密，以获得新的结构强度。在实际施工时，路基的压实度有时达不到95%的规范要求。而对于压实土，压实度的大小对其力学性质有很大的影响。
按照《公路土工试验规程》要求，将土样风干、碾压、过筛后，按最佳含水量（12%）将土击实成压实度75%，80%，85%，90%，95%的土样，进行土的固结、湿陷试验。
1．压缩性
由图2-1可看出压缩模量随压实度变化的规律，即压实度增大，压缩模量也增大，这是因为压实度越大，对土体施加的机械功就大，从而使土粒间的孔隙变小，可压缩性减小。
2．湿陷性
由试验数据整理得图2-2。由图可知，湿陷系数随压实度的递增而递减。当压实度约82%时，湿陷系数为0.0015，压实度大于90%时，其湿陷系数变化很小，其值基本接近于0，即可认为无湿陷性。
黄土中存在四种孔隙，即架空孔隙、粒间孔隙、粒内孔隙和大孔隙，研究表明，黄土的湿陷性主要由架空孔隙造成的。压实度增大，使得孔隙所占土体的体积比减小，虽密度指标不能直接反映架空孔隙的值，但在总孔隙率减小的同时，架空孔隙也会减小。
由于路基压实度的分区，要求路基压实度大于91%，因此我们可粗略地认为该段路基无湿陷性。
3．抗剪强度
按《公路土工试验规程》要求，将土样配制成最佳含水量，分别做成压实度85%、90%、95%和100%四种，让试样分别在压力为0.1M pa、0.3Mpa、0.5Mpa下固结，然后以0.6mm/min的速率进行直接剪切试验。将试验结果进行整理，其结果如图2-3～图2-5所示。
由图2-3可知：随着压实度的增大，内摩擦角呈线性增加，其关系比较明显。这是因为压实度越大，土粒间越密实，颗粒相互运动时的摩擦就越大。
在同一压实度条件下，最佳含水量除外，含水量小时，内摩擦角大，其原因是含水量小时，土粒周围的水膜相对较薄，润滑作用小，从而使得内摩擦角大。以最佳含水量为界，当含水量大于最佳含水量时，压实度对内摩擦角的影响比小于最佳含水量时大，在最佳含水量下，外力能使土达到它的最大干密度，而其它的含水量条件下，密度较小，故同一压实度下，最佳含水量的土样孔隙率最小，压实度的变化对内摩擦角的影响最大，含水量大于最佳含水量时，土粒间的结合水膜较厚，润滑作用大，故内摩擦角较小，随压实度的增大，土粒间距减小，结合水膜的厚度变化不大，只是自由水增多，所以随着压实度的逐渐增加对内摩擦角的影响逐渐减小。
由图2-4可见：粘聚力随压实度的增大而增加，压实度增大，土粒间的距离减小，粒间引力增大，故粘聚力增加。
抗剪强度是内摩擦角与粘聚力的综合反映，根据前面的试验结果，得出抗剪强度与压实度之间的关系，结果见图2-5。抗剪强度与压实度之间的关系比较明显，其总的变化趋势是抗剪强度随着压实度的增大而增大。
图2-3 压实度与内摩擦角间的关系 图2-4 粘聚力与压实度的关系 图2-5 抗剪强度与压实度的关系
从以上试验结果分析得出：提高压实度有利于降低黄土的湿陷性、减小土的可压缩性和提高土的强度，因此，在实际工程中，可通过提高压实度来达到改善土的工程性质的目的。
§2-3 压实黄土中水的存在形态
水是黄土的物质组成之一，土中水的存在形态有结合水、自由水、固态水和气态水。不同形态的水，在一定条件下会相互转化，并对土的性质起着重要的作用。因固态水和气态水存在条件有限，故在此，主要介绍结合水和自由水。
1．结合水
吸附在土颗粒表面的水为结合水。这部分水所占水量一般不变，可视为土颗粒的一部分，结合水受土粒表面引力的控制，故不服从静水力学的规律。水分子愈靠近土粒表面，所受其引力愈大；反之，愈小，根据引力的强弱，结合水又分为强结合水和弱结合水。
