自重湿陷性黄土场地的水分运移规律研究

依托兰州和平镇大厚度自重湿陷性黄土场地上的大型原位浸水试验,分析TDR水分计实时记录的体积含水率变化数据,研究大厚度自重湿陷性黄土场地水分运移规律。结果表明:自重湿陷性黄土场地浸润区和饱和区均呈现类似椭圆状的形态,可能与试坑未设注水孔等因素有关。水分的扩散并不是沿着某一固定的浸润角向下入渗,早期浸润线基本上是直线入渗,随后过渡为椭圆状入渗。场地中竖向渗透要快于径向渗透,这与黄土的竖向节理结构有着密切联系。当水分运移至埋深较大的土层时,此时径向渗透作用加大,竖向渗透会变缓。湿润锋的竖径比在浸水开始时较大,随着浸水时间的增加湿润锋竖径比会迅速下降,当入渗锋到达15 m之后,竖径比减小并趋于缓和。竖向扩散系数基本呈现出幂函数减小形态,而径向扩散系数呈现"小–大–小"的变化规律,给出了竖向和径向扩散系数随浸水时间变化的数学表达式。研究结果为认识大厚度自重湿陷性黄土场地水分运移规律提供了坚实的试验基础,亦可以为进一步研究大厚度自重湿陷性黄土场地的湿陷变形规律提供科学依据。     

采用TDR水分计研究非饱和黄土入渗及自重湿陷变形规律

通过在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行大规模原位浸水试验,在浸水坑的不同位置和深度埋设TDR水分计,对水在竖向和水平向的入渗运移规律进行实测,研究黄土在地面浸水后的入渗规律与自重湿陷变形规律及其相互关系。研究表明:(1)水在土体中的入渗规律是水沿大孔隙先向下入渗,然后再渗透扩大饱和区的运移过程;(2)在水分的入渗过程中,深度22.5～25.0 m以上土体发生自重湿陷变形,以下土体含水量增加缓慢,达不到湿陷起始含水量,没有发生自重湿陷变形,因此,可考虑22.5～25.0 m作为现场湿陷性评价的临界深度,另外该深度可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时的参考地基处理下限深度;(3)由TDR水分计得出的体积含水率变化曲线不仅可以用来测量体积含水率的时空变化,而且可以用来判定黄土是否发生湿陷变形以及湿陷敏感性和湿陷系数随深度的变化规律,也可粗略计算水在非饱和黄土中的扩散速度。     

北京市山前缓倾台地黄土的湿陷性特征

通过室内试验和原位静载荷试验对工程经验和试验研究资料欠缺的北京市密云县浅山区薄层黄土的湿陷性特征进行了研究。根据室内试验成果,总结分析了研究区黄土物理指标与湿陷系数的关系。湿陷性终止含水量介于25%~30%;湿陷变形经历压密、稳定、破坏三个阶段;较小(50kPa)压力下黄土的湿陷敏感性弱,随着压力的增大敏感性增强,至100~150kPa时,敏感性达到峰值,随后逐渐减弱。选取研究区典型粉土层和粘土层进行了天然状态和浸水饱和后的原位静载荷试验,分析P-s曲线和s-lgt曲线认为,粉土层浸水饱和后的压缩变形经历四个阶段,湿陷性强烈,湿陷等级为II级,湿陷起始压力为50kPa;粘土层不湿陷,浸水饱和后应变硬化在0~25kPa阶段完成,此后沉降量基本随压力的增大呈线性增长,没有出现像粉土层浸水后在压力作用下结构性反复破坏的现象。     

双线法载荷试验在黄土湿陷性测定中的应用

通过在现场采用双线法浅层平板载荷试验,分别在天然湿度和浸水饱和条件下针对湿陷性黄土层上进行试验,测定地基土压缩变形参数和湿陷性黄土的湿陷起始压力,对湿陷性进行测定。     

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。     

隧道穿越非饱和黄土场地浸水试验初探

为了揭示隧道穿越的非饱和黄土场地及隧道地基的湿陷变形特性,在隧道上部进行原位试坑浸水试验,分别在试坑的不同位置、深度布置TDR水分计和沉降标点来实测水分的入渗情况和土体的湿陷变形。研究表明:(1)水在非饱和黄土中渗透时优先向大孔隙通道运移,然后逐步扩大至饱和区,具体表现为前一点尚未饱和,下一点已有水分到达;(2)利用TDR水分计可以实时测量水分在土体空间中的运移扩散情况,也可以估算出水在非饱和黄土中的扩散速率,同时由测量所得体积含水率变化曲线可以判定黄土是否发生湿陷变形;(3)黄土场地中的分层湿陷量、湿陷速率随着土层深度的增加而减小,湿陷性黄土的浅层处比深层处具有更大的敏感性和危害性;(4)该试验场地处约15 m以上土层性质比较接近,土体密实度相对较小,水分入渗较快,易于产生湿陷变形,而15 m以下土体较密实,工程性质相对稳定。     

