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摘要：本文围绕黄土湿馅机理进行了总结，概述了黄土湿陷结构理论的发展历程，分析了目前黄土湿陷机理的研究状况，并从非饱和土力学角度对黄土湿馅机理做了相关论述，供相关人士参考。
关键词：黄土湿陷；机理；非饱和土；力学角度
1引言
我国黄土面积63.53万平方公里，约占世界黄土分布总面积的4.9%，其中湿陷性黄土约占75%，分布在黄河中游的陕西、甘肃、青海及山西和河南等省份。湿陷性黄土的影响不仅涉及面广，空间跨度大，同时时间持续性长，因此对黄土湿陷进行相关的机理研究是具有现实意义的，这一理论研究的不断发展和成熟将给基础工程建设、农业林业种植、生态环境保护以及自然灾害防治等方面提供重要的技术支撑。
2黄土湿陷结构理论的发展与完善
黄土湿陷性概念最早源自国外，上世纪50年代，我国学者提出对于浸水黄土而产生的沉降现象统一用“湿陷性”一词来描述。随着这一概念的提出和使用，黄土湿陷性这一概念所包含的意义也不断扩大，不再仅仅是传统意义上狭义的对黄土“浸水沉降”现象的描述，同时也将基于非饱和土理论的湿陷性研究等广义湿陷性涵盖其中，通过描述各种湿陷应力路径下黄土强度降低的力学性质使黄土湿陷性概念得以延伸。
随着黄土湿陷性概念的提出，黄土湿陷性结构理论也不断发展。其中，不仅有基于黄土物质成分的湿陷性理论，比如溶盐假说、胶体不足假说、双电层假说以及粘土粒膨胀假说等；同时还有基于黄土结构特性的湿陷性理论，比如欠压密理论、微结构理论等等；此外，还有基于黄土湿陷的力学机制的湿陷性理论，如毛细管凝聚力假说、加固凝聚力降低假说、加固凝聚力消失假说、水膜楔入假说、土粒间的抗剪强度降低假说、微结构不平衡吸力假说以及脉动液化假说等等。
在这些假说的基础上，随着相关技术及设备的快速发展，国内外学者对黄土湿陷机理的研究工作也不再单一化、片面化，而是越来越综合化、全面化，比如将黄土物质成分和黄土结构特性的理论结合起来、比如将传统分析方法与现代模拟技术结合起来等等，从多个学科多个维度对黄土湿馅的现象进行分析、推理和论证，使黄土湿馅结构理论不断成熟和完善，并为后序的研究者提供了丰富的思路。
3新近黄土湿陷机理研究现状
3.1黄土湿馅机理的微结构研究。
最初对黄土微结构进行研究是将黄土的结构分为粒状结构、粒状团粒结构、团粒结构。随着图像技术和计算机模拟及扫描技术的发展，很多学者认为黄土湿馅在微观力学上与颗粒破碎、结构转换以及动力约束有关系。目前，业内学者已达成共识，认为黄土湿陷主要是因孔隙造成的，湿陷性黄土本身的多孔结构是其发生湿陷的先决条件和诱因，由于微结构强度降低继而造成黄土湿陷。
3.2黄土湿馅机理的土力学研究。
目前对于黄土湿馅机理的土力学研究主要集中在微结构不平衡吸力说和微结构重建动力与重建阻力间的动态学说。其中，微结构不平衡吸力说认为一切增加黄土颗粒间抗滑阻力的因素受到饱和度的影响而发生空間上的不平衡，继而导致黄土湿陷现象的发生。微结构重建动力与重建阻力间的动态学说认为两者之间的动态对抗过程是由于水的楔入导致结构吸力丧失，进而造成了黄土的湿馅性。此外基质吸力的降低也是黄土湿陷机理土力学研究的一个热点。
3.3黄土湿馅机理的分析方法和数理模型构建。
