或凝块，面接触、粒间孔隙占优势的结构，湿陷性小。黄土的微结构类型1、微胶结结构组合支架大孔微胶结结构镶嵌微孔微胶结结构支架大孔半胶结结构镶嵌微孔半胶结结构絮凝状胶结结构凝块状胶结结构2、半胶结结构组合3、胶结结构组合黄土的结构性当代土结构性研究的三条基本途径，即细观形态学途径，固体力学途径固体力学途径及土力学途径土力学途径时，细观形态学对土结构性研究在深化土性变化机理分
8、析上已发挥重大作用但难以定量地引入本构关系表述。目前，将黄土受力、水作用后结构由损伤到破坏作定量描述的固体力学方法，因其可以回避在寻求独立表示土结构性参数上的困难，使结构性本构关系的建立出现了新的活跃。但它仍然遇到了建立不同湿密状态土在受到外力作用过程中损伤变量正确表述的困难。如果能够找到一个能合理反映土的结构性及其随水与力的作用而变化的土结构性参数，无疑会使问题的解决更加直观、更加灵活，会使土力学的参数体系更加完善。原状黄土一般都具有结构性和结构强度，即具有较高的抗压和抗剪能力。一旦固化联结键被破坏，如浸水、扰动等，就会发生承载力降低，湿陷性和强度弱化等现象。结构性黄土类似于超压密土，但它的
9、结构强度易受应力状态和浸水的影响。随着围压增大超过某一限度后结构性将被破坏；随着含水率增大，水膜增厚，胶结物溶解，结构性逐渐减弱，强度也在降低。原状黄土的应力应变关系曲线强软化弱软化理想塑性强硬化弱硬化原状样 w=8.5%02004006008001000051015201(%)1-3(kPa)围压100kPa围压50kPa围压300kPa围压200kPa固结围压200kPa020040060080010001200140016001800051015201（%）1-3（kPa）饱和原状样重塑样W=2%原状样W=2%Q3黄土随围压增大变化条件下的应力应变曲线Q3黄土扰动重塑与饱和作用下结构性变
10、化后的应力应变曲线强硬化型应力应变关系数学描述弱硬化型或理想塑性应力应变关系数学描述弱软化型应力应变关系数学描述强软化型应力应变关系数学描述11121)(1121)(ba 1121)(NMe211121)()()(baca)(211)(211)(211)(211 黄土的强度仍然可以用莫尔库伦定律描述。但是，原状黄土的抗剪强度与它的结构性和含水量变化有密切的关系；强度指标随结构性的丧失而减小，随含水量的增大而降低。基础设施建设基础设施建设地基变形深基坑边坡稳定渠系建筑物地基变形塬边渠道高边坡稳定渠、库岸临水边坡稳定 引水、输水隧洞（如南水北调的穿黄隧洞等）渠系渗水，库水位抬高对建筑物的影响l多、
11、高层建筑：l水利工程：l水土流失水土流失 生态破坏生态破坏 铁路公路的深路堑边坡稳定铁路公路的深路堑边坡稳定高填方地基、路基的沉降变形高填方地基、路基的沉降变形交通隧道（公路交通隧道（公路 、铁路、地铁等）、铁路、地铁等）桥梁地基变形桥梁地基变形l交通工程：交通工程：l黄土地基工程：浅地层黄土，常具湿陷性（水敏性），增湿 机率高，影响大，既有增湿湿陷问题，又有增湿强度问题 l黄土边坡工程：浅地层黄土，虽常具湿陷性，坡面防护后，入渗水量少，有滑动的湿强度问题，增湿变形问题不大，但地下水位上升或临水时问题多 l黄土洞室问题：深地层黄土，常不具湿陷性，且密度高，年代久，一般无黄土水敏性造 成为害的危
