湿陷性黄土地基湿陷变形计算方法的评价

对湿陷系数、本构模型和弦线模量等几种计算湿陷变形的方法进行了评价.对比原位浸水和载荷试验结果,湿陷系数计算湿陷变形误差很大,本构模型尚未在工程中推广应用,弦线模量计算湿陷变形最为准确.由于能够准确计算湿陷变形,因而能够按变形控制进行湿陷性黄土地基的设计.     

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Q3黄土和Q2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.     

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.     

关中地区黄土的湿陷变形

根据在关中湿陷性黄土地区５个场地上所进行的１０个试坑浸水试验和１９个浸水载荷试验结果，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。     

黄土湿陷过程中的压力与湿陷速率关系的数学模型及分析

通过对黄土湿陷过程的分析,根据能量守恒定律,建立了黄土的湿陷过程中压力与湿陷速率关系的数学模型。通过试验,确定了模型中的相关参数,得到了湿陷速率随压力变化曲线。根据对模型及试验曲线的分析,指出在黄土湿陷过程中湿陷速率随着压力的增大而增大,但增长速率却逐渐减小;湿陷起始压力随着湿陷量的增大而增大;湿陷速率的变化具有突变性。     

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。     

黄土隧道的湿陷变形规律及其对衬砌结构的作用

黄土围岩潜在的湿陷变形不利于隧道工后的安全稳定,为深入研究黄土围岩湿陷变形对隧道结构的影响机制,在已建黄土隧道场地开展大面积试坑浸水试验,研究湿陷性黄土围岩的渗水分布场、湿陷变形发展规律及隧道结构的受力变形规律。表明隧道开挖促使黄土围岩原生竖向节理、裂隙发育,易形成贯通地表的竖向裂缝,增大了深层黄土竖向渗水能力,地表水易于向深层土运移。隧道开挖扰动了黄土围岩原有结构,改变了深层黄土的湿陷变形特性,遭浸水作用后产生较原位土层湿陷变形更大的沉降变形。当水分入渗接近隧道埋深,围岩承载拱作用的减弱甚至消失,会显著地增大隧道围岩压力及传至基底的压缩应力,并在拱脚位置形成应力集中,引发拱脚下沉,而仰拱中部地基的弹性抗力抑制中部沉降变形发展,显著的不均匀沉降差导致仰拱中部开裂,形成纵向裂缝。对于埋深较浅的黄土隧道,应避免隧道上方地表出现长期浸水的情况;设计施工中应充分考虑拱脚地基承载能力不足的情况,可加强仰拱刚度以抵御不均匀沉降的发展。     

黄土场地自重湿陷机理及室内评价初探

本文从复杂应状态下黄土的湿陷变形特征的角度探讨了黄土场地自重湿陷的机理，对新黄土规范中自重湿陷量计算式中β０的物理意义进行了分析，讨论了用复杂应力状态下黄土湿陷变形曲线进行自重湿陷量计算必须考虑的几个问题。     

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。     

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。     

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。     

湿陷性黄土隧道的工程性质分析

黄土隧道往往具有特殊的湿陷性黄土围岩和干旱半干旱气候地区特殊的地形地貌及地质环境,对隧道结构构成了潜在的不利影响。在对湿陷性黄土隧道修建和运行中工程特性认识的基础上,首先,根据地形地貌、地层结构、侵蚀发育、地下水条件和黄土浸水水源,进行了隧道的岩土环境等级和浸水等级划分,以及湿陷性黄土隧道的环境等级划分。其次,给出了隧道黄土地基湿陷变形量的计算分析方法,依据黄土地基湿陷变形不均匀沉降对衬砌结构的作用影响,以及列车运行对路基沉降变形的控制标准和建筑地基湿陷变形对结构的作用影响,确定了隧道湿陷性黄土地基等级的划分标准。最后,考虑到现行《湿陷性黄土地区建筑规范》适用的局限性,结合湿陷性黄土隧道的工程特点,针对隧道施工过程中围岩稳定性和湿陷变形对衬砌结构影响的两个重要问题,相应的提出了隧道地基湿陷性变形的评价方法和围岩压力的确定方法;由竖向压缩应力系数确定湿陷压缩应力,结合试验得出的湿陷系数计算隧道下地基土在实际压缩应力条件下的湿陷变形量。在考虑黄土结构性的条件下,利用太沙基公式计算隧道围岩压力,得到了围岩压力随黄土构度的变化关系。     

