建三院 潘歌/图文

　　在地基处理中，我们常会遇到湿陷性黄土，在干燥状态下，它有较高的强度和较小的压缩性;然而，一旦遇到水，其土体结构会迅速破坏，产生显著附加下沉，这就是湿陷性黄土的显著特点。

　　湿陷性黄土分为非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土，这两种土质在我的国分布大致如下：

　　1.自重湿陷性黄土

　　主要分布省份：甘肃东部(庆阳、平凉)、陕西北部(榆林、延安)、山西西部(吕梁、临汾)、宁夏南部(固原、吴忠)、青海东部(海东、西宁)。这些地区湿陷性黄土的特征：黄土层厚度≥10m，堆积年代新(Q3-Q4)，多为Ⅱ-Ⅲ级湿陷，典型区域如黄土高原腹地、泾河-洛河上游。

　　2.非自重湿陷性黄土

　　主要分布省份：河北西部(张家口、保定)、山西中东部(太原、大同)、河南西部(洛阳、三门峡)、内蒙古南部(鄂尔多斯、呼和浩特)、辽宁西部(朝阳、阜新)。这些地区湿陷性黄土的特征 ：黄土层厚度2-10m，堆积年代偏老(Q2-Q3)，多为Ⅰ-Ⅱ级湿陷，集中在黄土高原边缘、华北平原西北部。

　　自重湿陷区呈“带状集中”，沿黄河中游黄土高原核心区分布。非自重湿陷区呈“片状扩散”，向黄土高原周边及华北、东北局部延伸。两者边界多为过渡带(如陕西关中平原、山西晋中盆地)，需通过土工试验，如室内压缩试验、现场静载荷试验、现场试坑浸水试验等，测得湿陷系数、自重湿陷系数、湿陷起始压力来进一步准确判定。

　　湿陷性黄土的形成是物质组成、结构构造、气候环境、地质作用等四大核心因素长期耦合作用的结果，其本质是“松散多孔的颗粒结构+不稳定的胶结体系”，遇水后胶结失效、颗粒滑移导致体积收缩(湿陷)。

　　以下从核心因素、形成过程、关键机制三方面进行分析：

　　一、核心形成因素

　　1. 物质组成：

　　颗粒级配：以粉粒(0.005~0.05mm)为主(含量60%~80%)，砂粒(>0.05mm)占比10%~20%，黏土颗粒(<0.005mm)仅5%~15%。粉粒颗粒均匀、棱角不明显，颗粒间摩擦力小，难以形成稳定骨架，为孔隙发育提供条件。

　　矿物成分：主要矿物为石英、长石(占比70%~80%)，硬度高但亲水性弱，颗粒间无黏结力; 黏土矿物(蒙脱石、伊利石、高岭石)占比低(5%~10%)，且以伊利石为主(亲水性中等)，蒙脱石含量极少(<3%)，无法形成强黏结的团聚体;可溶性盐(碳酸钙、硫酸钙、氯化钠)含量高(5%~15%)，是颗粒间的主要胶结物，但遇水易溶解。

　　化学成分：碳酸钙(CaCO₃)是核心胶结成分，多以微晶、结核或薄膜形式包裹在颗粒表面，将粉粒“点接触”或“面接触”胶结，形成暂时稳定的结构;但碳酸钙溶解度随水含量增加而升高，一旦浸水，胶结作用迅速丧失。

　　2. 结构构造：

　　湿陷性黄土的架空孔隙结构是湿陷的核心内在因素，其形成与沉积方式、生物作用密切相关：

　　风力沉积：黄土主要由第四纪风力搬运沉积形成(风成黄土)，颗粒在大气中均匀沉降，形成“松散堆积体”，颗粒间以“点接触”为主，孔隙率高达40%~60%(普通黏性土孔隙率仅30%~40%);

　　生物作用：沉积过程中，植物根系腐烂后形成管状孔隙，动物活动(如鼠类洞穴)形成不规则孔隙，进一步加剧结构松散性;