12、险 l黄土环境工程：主要对象是表层黄土，以防止其冲蚀破坏引起水土流失问题和水环境变化、甚至恶化引起土体破坏与变形的问题为主，研究对它们预测和防治的方法与措施 l1 1、陇西地区、陇西地区l2 2、陇东、陇东-陕北陕北晋西地区晋西地区l3 3、关中地区、关中地区l4 4、山西地区、山西地区 4-1汾河流域区汾河流域区4-晋东南区晋东南区l、河南地区、河南地区7-1 宁陕区宁陕区7-2河西走廊区河西走廊区7-3内蒙中部内蒙中部辽西区辽西区6-1河北区河北区6-2 山东区山东区l6、冀鲁地区、冀鲁地区l7、北部边缘地区、北部边缘地区l8、新疆地区、新疆地区l黄土黄土洞室洞室工程与一般土类中的洞室工程
13、没有太大的工程与一般土类中的洞室工程没有太大的差异，只是材料变形强度的规律有异，可以按土工差异，只是材料变形强度的规律有异，可以按土工学的一般理论和学的一般理论和 方法处理有关问题方法处理有关问题 。从黄土水敏性这一个从黄土水敏性这一个特殊土类特殊土类造成的危害考虑造成的危害考虑l黄土黄土地基地基工程的问题一直是重点，必须解决好地基工程的问题一直是重点，必须解决好地基的增湿湿陷变形问题和承载力的问题的增湿湿陷变形问题和承载力的问题l黄土黄土边坡边坡工程应注意和控制坡体含水量变化可能导工程应注意和控制坡体含水量变化可能导致坡体黄土强度降低的问题致坡体黄土强度降低的问题l地基地基工程有规范，工程有
14、规范，边坡边坡工程有文献，工程有文献，洞室洞室工程研工程研究少究少l 综上，湿陷问题仍然是水环境可能发生变化的工综上，湿陷问题仍然是水环境可能发生变化的工业、民用低、多层建筑物地基，公路路基、边坡等业、民用低、多层建筑物地基，公路路基、边坡等工程的工程的重要问题重要问题；对高层建筑，湿陷问题已；对高层建筑，湿陷问题已转变转变为为桩的负摩擦对桩基承载力影响的问题。对高边坡、桩的负摩擦对桩基承载力影响的问题。对高边坡、洞室工程，黄土湿陷问题已经洞室工程，黄土湿陷问题已经让位让位于黄土结构性及于黄土结构性及非饱和性的影响，使材料特性规律的研究非饱和性的影响，使材料特性规律的研究更加突出更加突出 l第
15、一代第一代 BJG20-66 规范规范 l第二代第二代 TJ25-78 规范规范 l第三代第三代 GBJ2578 规范规范 l第四代第四代 GB50025-规范规范l应该渗进几十年内广大黄土科技工作者的应该渗进几十年内广大黄土科技工作者的心血与成果心血与成果和广大黄和广大黄土地区建设者的土地区建设者的汗水智慧与经验汗水智慧与经验l它的它的完善完善成了黄土工程与黄土力学工作者关心的成了黄土工程与黄土力学工作者关心的热点热点问题问题 l以一般工业与民用低、多层房屋建筑物为以一般工业与民用低、多层房屋建筑物为主要主要工程对象工程对象l以湿陷性黄土地基饱和浸水为以湿陷性黄土地基饱和浸水为设防控制条件设
16、防控制条件 l以地基处理为主的综合措施为以地基处理为主的综合措施为基本设计原则基本设计原则l以工程经验及基本的试验研究为以工程经验及基本的试验研究为主要依据主要依据 l1 1、按黄土湿陷系数判定场地中湿陷性黄土的按黄土湿陷系数判定场地中湿陷性黄土的分布范围分布范围（沿深度各土层和平面各地段）和（沿深度各土层和平面各地段）和湿陷类型湿陷类型（非自重湿陷（非自重湿陷性和自重湿陷性）性和自重湿陷性）l 2 2、按湿陷系数和土层分布计算按湿陷系数和土层分布计算湿陷量湿陷量（对场地计算自（对场地计算自重湿陷量；对地基计算湿陷量），据以鉴定出黄土地基的重湿陷量；对地基计算湿陷量），据以鉴定出黄土地基的湿陷
