关中地区黄土的湿陷变形

通过在关中地区五个湿陷性黄土场地上所进行的10个试坑浸水试验和21个浸水载荷试验,本文详细讨论了黄土地基自重湿陷变形和外荷湿陷变形的规律以及有关场地湿陷类型的判别问题.     

大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形规律研究

为研究大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形规律,对自重湿陷土层36.5m的场地,进行直径40m的浸水试验。通过试验发现:浸水试验昼夜耗水量的变化规律基本上呈现先大、后缓、再稳定的趋势;场地中的地表沉降观测点的总湿陷量及沉降速率变化规律与深层沉降观测点的总湿陷量及沉降速率规律几近相同;大厚度自重湿陷性黄土场地湿陷变形规律呈现浸水期四个变化阶段和停水期两个变化阶段。     

大厚度自重湿陷黄土湿陷变形评价方法的研究

黄土湿陷变形是地基工程的关键问题。依据大量的现场试坑浸水试验和室内湿陷性试验结果,区分不同黄土地区,分析了场地浸水自重湿陷变形实测值与计算值之间的关系,表明陇西地区、陇东—陕北—晋西地区、关中地区和其他地区自重湿陷变形计算值的修正系数分别为2.0,1.7,1.2,0.4。依据典型场地黄土自重湿陷系数、自重湿陷变形、地层结构随深度的变化特征,通过现场试验实测不同埋深黄土自重湿陷变形的平均自重湿陷系数与室内试验测试自重湿陷系数的加权平均值之间的关系,揭示0~10 m,10~15 m,15~20 m不同埋深范围黄土原位浸水产生自重湿陷变形时,对应的室内试验自重湿陷系数的加权平均值依次为0.015,0.020,0.025,确定了大厚度自重湿陷性黄土的自重湿陷系数起始门槛值。关中地区不同场地Q2黄土的自重湿陷变形实测值一般小于7.0 cm。该地区不同场地Q2黄土的自重湿陷系数的均值约为0.029,其自重湿陷系数的起始门槛值可取0.025。     

黄土的结构屈服及湿陷变形的分析

黄土是一种典型的结构性土,其湿陷性是浸水后黄土结构破坏的反应。黄土的结构性可用构度指标定量地描述,它既包含了土的物质组成,还包含了不同沉积年代黄土的结构特征。加载和浸水均可引起黄土结构性衰减,加载结构性衰减可由一定含水率黄土的压缩结构屈服应力和压缩变形曲线表征;浸水结构性衰减可由浸水的压缩结构屈服应力减小和压缩变形曲线的变化表征。针对不同场地、不同沉积年代的Q_3黄土和Q_2黄土,依据不同含水率黄土的压缩曲线,分析了不同黄土构度指标与其压缩结构屈服应力之间的关系,以及黄土压缩变形过程中孔隙比和初始孔隙比比值与压缩应力和压缩结构屈服应力比值对数之间的关系。表明不同沉积年代黄土的构度随其反映基本物性的综合物理特征量单调变化,压缩结构屈服应力与构度之间近似呈线性关系,压缩结构屈服前后的孔隙比比值和压缩应力比值对数之间服从近似一致的变化规律。建立了由黄土沉积年代和基本物性指标确定构度,进而确定压缩结构屈服应力;依据孔隙比比值与压缩应力比比值对数的关系,分别描述天然含水率黄土和浸水饱和黄土的压缩曲线;进而,确定饱和自重作用下黄土的自重湿陷系数,计算场地自重湿陷变形的评价方法。该方法应用于西安地区黄土场地自重湿陷评价,得到了与现场浸水试坑试验实测自重湿陷量比较一致的结果,论证了考虑黄土结构性的湿陷性评价方法的合理性和准确性,为建筑黄土地基湿陷变形和大厚度湿陷性黄土地下结构地基湿陷变形评价提供了一种新途径。     