近年来，随着黄土湿馅机理在实际工程中的不断应用，各种基于数理统计、模糊数学等理论的计量关系分析方法不断涌现，比如湿陷性与其影响因素之间的关系、湿陷系数与微结构统计量的关系、土体结构维度转化的分维关系和特征等等。在模型的构建方面主要有湿陷系数与应力状态的本构模型、孔隙崩塌突变模型及尖点突变模型、非饱和原状结构性黄土结构模型等等。其中，湿陷系数与应力状态的本构模型认为应力比K<0.452时，湿陷主要由剪应力引起，应力比K>0.452时，湿陷主要由球应力引起。孔隙崩塌突变模型则认为黄土湿馅是由微结构失稳所引起的。尖点突变模型认为湿陷性黄土发生失稳塌陷的本质原因是由浸水湿化引起整个系统平衡状态突变所导致的。非饱和原状结构性黄土结构模型是结合土体损伤演化定律来建立非饱和黄土的屈服函数及损伤函数，进而得到相应的数学模型。
4从非饱和土力学角度探讨黄土湿陷机理
4.1非饱和土基质吸力。
非饱和土的孔隙中主要有水和空气。水气接触面（即收缩膜）具有表面张力，这一张力的产生是由于收缩膜内的水分子受到指向水体内部的不平衡力作用而产生的，表现为收缩膜内部的张力。在非饱和土力学中，孔隙水压力要小于孔隙气压力，因而收缩膜承受的空气压力大于水的压力，两者之间的压力差使得收缩膜弯曲，表现为基质吸力。基质吸力是收缩膜表面张力的宏观表现，是非饱和土存在基质吸力的主要原因。
4.2广义条件下黄土湿陷蠕变性。
黄土的力学性质受到黄土胶结特征的变化进而产生影响，比如在溶滤条件下，非抗水胶结以及抗水胶结对黄土湿陷性造成影响。由于具体湿陷性黄土胶结特征的变化是基于时间的变化在一定的水及荷载作用下所产生的效应，因此在广义黄土湿陷概念框架内，黄土湿馅蠕变性及附加变形的问题可以归结为黄土湿陷的流变问题，为非饱和土力学角度开展湿陷机制研究创造了条件。
4.3黄土湿馅机理研究的开展内容。
基于非饱和土力学理论，黄土湿陷机理研究建议从以下两个方面内容入手：其一，根据黄土实际湿陷的路径有针对性地开展非饱和土应力路径试验，进一步探究黄土湿陷过程的力学机制。其二，继续构建并完善以黄土湿陷试验为基础的湿陷本构模型，同时与实践相结合，形成反馈机制，为建设工程项目的数值分析和计算提供更科学的依据。
5结语
过去，黄土湿陷现象主要被土木工程界人士所关心，随着国土资源管理工作的全面开展及生态环境问题的目益突出，地质调查、生态环保、灾害防控、农林业发展、水资源管理等越来越多的领域都越发重视黄土湿馅现象。尤其是涉及黄土面积较多的区域和省份，近年来更是在黄土科学和工程的相关领域大力投入并取得了重要成就。2017年初，横贯我国东西地域的宝兰高铁隧道全部顺利贯通，其中50公里地段的湿陷性黄土区域被成功拿下，完美地解决了黄土湿陷性所造成的工程建设问题，这一挑战的成功是黄土湿馅结构理论发展的一个重要佐证。面对未来基础建设发展和生态环境保护等更多挑战，国土资源相关部门应该不断结合新的设备和技术，探索新的方法，将我国湿陷性黄土研究推向新的高度。
参考文献：
[1]试论我国黄土力学研究中的若干新趋势，谢定义，《岩土工程学报》，2001，23（1）
[2]考虑非饱和土与结构特征的黄土湿陷性讨论，袁中夏，王兰民，王峻，《西北地震学报》，2009，29（1）
[3]结构性黄土的本构模型，胡再强，沈珠江，谢定义，《岩石力学与工程学报》，2005，24（4）
[4]不同地区黄土湿陷性和结构性综合分析，胡仲有，骆亚生，陆鹿，《水土保持通报》，2008，28（2）
