1 绪论
1.1 研究背景与意义
黄土是最新地质时期主要依靠风力运移形成的沉积物，且形成过程中由所在地气候与地理环境等综合因素影响，使黄土具有特殊物理性质，如以粉土颗粒为主、碳酸盐含量较多、欠压密、对水作用的敏感等等。我国的黄土来源与内陆沙漠盆地地区关系较为密切，由于该盆地容易产生的表现为上升的气流，在该气流作用下会使盆地中的粉尘等较为细小颗粒转移到高空，从而使较为细小的颗粒进入西风环流系统逐渐转移到东部地区，且在东部地区发生沉降，再经过复杂的地质作用最终形成黄土。我国黄土在很多地区均具有黄土埋藏深度较大、覆盖面积较广、地层较为连续、地层厚度大等特点，这些特点一方面增加了黄土地区工程问题[1]，同时也为研究黄土提供了有利的条件。
受黄土堆积环境和堆积年代等因素的影响，湿陷性黄土具有结构性是由于天然沉积黄土在沉积过程中使土颗粒形成骨架结构并且骨架之间有较多且相对较大的孔隙，这使天然沉积黄土表现为具有较强的抗压、抗剪能力和保持原有结构不被损伤的能力[2]。并且非饱和原状黄土的结构性随着黄土含水率、应力状态和应变的发展等而发生变化。黄土的构度，它与土的其他物性指标如粒度、密度和湿度均为土的基本物理性质，共同影响黄土力学性质与工程实际。湿陷性黄土具有水敏性是由于黄土在沉积过程中具有了低天然含水率、低天然密度和较脆弱的粒状架空结构等，这使天然沉积湿陷性黄土表现为在低含水量条件下可以有较高强度和较低压缩性，但天然黄土遇水时其结构性会迅速降低，引起土体强度降低，土体应变发生大幅度变化。黄土的水敏性导致土体强度和应变的变化在定量分析时具有不可忽视性，在定性分析上具有急速发展性，这便使研究黄土水敏性成为研究黄土的关键[3]。
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1.2 湿陷性黄土增湿变形研究现状
湿陷变形一般认为是黄土在受到附加静应力作用时，达到该应力作用下的应变的稳定状态后，再遇水作用时会引起显著的、迅速发展的附加应变，其中“附加静应力”是指自重与附加应力和，“附加应变”是指因为水的作用，使土体发生的应变远大于正常的压密作用应变[7-9]。传统的黄土湿陷性评价基本都是在黄土饱和的条件下开展的，但实际工程建设中，黄土在含水率的增加，在未达到饱和状态时己经产生了严重的应变，即增湿变形，增湿变形用来描述黄土从天然含水率到饱和这个过程产生的应变[10]。传统的黄土湿陷应变[11，12]可以看做是湿陷性黄土增湿变形的一种极限的状态。近年来，对湿陷性黄土湿陷性研究在试验仪器、研究方法、增湿路径、宏微观结合，试验与数值等等方面不断发展和深入研究。
1.2.1 试验仪器与室外试验方面
在研究方法方面，一般分为室内试验与室外试验，室内试验随着试验仪器的不断开发，可研究的应力路径愈来愈复杂，并且由于建筑物在应力与水作用发生湿陷时，不仅有轴向应变产生，侧向也会产生应变，因此一般分为由侧限的单轴试验与三轴试验。室外试验一般分为为现场浸水试验和原位砂井浸水试验。
对于单轴湿陷试验，一般在侧限压缩仪上开展，其应力路径较为单一，可揭示黄土湿陷的原理并对湿陷应变有进一步的认识，如：
孙建中[13]制取不同湿度试样，进行了单轴压缩试验，得出对于特定的黄土，湿陷系数是关于压力与湿度的连续变化的函数。并将土中孔隙分为三种，即粒间孔隙、结构孔隙、孔道和空洞，解释了黄土湿陷发生的原因是黄土土颗粒与水作用使黄土压缩性增大，表现为土体被压密，总孔隙比变小，土结构孔隙与孔道减少，而粒间孔隙增加。
T.A.Dijkstra，S.c.Dibben 等[14，15]研究了黄土结构与湿陷两者之间的关系，并对黄土未进行增湿时状态进行研究并将黄土湿陷定义为水固结。
骆亚生，谢定义等[16]对多个地区的黄土进行单轴压缩试验，应用双线法分析不同含水率下黄土的湿陷应变规律及其与湿陷系数和湿陷压力的关系，并对黄土潜在湿陷率与湿陷性进行讨论，得出不同地区初始含水率对湿陷系数影响不同，并对其原因应用黄土结构性进行解释。
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2 构度与真三轴增湿湿陷试验方案
2.1 试样用土介绍
本次实验所用土样为西安幸福林带某一工地现场，取土深度大约 7m，取土方法为人工取土，为了后续切削土样工作方便与提高成样率，取土时大小远大于真三轴试验土样尺寸 7cm*7cm*14cm。取出土样进行底部削平后立即放置于黑色大塑料袋上，在土样上部进行标记，以便削样时可以分清上下面，接着用塑料袋进行严密包裹，包裹完成后在塑料袋上方放置写好取土深度与土样编号的纸条，再用大量透明胶带进行密封，运回实验室放置于遮阳处备用。试验用土的物性指标如表 2-1：
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2.2 试样制备
