黄土高填方地基沉降变形规律及影响因素分析

为了研究不同侧向约束条件下黄土高填方地基的沉降变形规律及其影响因素,采用有限元软件PLAXIS3D建立了平填型填方地基、贴坡型填方地基以及沟谷型填方地基的数值模型,对高填方地基工后沉降变形规律进行了归纳,并通过灵敏度分析法对黄土高填方地基沉降变形的影响因素进行了敏感性分析; 通过与文献的理论计算结果对比,证明了数值模型的有效性。研究结果表明:不同的侧向约束条件对高填方地基的沉降变形有显著的影响; 侧向约束越强,高填方沉降变形越小,反之亦然,其中平填型填方地基的沉降变形最大,贴坡型填方地基次之,沟谷型填方地基的沉降变形最小,且地形对称分布的沟谷型填方地基变形控制效果优于非对称地形; 随着填土高度和填筑速度的增加,填方地基的工后沉降也会增加; 提高填土的压实度可以显著减小沉降,但改变原位地基处理厚度和沟谷底部宽度对沉降变形的影响相对较小。     

改进的分层总和法在黄土地区高填方地基沉降变形中的应用研究

黄土高填方沉降变形控制是工程建设的重点和难点。通过室内侧限压缩试验和加湿试验,总结了重塑黄土在自重应力和含水率变化下的变形特征。基于分层总和法的思想,引入了Gunary模型和割线模量法,将黄土高填方地基的沉降分为荷载引起的施工沉降和含水率变化引起的施工后沉降,并提出了黄土高填方地基沉降变形的计算方法。结合实际工程背景,预测了高填方工程的沉降变形。结果表明：黄土高填方沉降的主要来源是施工期荷载引起的沉降;随着填土高度的增加,工后沉降占总沉降的比例逐渐增大;在最优含水率条件下,当施工期压实度达到95%以上时即可完成土的排气固结,施工后期为土的排水固结;压实度的控制对高填方工程至关重要;该研究成果丰富了黄土高填方地基沉降变形的计算理论,为黄土高填方工后沉降和湿陷性沉降的研究提供了理论依据,并对黄土高填方工程的施工及工后沉降控制具有一定的参考价值。     

黄土丘陵沟壑区压实回填土地基沉降计算方法

沟谷型黄土高填方工程地基沉降控制问题既是重点也是难点,针对黄土丘陵沟壑区压实回填土地基沉降计算方法研究较少。通过室内人工配制试样与回填场地原位探井取样开展了一系列室内高、中、低压侧限压缩固结试验,探究了压实回填土的变形特性,基于割线模量法与分层总和法研究路径的不同提出了一种改进的沉降计算方法,对比分析了填筑体在不同计算方法下的最终沉降量差异。试验结果发现,采用基于Gunary模型非线性垂直压应力-压应变关系表示的割线模量法,计算所得的最终沉降量数值比分层总和法计算值偏小,两者偏差在4.8%之内。压实回填试验场地的实测压实度基本稳定在(70±5)%,通过提出的计算方法预测回填场地33 m深填方填筑体在水环境未变化时产生的总压缩固结沉降变形量为1523.2 mm,填方区的地基沉降量非常大,填方区的基础设施建设应在地基充分固结变形稳定后,同时,高填方施工应严格控制压实度,努力提升施工质量。该计算方法是对割线模量法沉降计算体系的有益补充,其计算结果可供实际工程建设参考。     

黄土贴坡高填方变形破坏机制研究

受地形条件限制,黄土山区贴坡高填方工程近年逐渐增多并出现了一些失稳事故,亟需对其变形破坏机制进行研究。以黄土梁地形上某机场建设工程中的失稳贴坡高填方为例,通过现场详勘与工程地质调查,分析并总结了这类边坡的结构特点及变形破坏的关键影响因素,进而针对性的开展了压实黄土增湿变形试验、Q2离石黄土高压湿陷试验、CTC及RTC路径三轴试验,结合现场资料与室内试验结果对其变形破坏机制进行了研究。结果表明:下覆地形高差导致填方厚度差异,进而引起的坡顶地面差异沉降裂缝是诱发后续变形破坏的必要条件。黄土贴坡高填方变形破坏机制可以概括为:工后土体固结沉降、填土增湿及黄土高压湿陷沉降致裂→水分沿裂缝入渗软化土体→形成中部初始滑面→前部土体加载增湿破坏→后部土体卸荷增湿破坏→锁固段土体加载增湿破坏→滑面贯通整体失稳。该结果有助于加深对贴坡高填方变形破坏演化过程的认识,可以为这类边坡的防治工作提供科学依据。     