[5]原状Q3黄土湿陷特性的CT—三轴试验，李加贵，陈正汉，黄雪峰，《岩石力学与工程学报》，2010，29（6）
关键词：黄土湿陷；机理；非饱和土；力学角度
1引言
我国黄土面积63.53万平方公里，约占世界黄土分布总面积的4.9%，其中湿陷性黄土约占75%，分布在黄河中游的陕西、甘肃、青海及山西和河南等省份。湿陷性黄土的影响不仅涉及面广，空间跨度大，同时时间持续性长，因此对黄土湿陷进行相关的机理研究是具有现实意义的，这一理论研究的不断发展和成熟将给基础工程建设、农业林业种植、生态环境保护以及自然灾害防治等方面提供重要的技术支撑。
2黄土湿陷结构理论的发展与完善
黄土湿陷性概念最早源自国外，上世纪50年代，我国学者提出对于浸水黄土而产生的沉降现象统一用“湿陷性”一词来描述。随着这一概念的提出和使用，黄土湿陷性这一概念所包含的意义也不断扩大，不再仅仅是传统意义上狭义的对黄土“浸水沉降”现象的描述，同时也将基于非饱和土理论的湿陷性研究等广义湿陷性涵盖其中，通过描述各种湿陷应力路径下黄土强度降低的力学性质使黄土湿陷性概念得以延伸。
随着黄土湿陷性概念的提出，黄土湿陷性结构理论也不断发展。其中，不仅有基于黄土物质成分的湿陷性理论，比如溶盐假说、胶体不足假说、双电层假说以及粘土粒膨胀假说等；同时还有基于黄土结构特性的湿陷性理论，比如欠压密理论、微结构理论等等；此外，还有基于黄土湿陷的力学机制的湿陷性理论，如毛细管凝聚力假说、加固凝聚力降低假说、加固凝聚力消失假说、水膜楔入假说、土粒间的抗剪强度降低假说、微结构不平衡吸力假说以及脉动液化假说等等。
在这些假说的基础上，随着相关技术及设备的快速发展，国内外学者对黄土湿陷机理的研究工作也不再单一化、片面化，而是越来越综合化、全面化，比如将黄土物质成分和黄土结构特性的理论结合起来、比如将传统分析方法与现代模拟技术结合起来等等，从多个学科多个维度对黄土湿馅的现象进行分析、推理和论证，使黄土湿馅结构理论不断成熟和完善，并为后序的研究者提供了丰富的思路。
3新近黄土湿陷机理研究现状
3.1黄土湿馅机理的微结构研究。
最初对黄土微结构进行研究是将黄土的结构分为粒状结构、粒状团粒结构、团粒结构。随着图像技术和计算机模拟及扫描技术的发展，很多学者认为黄土湿馅在微观力学上与颗粒破碎、结构转换以及动力约束有关系。目前，业内学者已达成共识，认为黄土湿陷主要是因孔隙造成的，湿陷性黄土本身的多孔结构是其发生湿陷的先决条件和诱因，由于微结构强度降低继而造成黄土湿陷。
3.2黄土湿馅机理的土力学研究。
目前对于黄土湿馅机理的土力学研究主要集中在微结构不平衡吸力说和微结构重建动力与重建阻力间的动态学说。其中，微结构不平衡吸力说认为一切增加黄土颗粒间抗滑阻力的因素受到饱和度的影响而发生空間上的不平衡，继而导致黄土湿陷现象的发生。微结构重建动力与重建阻力间的动态学说认为两者之间的动态对抗过程是由于水的楔入导致结构吸力丧失，进而造成了黄土的湿馅性。此外基质吸力的降低也是黄土湿陷机理土力学研究的一个热点。
3.3黄土湿馅机理的分析方法和数理模型构建。