考虑黄土结构性变化的地基增湿压缩变形分析

通过湿陷性黄土的侧限压缩试验,按照损伤力学复合体理论,研究了压缩应力应变曲线及其切线压缩模量的变化规律,提出了能够考虑加载及增湿耦合作用的结构损伤比,并在考虑实际地基浸水和附加应力变化的耦合作用下,建立了切线压缩模量随含水量和附加应力连续变化的函数。发现切线压缩模量随压应力的增大而减小,随含水量的升高而降低;压缩应力和增湿作用下的结构损伤性较压硬性更加突出,加荷和增湿作用过程就是黄土结构的损伤过程。基于黄土的结构损伤比,给出了地基土压缩模量随含水量和压缩应力连续变化的函数,提出的地基沉降验算方法是评价湿陷性黄土地基可能湿陷量的一条有效途径。     

结构性黄土的变形特性

针对结构性黄土研究中的不足和存在的问题,以原状结构性黄土样和人工制备结构性黄土样2种试样的室内侧限压缩试验、等含水量三轴剪切试验和浸水变形试验以及等吸力三轴剪切试验为基础,研究了结构性黄土的湿陷及变形特性。结果表明,结构性黄土存在一个与广义应力路径无关的湿陷面,结构性黄土的变形与结构强度的破坏有直接的关系。     

侧限条件下增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性

 用改装的非饱和土直剪仪在无应力及净竖向应力作用下对湿陷性黄土进行分级增湿试验,测量增湿过程中变形及吸力的变化,分析增湿前孔隙比(无应力时)及净竖向应力对增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性的影响,探讨无应力与净竖向应力作用时增湿持水特性之间的关系,提出力水耦合作用下孔隙比与吸力关系的表达式及以饱和度与吸力关系表征的持水特性模型。研究结果表明：力水耦合作用下,孔隙比与归一化吸力关系可用对数函数来描述,可以用孔隙比的变化来反映净竖向应力对持水特性的影响。无应力及净竖向应力作用时,只要孔隙比相同,则饱和度与吸力间关系相同。吸力小于阈值时,增湿前孔隙比和力水耦合作用所致孔隙比的变化对含水率与吸力间关系皆有较大影响;大于阈值时,几乎没有影响,且可用同一幂函数描述,据此提出考虑孔隙比变化的修正V-G模型,该模型可以预测无应力及净竖向应力作用时湿陷性黄土的增湿持水特性,预测结果与试验结果吻合较好。     

基于割线模量法的黄土增湿变形本构关系研究

分别采用单线法和双线法对原状Q3黄土进行增（减）湿情况下的单轴压缩试验,并利用割线模量法对试验结果进行对比分析。研究结果表明,无论是双线法还是单线法,同一初始含水量下未浸水试样和浸水试样的割线模量与压力关系曲线的斜率虽然存在一定差异,但两者差值都很小,所以可认为两者的割线模量与压力关系曲线平行;割线模量差与初始含水量的关系曲线按指数形式进行拟合比较合理。     

湿陷性黄土模型试验相似材料的研制

湿陷性黄土模型试验相似材料一直是地质力学模型试验相似材料研究的瓶颈,限制着湿陷性黄土地区模型试验的应用。采用空中自由下落法,通过大量配比试验,成功研制湿陷性黄土模型试验相似材料,该材料选用重晶石粉和砂作为无黏性材料,工业盐、石膏和膨润土作为黏结性材料,加水均匀拌合,润湿24 h后采用空中自由下落法制成试样,50℃恒温条件下烘干试样,模拟风成黄土的沉积方式和形成条件。通过湿陷试验,得到该相似材料具有和天然湿陷性黄土相似的湿陷特征,浸水产生强烈湿陷;通过直剪试验,得到该材料的强度参数也与天然黄土相似,而且可调节的容重范围广,是一种比较理想的湿陷性黄土模型试验相似材料。