17、等级湿陷等级l 3 3、将地基的湿陷等级与、将地基的湿陷等级与建筑物建筑物的不同的不同类型类型相结合，并相结合，并参考当地黄土工程建设的参考当地黄土工程建设的经验经验，提出对地基，提出对地基全部消除全部消除湿陷湿陷量或量或部分消除部分消除湿陷量的要求湿陷量的要求l4 4、检验黄土地基满足上述要求后的检验黄土地基满足上述要求后的实际变形量实际变形量和和承载承载力力是否均控制在建筑物能允许的范围内，并满足其对按是否均控制在建筑物能允许的范围内，并满足其对按安安全系数全系数的要求的要求 l1 1、测定湿陷系数的、测定湿陷系数的压力压力问题问题l、采用侧限压缩试验的湿陷系数计算场地与地基湿、采用侧限压
18、缩试验的湿陷系数计算场地与地基湿陷量的陷量的正确性正确性问题问题l、合理划分地基湿陷等级的、合理划分地基湿陷等级的标准标准问题问题l、地基湿陷等级、处理范围与不同类型建筑物正常、地基湿陷等级、处理范围与不同类型建筑物正常工作间的工作间的有效协调有效协调问题问题l、湿陷性黄土地基的真实变形量与真实安全度的、湿陷性黄土地基的真实变形量与真实安全度的评评价价问题问题l、浸水机率浸水机率或不同或不同增湿条件增湿条件对地基变形、强度的影对地基变形、强度的影响问题响问题 原则原则l计算简化，但有科学依据计算简化，但有科学依据l偏于安全，但不过分浪费偏于安全，但不过分浪费 趋势趋势需要理论与实践间，黄土力学
19、与黄土工程需要理论与实践间，黄土力学与黄土工程 间，间，自觉、长期、艰苦的磨合与互促自觉、长期、艰苦的磨合与互促。l1.1.逐渐由逐渐由最大湿陷势最大湿陷势的设计原则向的设计原则向可能湿陷势可能湿陷势的设计原则转变的设计原则转变l2.2.将将场地场地湿陷性评价与湿陷性评价与地基地基湿陷计算分开。前者可在标准压湿陷计算分开。前者可在标准压力下进行，可以用侧限增湿压缩试验的湿陷系数与基本的分层力下进行，可以用侧限增湿压缩试验的湿陷系数与基本的分层总和法，作出总和法，作出勘察阶段勘察阶段的评价；后者宜反映实际压力，考虑基的评价；后者宜反映实际压力，考虑基础的尺寸和埋深，在科学指导下寻求这些影响因素下
20、合理的简础的尺寸和埋深，在科学指导下寻求这些影响因素下合理的简化计算方法或对分层总和法合理的修正系数，作出化计算方法或对分层总和法合理的修正系数，作出设计阶段设计阶段的的计算计算l3.3.计算中反映黄土计算中反映黄土增湿增湿对强度参数的影响对强度参数的影响l4.对几十年来黄土工程建设的丰富对几十年来黄土工程建设的丰富经验经验作出的作出的科学总结科学总结，进一，进一步开展步开展有组织、有计划、有针对性、长期、系统的有组织、有计划、有针对性、长期、系统的科学研究工科学研究工作作 l揭示揭示黄土特殊的力学规律（水敏性、结构性、非饱和性）黄土特殊的力学规律（水敏性、结构性、非饱和性）l评定评定黄土工程
21、的强度与变形稳定性黄土工程的强度与变形稳定性 评定评定是是揭示揭示的的目标、方向和动力目标、方向和动力揭示揭示是是评定评定的的潜力、后盾和基础潜力、后盾和基础l对于对于湿陷性湿陷性黄土黄土-着重于增湿着重于增湿湿陷变形湿陷变形与桩的与桩的湿陷负摩擦湿陷负摩擦地基、地基、临水边坡临水边坡l对于对于非湿陷性非湿陷性黄土黄土-着重于基本的材料着重于基本的材料特性规律特性规律-边坡、洞室边坡、洞室 l黄土的水敏性引起的湿陷变形量与问题仍然是黄土的水敏性引起的湿陷变形量与问题仍然是黄土力学黄土力学研究的中心研究的中心，但桩基承载力问题及材，但桩基承载力问题及材料特性问题必须给以料特性问题必须给以足够的重