基于离心模型试验的黄土高填方沉降影响因素分析

使用复合型岩土离心试验机进行黄土高填方地基沉降模型试验,模拟沟谷地形中填筑体施工期和工后沉降过程,并系统研究黄土高填方沉降的影响因素。试验成果表明:施工速率、填方高度、沟谷形状、填筑压实度、时间等因素对填筑体沉降均存在影响。黄土高填方沉降主要发生在施工期,工后沉降所占比例较小。工后沉降随填方高度、时间对数均呈线性增长,工后沉降速率随时间呈指数衰减趋势。与开阔"U"型沟谷相比,狭窄"V"型沟谷地形对填方体有明显变形约束作用,沉降量小,稳定时间短。提高压实度、减小施工速率、控制填方高度均可减小填筑体沉降量,但提高压实度对大厚度填筑体的沉降控制作用更为显著,施工速率改变则对施工期沉降产生更直接的影响,填方高度与长期工后沉降量正相关关系则相对较为稳定。     

降雨条件下压实黄土水分入渗规律模型试验研究

以西北地区黄土高填方工程为研究背景,在自行研发水分迁移特性测试设备的基础上,开展了重塑压实黄土在降雨入渗条件下的水分迁移特性室内模型试验,获得了不同压实度下黄土的"电阻率–饱和度"Archie模型和"饱和度–基质吸力"Fredlund-Xing模型及参数变化规律,建立了基于土电阻率的基质吸力幂指数预测公式;研究了不同压实度黄土在不同雨型条件下的入渗特征及其入渗速率、饱和度、电阻率等随时间和土层深度的变化规律。研究结果表明:(1)雨型不同,压实黄土的入渗特征各异,小雨下入渗线呈"Y"型(最大入渗深度Hmax=0.20~0.35 m),大雨下呈"D"型(Hmax=0.55~0.65 m),暴雨下呈倒"V"字型(Hmax0.8 m),入渗速率与雨量正相关,与土层深度和压实度反相关;(2)土体电阻率变化规律与饱和度变化过程相反,基质吸力预测值和实测电阻率变化方向一致;(3)采用土电阻率方法可以为深入探索黄土高填方的长期变形机制和稳定性预警或灾害防治提供一个新的途径。     

高填方地基沉降变形计算及分析研究综述

从填方高度、填料类型、填料压实度等六个方面,阐述了高填方地基沉降变形的影响因素。综述了五种高填方地基沉降变形计算方法:物理模型试验、理论计算、数值模拟、经验公式和模型预测,各自的研究进展、适用性和优缺点,对需深化内容进行了合理展望,使高填方地基沉降变形计算方法更加完善。     

综合管廊穿越黄土挖填方场地受力变形状态研究

以黄土高填方场地中的现浇综合管廊为原型,通过物理模型试验研究综合管廊在黄土挖填结合部位的受力与变形状态。采用石膏与铝棒材料制作1∶20的缩尺综合管廊模型,并模拟出黄土填方场地中挖填结合部位的阶梯状接坡结构。通过特制的沉降装置模拟填方场地工后沉降的发展,全程监测综合管廊的竖向变形、纵筋应变以及地基土压力变化。揭示了综合管廊在填方场地工后沉降发展过程中的受力规律与变形破坏特征。试验结果表明,随着填方区土体沉降量的增大,综合管廊与底部土体接触状态变化是导致综合管廊在挖填结合区内侧壁拉-剪裂缝的重要原因,并且综合管廊剧烈变形的范围由挖填结合区向填方区有明显的扩展。研究成果可为实际工程中综合管廊的设计和变形控制提供参考。     

天府国际机场某压实填土地基沉降预测

大面积高填方工程具有填方高度大,平面面积大,挖填平衡、填料复杂、填方工艺多种、地下水排水困难、易形成不均匀沉降、工期紧等特点.大面积高填方施工是一个复杂的系统过程,影响因素众多,其中沉降问题是控制重点.大面积高填方在各种因素下的沉降计算,在一些土力学和地基基础教材地基沉降计算的章节中尚未见到,文章通过工程特性结合经验公...     