近年来，随着黄土湿馅机理在实际工程中的不断应用，各种基于数理统计、模糊数学等理论的计量关系分析方法不断涌现，比如湿陷性与其影响因素之间的关系、湿陷系数与微结构统计量的关系、土体结构维度转化的分维关系和特征等等。在模型的构建方面主要有湿陷系数与应力状态的本构模型、孔隙崩塌突变模型及尖点突变模型、非饱和原状结构性黄土结构模型等等。其中，湿陷系数与应力状态的本构模型认为应力比K<0.452时，湿陷主要由剪应力引起，应力比K>0.452时，湿陷主要由球应力引起。孔隙崩塌突变模型则认为黄土湿馅是由微结构失稳所引起的。尖点突变模型认为湿陷性黄土发生失稳塌陷的本质原因是由浸水湿化引起整个系统平衡状态突变所导致的。非饱和原状结构性黄土结构模型是结合土体损伤演化定律来建立非饱和黄土的屈服函数及损伤函数，进而得到相应的数学模型。
4从非饱和土力学角度探讨黄土湿陷机理
4.1非饱和土基质吸力。
非饱和土的孔隙中主要有水和空气。水气接触面（即收缩膜）具有表面张力，这一张力的产生是由于收缩膜内的水分子受到指向水体内部的不平衡力作用而产生的，表现为收缩膜内部的张力。在非饱和土力学中，孔隙水压力要小于孔隙气压力，因而收缩膜承受的空气压力大于水的压力，两者之间的压力差使得收缩膜弯曲，表现为基质吸力。基质吸力是收缩膜表面张力的宏观表现，是非饱和土存在基质吸力的主要原因。
4.2广义条件下黄土湿陷蠕变性。
黄土的力学性质受到黄土胶结特征的变化进而产生影响，比如在溶滤条件下，非抗水胶结以及抗水胶结对黄土湿陷性造成影响。由于具体湿陷性黄土胶结特征的变化是基于时间的变化在一定的水及荷载作用下所产生的效应，因此在广义黄土湿陷概念框架内，黄土湿馅蠕变性及附加变形的问题可以归结为黄土湿陷的流变问题，为非饱和土力学角度开展湿陷机制研究创造了条件。
4.3黄土湿馅机理研究的开展内容。
基于非饱和土力学理论，黄土湿陷机理研究建议从以下两个方面内容入手：其一，根据黄土实际湿陷的路径有针对性地开展非饱和土应力路径试验，进一步探究黄土湿陷过程的力学机制。其二，继续构建并完善以黄土湿陷试验为基础的湿陷本构模型，同时与实践相结合，形成反馈机制，为建设工程项目的数值分析和计算提供更科学的依据。
5结语
过去，黄土湿陷现象主要被土木工程界人士所关心，随着国土资源管理工作的全面开展及生态环境问题的目益突出，地质调查、生态环保、灾害防控、农林业发展、水资源管理等越来越多的领域都越发重视黄土湿馅现象。尤其是涉及黄土面积较多的区域和省份，近年来更是在黄土科学和工程的相关领域大力投入并取得了重要成就。2017年初，横贯我国东西地域的宝兰高铁隧道全部顺利贯通，其中50公里地段的湿陷性黄土区域被成功拿下，完美地解决了黄土湿陷性所造成的工程建设问题，这一挑战的成功是黄土湿馅结构理论发展的一个重要佐证。面对未来基础建设发展和生态环境保护等更多挑战，国土资源相关部门应该不断结合新的设备和技术，探索新的方法，将我国湿陷性黄土研究推向新的高度。
参考文献：
[1]试论我国黄土力学研究中的若干新趋势，谢定义，《岩土工程学报》，2001，23（1）
[2]考虑非饱和土与结构特征的黄土湿陷性讨论，袁中夏，王兰民，王峻，《西北地震学报》，2009，29（1）
[3]结构性黄土的本构模型，胡再强，沈珠江，谢定义，《岩石力学与工程学报》，2005，24（4）
[4]不同地区黄土湿陷性和结构性综合分析，胡仲有，骆亚生，陆鹿，《水土保持通报》，2008，28（2）
[5]原状Q3黄土湿陷特性的CT—三轴试验，李加贵，陈正汉，黄雪峰，《岩石力学与工程学报》，2010，29（6）