我国黄土和黄土状土分布面积约为6.4万km~2,占国土面积的6.3%,其中湿陷性黄土面积约占60%。遇到水后,黄土强度会降低,容易发生地基下陷,引起地基的不均匀沉降等现象。针对上述问题,国内外学者研发出了采用强夯法处理湿陷性黄土地基。然而,西北地区天然黄土含水量一般处于3%～8%之间。在现行规范下直接进行强夯,会导致强夯效果不佳,有效加固深度较小。因此,在施工中,通常采用注水增湿方法使土体接近最优含水率附近。但是,采用注水增湿会导致增湿速度慢、增湿不均匀、增湿范围难以控制等现象。本文以兰州重塑黄土为研究对象,结合非饱和黄土水分迁移理论及湿陷性黄土地基处理方法作为主要研究内容,提出新的湿陷性黄土地基处理方法——蒸气增湿夯实法。采用室内模型试验,运用埋设在土体里的蒸气扩散棒与高温高压蒸气相连接,对土体进行蒸气增湿试验,并进行夯实试验。通过对温度和体积含水率的测量分析了非饱和黄土中水蒸气扩散规律及影响因素。对比分析增湿前后土体的夯沉量、夯击次数、含水率、动应力、干密度变化规律。主要结论如下:(1)通过在非饱和黄土中通入高温高压水蒸气,得出水蒸气在非饱和土体中呈椭球状均匀扩散规律,离蒸气棒径向±15cm处的位置和沿竖向深度10cm处土体的含水率均接近土体最优含水率17.8%。非饱和黄土的水分以水气形式共同迁移,在水气共同的迁移过程中,土体内的含水率随增湿时间的增加而增加,前期土体内部的水分增加的比较快,后期增长缓慢,说明土体的水分场已经达到了稳定状态。(2)温度在非饱和黄土中的传输方式主要以热对流和传导传热的方式进行。通入蒸气后,距离蒸气扩散棒15cm的土体,温度先发生变化,随后,沿蒸气扩散棒30cm处土体温度依次发生变化,距离蒸气扩散棒最远处,温度无明显变化趋势。距离蒸气棒15cm处的土体升温速率大于距离蒸气扩散棒30cm处升温速率。(3)夯沉量的变化主要取决于含水率和能级的大小。累计夯沉量随夯击次数的增加而增加,单击夯沉量随夯击次数的增加而减小,两者最终趋于稳定状态。夯击的初始阶段,夯沉量幅度较大。夯击的后期,随着土体不断压实,夯沉量的变化幅度减小,最终平稳。对于同一能级下,夯击次数相同的条件下,增湿区域累计夯沉量大于未增湿区域累计夯沉量。根据累计夯沉量占总夯沉量的90%—95%作为结论,未增湿区域累计夯沉量在第7击最优,增湿区域累计夯沉量在第10击最优。(4)通过动应力时程曲线图可以看出,当夯击次数从第一击增加到最后一击时,距离夯锤正中心处,不同深度的土体动应力随夯击次数增加而增加,动应力的曲线从刚开始的“矮胖”型逐渐变成“瘦高”型。土体受到夯击后,土体到达应力峰值的时间小于其衰减时间,整个动应力从产生到衰减经历了极短的时间。随着夯击次数和能级的增加,振动波的波速加快,就会出现整个动应力作用时间减小现象。(5)增湿前后竖向应力随深度变化大致规律一致,动应力随深度增加呈递减状态,衰减规律呈现幂函数变化规律。在增湿区域和未增湿区域内,同一能级下,同一深度处随着夯击次数的增加,最后一击的曲线斜率大于第一击和第二击得曲线斜率。随着夯击次数的增加,上部的土体得到了有效加固,这使有效加固的上部土体通过夯击能的作用,能够传递到更深的土体。(6)动应力的峰值变化取决于两个方面,一是能级的大小,二是含水率的变化。能级的大小取决于夯锤和落距,能级越大,夯锤对土体的挤密作用也就越强。在夯击的过程中,动应力的传播规律是从土体浅层由深层传递过程。含水率对动应力峰值变化主要表现为:当含水率较小时,土体的弹性大阻尼小,产生的能量被消散,不利于继续传播动应力。当含水率在最优含水率附近时,在夯击的过程中,土体的弹性和阻尼比相当,有利于继续传播动应力。(7)在各能级下,X=0cm处干密度大于X=10cm和X=20cm处的干密度,随着能级的增加,干密度随深度变化越来越大。增湿区域干密度随深度变化规律大于未增湿区域干密度幅值。干密度随深度变化规律都是先减小后增大,再减小。夯实法处理土体可以分成疏松区、塑性区(加固区)、弹性区(影响区)。