湿陷性黄土地区高填方地基工程关键技术问题与实践

以陕西省延安市某黄土高填方地基工程为研究对象，分析了我国西北湿陷性黄土丘陵沟壑区域开展挖填方工程面临的关键技术问题。详细介绍了工程的挖填方概况、工程地质和水文地质条件以及高填方地基设计和施工对策。结合场地形成的过程，对施工期及工后沉降监测数据进行分析，得到了黄土高填方场地形成过程中不同阶段地基沉降的特点和规律：填方区工后沉降量随填土厚度的增大而增大，填土厚度相近区域，原地基覆盖土层的厚度越大，工后沉降越大。     

基于修正FDA方法的黄土高填方地基工后沉降分析

为了进一步探索黄土高填方机场工后沉降的形成机制,以便于对其进行预测,以吕梁机场试验段为研究对象,结合大量的原位监测资料和室内压缩试验,采用修正FDA方法,试图将工后期排水固结变形和次固结(蠕变)变形进行分离,并采用基于Mikasa固结理论和Voigt-Kelvin黏弹性模型的沉降量–沉降速率曲线法进一步对该方法进行对比验证。研究表明:黄土高填方地基工后总沉降中约74%的沉降分量为深厚黄土地基的主固结沉降,其余的沉降主要以原地基及填筑体的蠕变引起,故基于修正FDA方法在分析黄土高填方工后沉降量形成机制的应用中比较符合工程实际,对类似工程的设计和工后沉降预测有一定的指导意义。     

高填方土石混合料强度与变形特性及沉降预测研究

 为解决高填方土石混合料强度与变形计算难题,对不同初始含水量不同初始干密度的土石混合试样进行剪切试验和压缩试验,深入分析不同土石比试样的强度与变形特性随初始参数的变化规律。结果包括：(1) 初始压实度越小的试样侧限压缩应变越大,初始含水量越大的试样侧限压缩应变越大;压缩系数随竖向压力的增大整体先增大后减小,压缩模量随竖向压力的增大整体呈增大趋势;(2) 类似高填方工程中填筑体初始压实度宜控制在0.93以上,初始含水量控制在最优含水量±(2%～3%),土石比控制为2∶8～4∶6;(3) 粉质黏土和砂质泥岩混合料压实土的干密度与竖向压力之间呈幂函数关系,建立由填土层的初始状态和所受荷载预测填筑土层强度和沉降量的算法;(4) 考虑初始状态的填方沉降预测方法是合理的,采用其略微偏大的变形计算结果进行高填方设计或施工,可使得高填方地基质量控制偏于安全;(5) 最优含水量范围内不同压实系数引起的沉降差异较小;随着压实系数的增大,地基沉降变形明显减小;土石比为2∶8时压实度增大对地基沉降的影响程度大于土石比为4∶6的高填方地基。研究成果可用于土石混合料高填方地基变形分析与计算。     

黄土山区高填方沉降变形的研究

这里研究了黄土山区高填方边坡在宽高比、填方高度参数影响下自重作用的沉降变形,采用了符合岩土材料的Mohr-Coulomb本构模型,对高填方边坡沉降变形问题进行了弹塑性有限元平面应变分析,模拟了同一填方高度、同体积、不同宽高比对黄土山区高填方沉降变形的影响,以及不同高度高填方的沉降变形规律。     

黄土地区某填方贴坡场地建筑病害数值模拟研究

选取了某建筑病害严重的建设场地作为研究区,通过数值模拟研究,得到了填土贴坡建筑场地挖方区、填方区及挖填结合区的变形规律,不均匀沉降、滑移、扭转是导致建筑物破坏的主要因素。利用材料力学的第一、第二强度理论分析了建筑物破坏的机理,探讨了半岩半土场地和水对填方地基变形的影响。提出了针对填方区或挖填结合区的多种地基处理方案建议,为类似黄土地区填土贴坡场地选址、地基处理、结构设计研究提供参考依据。     

大厚度夯填黄土场地工后变形特性研究

以陕北某黄土沟壑区高填方黄土场地为例,利用多重监测手段对填方体进行了长期、连续的变形监测,利用监测成果分别研究了夯填黄土场地地表和深部的沉降变形及水平位移变形特性。对影响沉降变形的压缩层厚度因素及时间因素进行分析,建立多因素沉降变形回归模型,讨论了以沉降变形速率作为稳定标准,不同填方厚度条件下的填方体沉降变形稳定时间。分析表明：分层强夯回填黄土场地的最终工后沉降量约为压缩层厚度的1.29‰,填方体的地表水平位移量较沉降变形量小,地表水平位移变形在方向上指向填方体临空面方向或填土厚度较大部位方向;在深层变形特性上,填方体表现出表层回弹、深部压缩的变形特性,填方体的深层水平位移表现出呈随深度减小的趋势。     