原装试样制备首先将土样分清上下面放置于削样操作台，进行底部与顶部的削平，然后在顶部按照规范取出两个环刀样进行密度测量并记录，削土过程中将三个小烧杯装满，进行含水率测量并记录。然后将剩余土块切削成可以放入削样器内的大小，在自制削样器内进行削样，削样器削出试样较试验试样长宽达标，但高度需要稍高，需要取出边削边测量高度，使最终高度为 14cm，将削好的原装试样裹好保鲜膜和标号编码后放于保湿缸内等待使用。试验土样的制备优劣直接影响着试验结果，因此在制备时应格外小心，避免出错。不同含水率原状土样制备分两种情况：试验所需含水率高于初始含水率—水膜转移法，需要注意的是当用喷壶需喷的水较多时可分多次喷洒，喷洒过程中需要将土样放置在电子称上时刻称重，当质量接近试验所需重量时运用滴定法滴至最终重量，然后用保鲜膜包裹并编码，最后放入保湿缸保湿；当试验所需含水率低于初始含水率—自然风干法，即将试样放置在阴凉通风处通过自然风风干，风干期间测量试样质量频率应愈来愈短，当到达最终质量时用保鲜膜包裹标记放入保湿缸。
重塑试样制备首先将切削的废土进行风干而后碾碎，过 2mm 筛后测定含水率，装入密封袋中密封一天备用，根据试验方案所定的含水率及干密度，计算制备重塑土样所需的土的质量及需要喷洒水的质量。制备时需将计算准确的散土平均分为七部分，倒入定制真三轴压样器进行压实，分七次压样，每次压完后需将已经压好的土上表面土层拉毛增加该层与下一次进行压实层的接触，最终压制成与原状试样尺寸相同的试样。
饱和试样制备应对于需要饱和的试样装入饱和承样器后放入饱和器真空缸中进行抽气饱和，且时间一般不少于不低于一个小时，而后打开进水阀门，注入无气水且其水面高度一定要高于试样高度，再关闭进水阀门继续抽气，抽气时间应高于二十分钟才能关闭抽气机，关机后还需要将试样继续浸水一天左右。
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3.1 不同含水率原状黄土的构度研究..............................19
3.1.1 黄土应力应变关系分析......................19
3.1.2 原状、重塑黄土无侧限抗压强度与构度指标分析.........................22
4 黄土增湿变形的定量计算...........................45
4.1 增湿体应变的计算.......................................45
4.2 增湿剪应变的计算................................47
4.3 本章总结........................49
5 结论与展望.................................51
5.1 结论.........................................51
5.2 展望...................................52
4 黄土增湿变形的定量计算
4.1 增湿体应变的计算
前述对真三轴应力条件下黄土产生的增湿变形规律进行了定性分析，且发现增湿体应变与增湿剪应变之间近似为线性关系，本章将运用所得数据对增湿变形进行定量计算。对增湿体应变的计算可按如下步骤：
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5 结论与展望
5.1 结论
天然黄土具有如以粉土颗粒为主、碳酸盐含量较多、欠压密和对水作用的敏感等特点，随着国家政策与经济发展我国西北地区的湿陷性黄土大量用于工程实际建设，由于自然降雨，农业灌溉，城市地下水位上升等均会出现不同程度的增湿变形问题，本论文开展了单轴抗压试验与真三轴应力条件下单线法增湿湿陷试验，得到以下成果：
（1）原状黄土单轴抗压应力应变曲线均表现为软化型，重塑黄土随含水率增大由软化型向弱硬化转变，重塑扰动会导致黄土内部固结联结键的破坏，但重塑过程中会形成新的结构与强度，随含水率增大原状、重塑黄土单轴抗压强度与原状构度指标均变小，且在较低含水率时下降速率快，初始含水率愈低，构度降低对水愈敏感。
（2）球(剪)应力对增湿变形影响较大，一般来说，中主应力参数与应力比一定，土体所受球(剪)应力逐渐增加时，增湿体(剪)应变不会一直增长，会在某一较大应力时，应变逐渐趋向于稳定甚至变小，且应力比愈大土体应变稳定所对应应力愈大。而当应力比较大时，增湿变形速率较快，在较大应力时土体会发生剪切破坏。黄土发生增湿变形是土体受力与水共同作用时的外在表现，而其内部结构损伤愈合是发生增湿湿陷应变的内在原因。
（3）增湿水平对黄土增湿变形的影响与黄土所处应力状态有关，一定应力状态作用时总体上表现为增湿水平愈高，增湿变形量愈大，当应力较小时，增湿变形随增湿水平提高接近成小斜率线性增长，当作用应力较大时，增湿变形随增湿水平提高先快速增大而后逐渐稳定，其原因与较大应力作用时对黄土内部可溶盐胶结作用破坏较多密切相关。
（4）中主应力参数 b 对土体增湿变形影响较大，在球应力与应力比一定时，中主应力参数 b 值增大也可加剧土体原有结构与强度的损伤，中主应力参数愈大增湿变形(增湿体应变与增湿剪应变)增大，但在三个方向增湿变形变化规律却与应力比增大时不同，这与其他两个参数一定中主应力参数 b 值增大三个主应力方向应力分布改变有关。
（5）在较大的 b 值与较大的应力比作用下，球应力一定时，土体易发生剪切破坏且在增湿时土体小主应力方向易发生鼓胀变形，这一点在工程中应引起重视。
参考文献（略）