据有关研究表明，压力和温度对结合水形态的转化有着很大的影响。当压力增大时，能使部分吸附结合水向渗透结合水转化，渗透结合水向自由水转化。对饱和粘土加压，当压力低于1Mpa时，自由水排出，压力增加至3Mpa时，渗透结合水渗出，当压力增至10Mpa时，部分吸附结合水压出。当温度为55~70℃时，部分吸附结合水转化为自由水；当温度达到80~90℃时，部分弱结合水排出；温度升高到200℃时，绝大部分强结合水排出土体。
2．自由水
不受土颗粒引力作用的水为自由水。自由水受重力控制，能流动和传递静水压力。根据是否受表面张力的作用，自由水又分为毛细水和重力水。重力水连续存在于土的孔隙中。毛细水在土骨架孔隙内分布不连续，由于表面张力的作用，毛细水会沿着土的孔隙上升，故毛细水对公路路基的干湿状态及冻害有重要的影响。
§2-4 黄土的渗透性
一．黄土的渗透性特征
黄土的渗透性，是黄土的重要工程性质之一，许多工程如湿陷性黄土地基的湿陷变形大小和湿陷变形速度，灌溉水渠和水库的渗漏量、挡水坝和水坠坝等的渗流稳定性、给排水设计以及人工降低地下水位，黄土地区的公路路基的湿化水毁等都同黄土的渗透性密切相关。但是，由于影响黄土渗透性的因素很多（土粒性质、形状和级配、土的孔隙比、结构、裂隙、层理、饱和度以及水的粘滞性等），对于不同成岩类型的黄土，其影响程度又不相同，同一地区不同地段，黄土的渗透系数都有很大的差异。因而到目前为止，对黄土渗透性的研究远远不适应工程实际的需要。
黄土的渗透性与其他土质相同，均以单位水力梯度作用下的渗流速度即渗透系数来表示。
目前测定黄土渗透系数有室内和野外两类方法 1．室内常水头和变水头试验
2．为了获得地基和黄土建筑物的渗透性在野外进行试验，常用双环法、抽水法和模型试验。由于很多因素影响渗透性，目前室内渗透试验同黄土的实际渗透情况又有很大的差距，因而常会得到不能令人满意的试验结果。由于土样质量和测试方法等不同，实践表明，现场试验结果总是大于室内试验成果。对同一种黄土室内外试验结果可相差达几百倍，而且室内试验总是偏小。由于野外双环法比较简单，试验结果又接近实际，故是一种接近实际的试验方法。 二．黄土渗透性的一般规律
1．黄土中有垂直管状大孔隙，所以黄土的渗透性具有明显的各向异性的性质，垂直向渗透性远比水平向渗透性强，大孔隙俞发育，其差值俞大，二者的比值一般在2～10范围内。作为公路路基的压实黄土和浸水湿陷后的黄土，由于天然结构已经破坏，则两个方向的渗透性逐渐接近。故天然状态黄土渗透试验的水流方向，应同工程实际的渗流方向一致
2．天然状态黄土的渗透系数K10与孔隙比e之间无明显的关系，压实后的黄土，由于消除了黄土中分布不均的大孔隙，则K10值随e的减小而减小，其关系是非线性的，一般成对数函数关系。
3．黄土的渗透性与其颗粒组成和结构特征有密切关系。陕西、陇东、陕北的黄土的颗粒较粗，微观结构多呈粒状、架空接触状态，因而渗透性较大。河南豫西地区黄土颗粒较细，微观结构多呈凝块、镶嵌胶结状态，因而渗透性较小；关中地区黄土颗粒组成及结构特征介于二者之间。这就表明颗粒组成和结构特征对渗透性有明显的影响。黄河中游地区自西向东和自北向南，黄土的渗透系数亦由大变小。
4．当密度相同时，天然状态黄土的渗透性较击实黄土的渗透性强，这是由于天然状态黄土中存在着大孔隙，而水在大孔隙中流动时阻力较小的缘故。
5．湿陷性黄土，在湿陷发生和发展的过程中，由于土的结构状态发生了变化，因而渗透系数也发生了变化，即逐渐减小。根据苏联安德鲁欣的野外试验，天然状态的湿陷性黄土，其渗透系数为0.212m/d；湿陷稳定后的渗透系数为0.069m/d，较前者小3倍左右；一般来说，非湿陷性黄土的渗透性均小于湿陷性黄土的渗透性。
6．天然状态黄土的含水量少，由于土处于三相状态，所以水在黄土中开始入渗时，渗透系数K10值较大，随着渗透时间的增长而逐渐降低，最后接近稳定渗流。黄土的初始含水量对渗透性有一定的影响，初始含水量愈大，K10值愈小，当初始含水量达到某一定数值时K10值便趋于稳定。
7．关于黄土渗透系数的讨论