适于黄土高填方路堤综合压实技术的应用研究

以太原市太行路阎家峰路段为工程应用对象,提出并应用一种适于黄土填料高填方路堤的分层碾压与重锤补夯相结合的综合压实技术。通过结合施工进程的土性试验、现场深层沉降监测等试验手段,研究高填方路堤黄土填料的压实特性、重锤补夯的强化机制及路基的综合压实效果。相关土性试验研究结果表明:分层碾压后的土体再经重锤补夯作用后,压实度、压缩模量等参数得到大幅提高,并随填方深度均呈周期性的锯齿形曲线变化形态。沉降监测及分析结果表明:该综合压实技术处理后的路堤工后沉降显著减小,趋于稳定的最大工后路面沉降仅为路堤高度的0.1%,且填方体的自身压缩变形为总沉降的主要组成部分;填方体工后沉降与时间呈对数关系,依此提出填方体工后沉降的预测公式,与实测值吻合较好。     

西安某湿陷性Q2黄土场地建筑地基沉降分析

为研究湿陷性Q₂黄土场地建筑地基在降雨入渗影响下的沉降变形规律，首先通过压力板试验和直剪试验研究了Q₂黄土的水力—力学特性，拟合了黄土的非饱和渗流参数和随含水量变化的力学参数表达式；其次，基于试验结果提出了一种考虑土体湿陷性的地基沉降数值模拟方法，并以西安某Q₂黄土场地上临近雨水入渗点的建筑地基为依托，分析了降雨入渗下的建筑地基的沉降变形特征。结果表明Q₂黄土具有显著的湿陷性，粘聚力、内摩擦角、变形模量随含水量的增加而近似线性劣化，文中提出的数值模拟方法可以较好地模拟出Q₂黄土的这一特性；Q₂黄土场地建筑地基在雨水入渗工况下，考虑地基土体湿陷性的沉降变形分析结果相对于不考虑湿陷性的分析结果而言，地基沉降变形最大可增加2倍左右，考虑湿陷性的地基沉降分析结果更符合工程实际。     

基于土电阻率的黄土高填方地基细观变形机制

 为揭示黄土高填方地基产生变形的细观机制,以吕梁机场试验段为背景,基于土电阻率原理,研发土电阻率–固结联合测定仪,通过原位监测、现场取样和大量室内试验得到不同初始饱和度的Q3黄土在恒定荷载下的电阻率动态变化规律,提出以最优含水率为界限的Q3黄土“电阻率–应变曲线”模型,得到Q3黄土在恒定荷载下的水分迁移规律和结构变化特征。研究结果表明：高填方顶面工后总变形包括两大部分,即地基土及填方表面以下一定深度内填筑体的排水固结变形和深部超固结土的蠕变变形;初步揭示土体产生变形的细观演化规律,同时也为黄土高填方土体的本构模型建立和数值分析中模型的合理选取提供科学依据。     

董志塬区黄土高填方地基工后沉降特性试验研究

黄土高填方地基工后沉降量大,容易引起建筑物开裂破坏。本文以庆阳市西峰区某小区填沟造地项目为背景,对董志塬区黄土高填方地基的工后沉降特性进行了分析研究,研究结果表明,⑴黄土高填方地基在回填后200天到250天左右工后沉降量较大,最大沉降量可达到79cm。⑵黄土高填方地基工后沉降在沟谷处较大,距离沟谷越远,沉降量越小。⑶干密度是影响黄土高填方地基工后沉降的主要因素,可以通过提高干密度的方法提高黄土的回填质量,对于超厚的黄土高填方地基,宜采用高能级强夯进行分层回填。     

降雨入渗对浅埋黄土隧道稳定性的影响

为了研究降雨入渗作用下黄土力学性质劣化对浅埋黄土隧道稳定性的影响,对隧道围岩中的黄土进行了不同含水率和不同围压的剪切、等压三轴试验,结果表明,含水率对黄土力学性质和破坏形态有较大影响。根据试验结果建立了黄土不同含水率的塑性本构关系,对比了计算结果和试验结果,证明了该本构关系能较好地描述黄土的应力应变规律。对不同降雨强度、不同深度的黄土在雨水入渗影响下的含水率分布规律进行分析,并在数值模拟软件中调用建立的不同含水率的黄土塑性本构关系,计算不同降雨强度下隧道结构的受力和变形,结果表明:考虑降雨入渗后隧道结构变形和受力增加明显,其中,拱顶沉降增幅达到46%,隧道初期支护应力增加20%～27%。将浅埋黄土隧道结构变形监测数据与数值模拟结果对比,验证了黄土本构关系的正确性,所模拟的降雨入渗对隧道结构稳定性的影响符合实际工程。