黄土是具有湿陷性的特殊土,黄土湿陷系数是通过实验获得的天然含水率与饱和含水率之间的湿陷量除以试样厚度计算的。而事实上,随着含水率的增大,即使未达到饱和含水率,同样会发生湿陷,即黄土非饱和湿陷,而且非饱和湿陷现象也很普遍。目前对黄土非饱和湿陷的力学机制及计算方法研究尚不够深入。本次以甘肃省永靖县黑方台地区为例,对4个不同位置黄土取样,在室内常规湿陷试验、TRIM试验的基础上,引入吸应力概念,探索了湿陷变形与吸应力之间的响应关系,建立了黄土非饱和湿陷变形计算方法,并应用于黑方台地区,模拟验证了灌溉引起的湿陷变形历史,预测了未来发展趋势。取得的主要成果如下:(1)查明了黑方台地区地面沉降的成因。黄土具有大孔隙结构和水敏性是产生湿陷沉降的内在原因;长期灌溉引起包气带黄土含水率增大和地下水位上升是诱发因素;研究区严重的地面沉降是长期灌溉条件下,地下水位上升引起的黄土饱和湿陷与包气带含水率增大引起的黄土非饱和湿陷共同作用的结果。(2)揭示了基于吸应力的黄土湿陷力学机制。引入TRIM试验仪器和卢宁吸应力的概念,通过大量黄土非饱和特性测试,建立了研究区黄土土-水特征曲线,获得了增湿和脱湿条件下的吸应力函数及渗透系数函数;随着黄土含水率增大,吸应力锐减、渗透系数锐增,是黄土水敏性和导致湿陷的本质;黄土吸应力随着黄土初始含水率的增大而减小,黄土的初始含水率越小,黄土的吸应力越大,黄土的湿陷潜力越大。(3)提出了黄土非饱和湿陷量计算方法。在系统分析以往黄土饱和湿陷和非饱和湿陷研究的基础上,引入基于吸引力的非饱和土力学理论,结合研究区黄土湿陷试验和TRIM试验数据,分析了黄土湿陷变形与吸应力之间的响应关系,确定了黄土非饱和湿陷变形计算的关键参数,建立了面向不同含水率变化区间的黄土非饱和湿陷变形计算方法。(4)应用该计算方法,模拟了研究区计算点灌溉产生的总湿陷沉降量为2.72m,其中非饱和湿陷量为0.92m,占总湿陷量的33.8%;预测了若研究区地下水位升高5m,将会发生0.3m的湿陷沉降,还有0.6m的湿陷潜力。