河津黄土地基湿陷变形试验研究

本文通过大量的室内外试验,包括三个大面积试坑浸水试验以及三个天然地基和强夯地基上的浸水载荷试验,详细讨论了黄土地基自重湿陷变形和外荷湿陷变形的规律;探讨了《湿陷性黄土地区建筑规范（TJ25-78）》中有关湿陷性黄土场地湿陷类型的评判方法;根据试坑浸水试验结果,认为原勘察报告对场地湿陷类型的判定有误,应为非自重湿陷性场地;在按计算自重湿陷量评判时,应乘以调整系数m₀;采用模糊数学方法,对自重湿陷敏感性进行了综合评判,并提出了评判指标β和分档标准,试验及计算简便,可靠度达90％以上;通过非线性有限元分析,湿陷量计算值与实测值还较接近。     

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。     

卸荷条件下黄土湿陷系数的计算方法及验证

自重湿陷性黄土场地桩间土在浸水作用下存在卸荷与湿陷的伴生过程,考虑卸荷作用的黄土湿陷变形还难以计算。首先探讨了卸荷湿陷与传统湿陷的差异性,分析了湿陷完成比、卸荷应力比等因素对黄土卸荷湿陷变形的影响,然后考虑各影响因素进行了卸荷湿陷试验,采用湿陷完成比、卸荷湿陷比和卸荷应力比来描述原状黄土的卸荷湿陷过程。由于逐级多次卸荷试验更符合工程实践中的连续卸荷工况,重点进行了多次卸荷试验。基于单次卸荷与多次卸荷试验结果,建立了考虑卸荷作用的湿陷系数计算方法。进一步采用卸荷湿陷系数,得到了考虑卸荷作用的自重湿陷性黄土场地桩间土自重湿陷量的计算方法,并通过室内验证试验与工程实例计算,论证了卸荷条件下黄土湿陷系数计算方法的合理性。     

兰州地铁大厚度湿陷性黄土地层的现场浸水试验研究

为了研究大厚度湿陷性黄土地层的湿陷性对城市轨道交通地下结构的影响,针对传统室内试验评价结果不准确的缺点,依托兰州地铁3号线一期工程—陡道沟站,选取典型大厚度湿陷性黄土施工场地,通过开展场地地面浸水试验,测试了地面入渗过程中不同深度地层的湿陷沉降变形及地表的沉降变形,研究了既有黄土地层的湿陷变形特性,并结合室内试验的结果进行验证。结果表明：①场地内黄土的湿陷性具有突发性的特点,地表土层及深部土层的湿陷变形大体呈现陡增、骤降和平稳三个阶段;②场地内黄土的湿陷系数随着黄土深度的增加而降低,自重湿陷系数与深度的关系曲线符合幂函数关系,相关性为0.983;③兰州地区湿陷性黄土地层自重湿陷变形计算值的修正系数建议取值为1.675。研究结果可为兰州地区大厚度湿陷性黄土地层地铁设计及施工提供借鉴。     

大厚度自重湿陷性黄土场地湿陷变形特征的大型现场浸水试验研究

结合国家重点工程建设项目--宁夏扶贫扬黄灌溉工程11号泵站地基的预浸水处理,在自重湿陷性黄土厚度大于35m的场地上做了面积为110×70m2的浸水试验,试验历时251d,揭示出大厚度自重湿陷性黄土的湿陷变形具有与中小厚度(小于15m)自重湿陷性黄土的湿陷变形不同的3个显著特征:①湿陷量随浸水历时的发展过程包含5个阶段,即初期平缓段、浸水陡降段、中期平缓段、停水后的陡降段和后期平缓段;②湿陷速率在浸水期间呈显“小→大→小→稳定”的变化规律,在停水后则呈显“大→小→稳定”的变化规律;③湿陷量、试坑周边裂缝的宽度和裂缝两侧地面的高差远远大于既往同类研究记录。通过分析,建议把连续5d的平均湿陷量不大于2mm作为大厚度自重湿陷性黄土场地浸水试验的停止注水标准;采用建议的停水标准,缩短了该建设项目的工期、节省了费用。本文的研究成果可供今后类似的地基处理工程及修订黄土规范参考。     