影响黄土渗透系数的因素很多如孔隙比、颗粒组成、粘粒含量、结构特征等，还有大量的垂直孔洞，因之黄土的渗透系数变化幅度较大，垂直与水平方向也有较大的差异，二者的比值约计在4.7～37.5倍。再者室内试验由于土样与仪器侧壁接触不紧，在测定过程中，开始与终了的渗透系数也有很大的差异，所以关于黄土的渗透系数以现场测定较能符合实际。
三．压实度对黄土入渗性的影响
黄土中含水量的变化取决于大气降水的入渗情况，压实黄土路基由于通过机械压实改变了黄土层的原始结构，使颗粒进行了重新排列，孔隙率降低。因此，雨水在地表的入渗是有限的，同时降雨时雨水向黄土中的入渗通常受到雨滴拍打形成的雨壳的阻碍。黄土表层这些特殊作用的效果是进一步降低雨水的入渗能力，从而增加表面流。通过以下的试验结果我们也可以看到这种情况。
1．试验方法
入渗试验是在西北农林科技大学水土保持研究所的黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室内进行的。所用黄土为扰动土，分别按照压实度为80％、83％、85％、88％、91%进行入渗试验。
按照不同的压实度要求，根据相对应的干密度分别计算装土量，然后装入试验所用的容器内，由于试验设备的限制，压实度最高只能达到91％。装土高度为7.5cm，水头
LQ高度为10cm。根据入渗量的大小每隔一定的时间读取入渗量。根据公式Ks?计算
?HTA土样的饱和导水率。
2．压实度与入渗量的关系
从图2-6～图2-10中可看出，不同压实度情况下，入渗量随着时间的增大，各自的增长速度有所不同。在同一时间内，压实度为80%时，入渗量的增长最快；依次为83％、85％、88％；压实度为91%时，增长最慢。这是因为压实度增大，土颗粒间的孔隙减小，导水率和扩散度减弱，从而致使水分运动和气体的排出更为困难。
图2-6 压实度80％的入渗时间与累计入渗量的关系
图2-7 压实度83％的入渗时间与累计入渗量的关系 图2-8 压实度85％的入渗时间与累计入渗量的关系 图2-9 压实度88％的入渗时间与累计入渗量的关系 图2-10 压实度91％的入渗时间与累计入渗量的关系
由图2-6～图2-10分析可知，尽管随着路基压实度的增加入渗量减少，但它们有一个共同的变化规律，就是随着入渗时间的增长，入渗量在以增函数形式上升，这一点也说明，只要土颗粒间存在孔隙和外界有水源的供应，入渗量就会随着时间的增长而增大。根据实验资料分析，发现土的压实度和初始含水量对入渗率有较大的影响。压实度大时，土的入渗率较小，并且入渗率很快趋于稳定；当压实度在95％附近时，入渗率显着降低，当压实度为100％时，入渗率很小，可认为几乎不入渗。这是由于压实度大，粒间孔隙小，因而导水率和扩散率均小，不利于水分运动和气体的排出，故入渗率降低。
3．压实度与饱和导水率的关系
从图2-11可以看出，压实黄土的饱和导水率随着压实度的增加而减小。当压实度达到91％的时候，其饱和导水率为0.000014cm/min。其数值已经很小了，也就是说，当压实度达到一定的值时，其饱和导水率对水分入渗的影响已经很弱了，因此对路基内部的水分迁移研究就要从非饱和土的导水参数结合水分势能以及水分动力学方程来进行。
图2-11 压实度与饱和导水率的关系
§2-4 本章小结
压实度的变化影响着黄土的力学性质和入渗性能。就目前黄土地区的高速公路建设的实际情况，引起破坏的原因是多方面的。就本章的计算分析情况，可得出如下结论：
1．提高压实度有利于降低黄土的湿陷性、减小土的可压缩性和提高土的强度。 2．不同压实度情况下，入渗量随着时间的增大，各自的增长速度有所不同。在同一时间内，入渗量随压实度的增加而减小。
3．压实黄土的饱和导水率随着压实度的增加而减小，当压实度达到一定的值时，其饱和导水率对水分入渗的影响已经很弱了。
黄土的物理力学性质