　　胶结物分布不均：碳酸钙胶结物多集中在颗粒接触点，形成“薄弱胶结键”，而非填充整个孔隙，导致结构稳定性极差，仅能在“干燥状态+无额外荷载”下保持平衡。

　　3. 气候环境：

　　湿陷性黄土主要形成于干旱-半干旱气候区(年降水量200~600mm，年蒸发量>1500mm)，气候特征直接影响结构稳定性：

　　干旱少雨：长期干旱导致土体含水量极低(天然含水量8%~15%)，可溶性盐(碳酸钙)得以结晶沉淀，胶结颗粒形成结构;若降水丰富，胶结物会被持续溶解，无法形成稳定结构;

　　强烈蒸发：蒸发量远大于降水量，土体长期处于干燥状态，颗粒间的毛细水作用微弱，不会引发颗粒滑移，保持了原始的架空孔隙结构;

　　昼夜温差大：干旱区昼夜温差可达20~30℃，土体反复冻融(冬季冻结、夏季融化)，进一步扩大孔隙，加剧结构松散。

　　4. 地质作用

　　地壳相对稳定：第四纪以来，黄土沉积区(如黄土高原)地壳处于缓慢抬升或稳定状态，无强烈的构造运动(如地震、褶皱)，避免了土体被压实，保留了原始的松散结构

　　地下水埋深大：干旱区地下水埋深多在10~50m，土体长期处于地下水位以上的“包气带”，未被地下水浸泡，胶结物未发生溶解，结构得以维持。

　　二、形成过程与湿陷机制

　　1. 沉积阶段：第四纪冰期，西伯利亚-蒙古高压带来的风力，将沙漠、戈壁的粉粒物质搬运至黄土高原及周边地区，均匀沉降形成松散堆积层(初始孔隙率高);

　　2. 胶结阶段：干旱气候下，土体中地下水蒸发，可溶性盐(碳酸钙)在颗粒接触点结晶，形成“碳酸钙胶结键”，将松散颗粒胶结为“架空孔隙结构”，此时土体处于“干燥稳定状态”;

　　3. 湿陷触发阶段：当土体遇水(降水入渗、地下水上升、人工灌溉)或受额外荷载(建筑基础压力)时，碳酸钙胶结键溶解，颗粒间失去黏结力，在自重或外荷载作用下，粉粒沿孔隙滑移、重新排列，孔隙率降低，土体体积收缩(湿陷)。

　　干旱气候是形成前提，因此我国湿陷性黄土集中在西北、华北干旱-半干旱区，与之前分布规律完全契合;可溶性盐含量越高、孔隙率越大，湿陷性越强(如黄土高原核心区的自重湿陷性黄土，碳酸钙含量10%~15%，孔隙率>50%)。

　　湿陷性黄土地基的变形通常具有局部性和突发性，这种变形会给结构物带来不同程度的损害。具体来说，它可能导致结构物产生大幅度的沉降、开裂和倾斜，甚至严重威胁到结构物的安全性和使用功能。

　　引发这类土层下沉变形主要有上覆土体的压力和土层遇水两种因素。在基础设计中，我们常采取以下措施：

　　地基处理措施

　　即消除地基的全部或部分湿陷量，或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层，或将基础设置在非湿陷性黄土层上。 　　防水措施

　　即在建筑物布置、场地排水、屋面排水、地面防水等方面，采取措施防止雨水或生产、生活用水的渗漏。对防护范围内的地下管道，应增设检漏管沟和检漏井。或增设可靠的防水层、采用钢筋混凝土排水沟等。

　　结构措施

　　即减小或调整建筑物的不均匀沉降，或使结构适应地基的变形。

　　综上，在黄土地区进行结构设计时，必须对湿陷性黄土地基有深入的了解和可靠的判定，同时采取适当的工程措施，以防止或消除其湿陷性。