控制剩余湿陷量的黄土地基深层浸水试验研究

选用4个不同处理深度的灰(素)土桩对大厚度自重湿陷性黄土场地进行挤密处理,并对挤密区域以下未处理土层进行深层浸水试验,研究在该浸水条件下大厚度自重湿陷性黄土地基的湿陷变形规律、处理深度和剩余湿陷量合理控制等问题。试验结果表明：灰土和素土在处理大厚度自重湿陷性黄土地基时,两者挤密效果表现差异不大;深层浸水情况下,6～15 m深度处理区域产生的变形量均不能满足上部荷载的变形要求,且呈现三段式变形规律,先期稳定,中期缓降,后期突降;根据现场浸水试验和桩基中性点相关研究,首次提出大厚度自重湿陷性黄土地区“湿陷临界深度”的概念,并初步将其确定为20～25 m,据此可以一定程度上减小深部土层剩余湿陷量,达到减小地基处理深度的目的;建议将15～20和10～15 m分别作为大厚度自重湿陷性黄土地基乙、丙类建筑的最大处理深度。     

湿陷性黄土的微观结构研究

通过对不同饱和度湿陷性黄土的室内固结试验研究,比较分析了不同压力条件下,饱和度与压缩变形、湿陷系数以及湿陷变形的关系曲线,得出了饱和度对黄土湿陷性影响的一般规律,为黄土湿陷性的深入研究提供了科学依据。     

增减湿黄土压缩与湿陷变形特征的探讨

通过湿陷性黄土变含水量情况下的室内压缩试验和分别采用单线法和双线法做的浸水湿陷试验，结合试验曲线分析了湿陷性黄土随含水量变化的特征，总结出黄土的压缩变形与湿陷变形随饱和度以及压力变化的规律，借以描述湿陷性黄土在增减湿过程的湿陷与压缩变形性状以及不同应力路径对黄土变形特性的影响。     

研究黄土湿陷性的新方法

为了研究吸力对黄土湿陷变形的影响,研制了一套可以控制吸力的非饱和土湿陷三轴仪。该三轴仪底座为二元结构,既能控制吸力又能浸水。将该三轴仪和GDS压力/体积控制器相结合,实现了浸水过程中量测浸水体积的功能,并可施加浸水压力。该设备能精确量测试样体变;控制偏应力;精确量测浸水量。利用该仪器探讨了原状湿陷性黄土控制吸力三轴湿陷试验的方法,并进行了净围压相同吸力不同和吸力相同净围压不同的双线法三轴湿陷试验。结果表明:吸力越大湿陷变形越大,净围压对湿陷变形有显著影响。非饱和土湿陷三轴仪为研究黄土的湿陷特性提供了有力的工具。     

黄土湿陷性分布不连续对湿陷变形的影响研究

分析导致湿陷量计算值与实测值差异的原因对黄土湿陷性的准确评价具有重要作用,目前相关研究的深度和系统性还不足。以西安黄土塬区的黄土现场试坑浸水试验为依托,采用数值计算手段,对湿陷土与非湿陷土不同比例、排列方式和湿陷程度下土体的湿陷变形特征进行了对比研究,揭示了黄土中湿陷土分布不连续对湿陷变形产生的抑制作用是导致湿陷量计算值和实测值差异的重要原因之一。当黄土体中湿陷土单元和非湿陷土单元分布越杂乱,非湿陷土单元所占的比例越高时,这种抑制作用越明显;而湿陷土单元的湿陷程度对抑制作用的影响相对较弱。在计算湿陷量时,应考虑黄土湿陷性不连续效应的影响,并在工程实践中逐渐积累反映这种效应影响的经验数据。     