22、视足够的重视。黄土力学特性研究黄土力学特性研究天然含水量下载荷引起的天然含水量下载荷引起的变形量变形量 增湿含水量下载荷引起的增湿含水量下载荷引起的变形量变形量载荷引起的载荷引起的湿陷变形量湿陷变形量l力学参数法力学参数法-分层总和法分层总和法 数学模型数学模型物理模型物理模型湿陷系数（广义湿陷系数）湿陷系数（广义湿陷系数）变形模量变形模量l本构模型法本构模型法-有限单元法有限单元法l湿陷系数法湿陷系数法 饱和浸水湿陷系数饱和浸水湿陷系数-我国黄土湿陷地基规范的基础我国黄土湿陷地基规范的基础 增湿（广义）湿陷系数增湿（广义）湿陷系数-已有突破性、实用性进展已有突破性、实用性进展l变形模量法变形
23、模量法 室内试验的模量室内试验的模量-压缩模量（侧限），变形模量（无压缩模量（侧限），变形模量（无侧限）侧限）载荷试验的模量载荷试验的模量-变形模量（有限侧限）、弦线模量变形模量（有限侧限）、弦线模量（非线性）（非线性）l数学模型法数学模型法以以非线性弹性非线性弹性理论为基础，对不同型式的应力理论为基础，对不同型式的应力-应变关系曲线（强、弱应变关系曲线（强、弱硬化型，强、弱软化型）作出硬化型，强、弱软化型）作出数学拟合数学拟合，据以求出切线模量和切线波，据以求出切线模量和切线波桑比等材料特性参数，作出变形分析计算；桑比等材料特性参数，作出变形分析计算；以以弹、塑性弹、塑性理论为基础，由建立的
24、弹塑性变形增量与应力增量间的理论为基础，由建立的弹塑性变形增量与应力增量间的关系，计算材料受荷引起的变形。关系，计算材料受荷引起的变形。塑性变形塑性变形部分关系的建立，一般可以立足于部分关系的建立，一般可以立足于塑性力学塑性力学，也可以立足也可以立足于于损伤力学损伤力学。增湿湿陷变形可以按起始含水量与增湿增湿湿陷变形可以按起始含水量与增湿 含水量下材料的变形差求取，含水量下材料的变形差求取，也可以将含水量视为也可以将含水量视为广义的应力广义的应力，与实际应力状态一起作为变量，与实际应力状态一起作为变量，直接推求计算关系式。直接推求计算关系式。l物理模型法物理模型法黄土工程与黄土力学是黄土地区工
25、程建设迅速黄土工程与黄土力学是黄土地区工程建设迅速发的发的双轨双轨黄土工程与黄土力学的黄土工程与黄土力学的结合结合是黄土地区工程建是黄土地区工程建设迅速发展的设迅速发展的火车头火车头 l、大自然给了中国黄土力学与黄土工程工作者一个、大自然给了中国黄土力学与黄土工程工作者一个广阔广阔的活动天地的活动天地；西部大开发的战略为这个广阔天地上的工作；西部大开发的战略为这个广阔天地上的工作者带来了者带来了春天春天，使他们可以，使他们可以大有作为大有作为。黄土力学应该。黄土力学应该瞄准瞄准黄土工程，黄土工程应该黄土工程，黄土工程应该吸纳吸纳黄土力学；黄土力学；l、黄土力学与黄土工程的、黄土力学与黄土工程的
26、结合点结合点主要有：增湿特性与增主要有：增湿特性与增湿湿陷变形计算；桩周黄土湿陷负摩擦计算；正确描述黄湿湿陷变形计算；桩周黄土湿陷负摩擦计算；正确描述黄土材料特性的本构关系；黄土的动力特性；黄土地基处理土材料特性的本构关系；黄土的动力特性；黄土地基处理的经验、措施与方法；黄土工程的系统观测与分析；的经验、措施与方法；黄土工程的系统观测与分析；l、黄土作为土力学特殊对象的根本原因在于它变形强度、黄土作为土力学特殊对象的根本原因在于它变形强度特性上的特性上的水敏性水敏性。发掘、建立水参与下黄土的强度变形规。发掘、建立水参与下黄土的强度变形规律，防止、减少工程事故的发生，既是黄土力学的律，防止、减少