酸性环境下黄土湿陷性试验与湿陷敏感性研究

 黄土的胶结连接是黄土湿陷的重要内在因素,对其湿陷敏感性有着直接影响。为了对胶结连接在黄土湿陷敏感性中的作用有更清楚的认识并提出一个能科学的判定黄土湿陷敏感性的评价方法,在黄土湿陷性试验的浸入水溶液里添加不同浓度的硝酸,测试在酸性环境中,不同压力下黄土的湿陷系数、稳定时间、湿陷速率等湿陷敏感性指标。同时用扫描电镜观察试验前后土样的孔隙、结构变化情况。试验结果表明：在酸性溶液中,湿陷性黄土在低压状态下的湿陷系数增大较多,在各级压力下的湿陷稳定时间均有所延长;在水溶液和酸性溶液中,黄土有着不同的湿陷敏感压力区间;湿陷性黄土的结构强度对湿陷性黄土的深度有着重要影响等。在此试验基础上,吸取前人的经验,提出用完成90%湿陷量的用时和湿陷系数这2个指标对黄土及其场地进行湿陷敏感性评价,并以发生过湿陷的场地--抽黄渠为实例对此方法进行验证。验证结果表明,该方法能准确地反映湿陷场地的湿陷敏感性,对湿陷场地上的工程建设具有一定的指导意义。此外,该方法简单、科学,又能与现行规范相结合,因此,易于被业界接受并推广,是对现有少数关于黄土湿陷敏感性研究的有益补充。     

A new method of studying collapsibility of loess

A new triaxial testing system that could control suction in wetting-induced collapsible tests was successfully developed to study the suction effects on wettinginduced collapsible deformation. The pedestal of the triaxial cell was made up of two parts, and the equipment not only could control suction but also could make water accessible to soil. A pressure/volume-controlled equipment was combined with the triaxial system to measure the water volume absorbed by samples accurately and to add pressure on water to filtrate into the sample. The apparatus could measure volume change precisely and keep the deviator stress unvaried, as well as measure the volume of water filtrating into the samples exactly. A triaxial collapsible testing procedure was described using the new apparatus for undisturbed collapsible loess with controlled suction. Furthermore, a series of double triaxial collapsible tests were conducted under different suctions and the same net cell pressure, and tests under different net cell pressures and the same suction were also done. It was indicated that the collapsible deformation increased with the increasing suction, and the effect of the net cell pressure on collapsible deformation was remarkable. The new triaxial apparatus was a useful facility to study the collapsible behavior of loess. __________ Translated from Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008, 30(4): 524-528 [译自: 岩土工程学报]     

大厚度湿陷性黄土地层的现场砂井浸水试验研究

针对大厚度黄土湿陷变形室内试验评价不准确,现场原位浸水试坑试验评价方法周期长、费用高且难以适应线性工程技术要求等不足,提出了一种新的现场试验评价方法:砂井浸水试验方法。其核心是利用湿陷变形土体与未湿陷变形土体之间产生相对沉降差及地裂缝,通过湿陷性黄土场地设置砂井,将水直接导入某一深层湿陷性黄土地层及砂井圆周边土体,以此来测定砂井井底下地层和砂井孔深范围内黄土的湿陷变形量。该方法具有操作简便、花费小、周期短和灵活性高等特点。依托宝兰客专建设项目,在具有代表性的大埋深自重湿陷性黄土场地开展了4个不同深度的砂井浸水试验,测试了砂井场地的沉降变形及井底湿陷性土层的沉降变形,同时配合井底土层含水量的量测,分析了井底黄土的湿陷性变形特征。参考现有规范中建议的该地区自重湿陷量修正系数,对比砂井浸水试验结果与室内试验结果,初步论证了砂井浸水试验的合理性,及其在大厚度湿陷性黄土线性工程上运用的优势。