27、工程事故的发生，既是黄土力学的核心任核心任务务，也是黄土工程的，也是黄土工程的根本目标根本目标；l、黄土地区工程建设与黄土、黄土地区工程建设与黄土水敏性水敏性关系最为密切的是黄关系最为密切的是黄土地基工程；黄土边坡工程与黄土洞室工程因其具体条件土地基工程；黄土边坡工程与黄土洞室工程因其具体条件而居于相对次要的地位；黄土力学把解决湿陷性黄土湿陷而居于相对次要的地位；黄土力学把解决湿陷性黄土湿陷变形发展过程（尤其是变形发展过程（尤其是增湿湿陷变形发展过程增湿湿陷变形发展过程）的机理、）的机理、分析与计算及其对建筑物地基变形与承载力的影响作为主分析与计算及其对建筑物地基变形与承载力的影响作为主攻方向
28、是攻方向是没有选择余地没有选择余地的；的；l、无论黄土工程的经验、方法和措施，还是黄土力学的、无论黄土工程的经验、方法和措施，还是黄土力学的理论、规律和计算成果，都只有一个理论、规律和计算成果，都只有一个检验标准检验标准，那就是它，那就是它在实际应用中在经济性与安全性方向最大的逼近。人们努在实际应用中在经济性与安全性方向最大的逼近。人们努力追求的应是能够力追求的应是能够最大限度地利用和发挥最大限度地利用和发挥黄土地基真实潜黄土地基真实潜在能力的理论与技术；在能力的理论与技术；l6.6.黄土力学与黄土工程都需要继承与创新，黄土力学与黄土工程都需要继承与创新，继承为了更有继承为了更有效地创新，创新
29、要求更有效地继承。效地创新，创新要求更有效地继承。现今的黄土力学与黄现今的黄土力学与黄土工程发展都还不够成熟、不够完善。发现问题本身就是土工程发展都还不够成熟、不够完善。发现问题本身就是创新的起点，我们应该努力让创新的起点，我们应该努力让2121世纪东方的黄土力学与黄世纪东方的黄土力学与黄土工程以一个更加崭新的实际成果和姿态出现在世界黄土土工程以一个更加崭新的实际成果和姿态出现在世界黄土地区工程建设的舞台上；地区工程建设的舞台上；l、具有行政权力的、具有行政权力的法规法规、规范规范，应该始终在黄土工程与，应该始终在黄土工程与黄土力学领域内黄土力学领域内有效成果有效成果、与时俱进与时俱进的的平均
30、先进水平平均先进水平上，上，除充分发挥除充分发挥必须必须、应该应该、宜于宜于和和严禁严禁、不得不得、不宜不宜等等规范词语规范词语外外，应对新成果、新技术的应用留下科学而慎，应对新成果、新技术的应用留下科学而慎重的重的窗口窗口，如，如经过专家的充分论证和一定的批准手续，经过专家的充分论证和一定的批准手续，可以可以-等，以利于为规范的再发展创造经验，提供研工等，以利于为规范的再发展创造经验，提供研工作发展的动力；作发展的动力；l、在深化改革中，为发挥、在深化改革中，为发挥专业学会专业学会在黄土工程与黄土力在黄土工程与黄土力学的创新成果和设计方案等方面进行鉴定、审查、咨询、学的创新成果和设计方案等方面进行鉴定、审查、咨询、编规以及科学决策中的作用，营造良好的环境，并建立、编规以及科学决策中的作用，营造良好的环境，并建立、落实一定的落实一定的技术责任制度技术责任制度。