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。     

原状黄土地基渗水特性及其与自重湿陷的关系研究

通过青海乐都大厚度自重湿陷性黄土地基现场试坑浸水试验,深入研究了原状黄土地基湿陷特性及渗水特性两个核心问题。通过分层布设沉降观测系统和TDR水分原位测试系统,对试坑浸水试验过程及停止浸水后原状黄土地基不同位置的体积含水率和沉降进行连续观测。精确测试了水在原状黄土地基中的入渗过程、扩散形态及长时间浸水条件下的影响范围;得到了水在原状黄土地基竖向和径向不同部位的扩散速率及其与扩散距离之间的关系;分析了水分入渗与自重湿陷变形之间的相互关系;提出了用现场实测的黄土受水浸湿时间和湿陷起始时间之间的时间差定量判定黄土自重湿陷敏感性的新方法及其评价标准建议值。     

引入离散元所得破损规律的结构性黄土本构模型

结构性黄土的强度和变形特性与其内部的结构破损密切相关,限于微结构测试技术的限制,结构的逐渐破损规律还未能试验测试得到,因此将离散元数值试验所得理想结构性黄土在荷载和水作用下的破损演变规律,引入到应变分担形式的二元介质模型中,获得模型的响应并用于检验所得破损演变规律的合理性。首先给出了模型的本构方程,其中胶结元采用弹性模型,摩擦元采用修正剑桥模型,破损参数的函数形式通过对结构性黄土试样在加载和增湿作用下的离散元数值试验获得,然后应用编制的单元试验数值计算程序,检验了模型在一维压缩、一维湿陷、三轴压缩和三轴湿陷试验中的力学响应。结果表明该模型能够反映一维压缩试验中的压缩变形特性,一维湿陷试验中湿陷系数随压力的变化规律,三轴剪切试验中体变随围压的变化、初始弹性模量随围压的变化和三轴湿陷试验中逐步增湿的变形规律,胶结元的参数对力学特性影响较大,总体上在三轴压缩试验应变硬化时,离散元数值试验所得破损参数的变化规律比已有破损规律合理。     

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。     

安哥拉红砂湿陷特征试验研究

安哥拉红砂在工程建设上表现出与中国黄土相似的湿陷性和水敏性.通过浸水载荷试验和室内压缩试验揭示了红砂的湿陷特征,并探讨了红砂湿陷系数与含水率、干密度、孔隙比、饱和度的相关关系.结果表明:试验方法对红砂湿陷系数影响较大,室内压缩试验获得的湿陷系数是现场浸水载荷试验获得湿陷系数的1.7倍.红砂湿陷系数随压力增加而增加,但增...     

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.     

大西客专湿陷性黄土的大型浸水试验和路基处理方案研究

依托大西客专工程建设及其科研项目,通过在山西运城典型湿陷性黄土地区进行的现场大型试坑浸水试验,对浸水试坑的沉降变形特性、浸水变形的时间特性、基质吸力特性等做了较为深入的分析研究。试验表明:湿陷性黄土趋近饱和时,基质吸力基本消失,土压力降至最低,土体结构极易产生破坏而发生"突发性"湿陷。依据浸水试验实测最大自重湿陷量,获得了地区自重湿陷量的修正系数β_0值。本次湿陷性黄土场地原位试验获得的数据与参数已应用于大西客专路基设计,其成果对湿陷性黄土区的各类工程建筑有一定的参考及借鉴价值。     

湿陷性黄土间歇浸水试验

<正> 在湿陷性黄土地区,湿陷是一种相当普遍的现象。湿陷变形的充分完成需要足够的浸入水量和浸水时间。实际上,地基浸水往往是断断续续多次进行的,地基大多处于间歇浸水条件之下。根据土层每次侵水的饱和程度以及湿陷发展程度的不同,间歇浸水可分为四种情况。沿用以往的提法,本文所说的“间歇浸水”系指“土层的压力不变,每次浸水都达到饱和并使湿陷变形达到稳定”这一特定情况,以下将“浸水饱和并使湿陷变形达到稳定”简称“充分湿陷”。     

压实黄土增湿变形性质及其影响因素试验研究

作为建筑材料的黄土在工程建设中大多经过压实处理,其增湿变形特性与工程安全密切相关。已有的对黄土增湿变形性质的研究,基本上是针对原状黄土开展的,对压实黄土较少涉及。通过双线法增湿湿陷试验,对压实黄土在增湿条件下的压缩及增湿变形性质进行了较系统的研究,并进行了压缩和湿陷变形影响因素的方差分析。结果表明:①随增湿含水率的增加,压实黄土的压缩性增大,湿陷性减小,压实度越小,这种效应越明显;不同压力下,湿陷变形对增湿的敏感性不同;②随增湿含水率的增加,增湿变形起始压力减小,增湿变形终止压力增大,增湿变形压力区间增大,可用增湿变形系数反映已有增湿水平下土体湿陷性的退化程度;③方差分析表明,相同增湿含水率下,压实黄土最终变形仅受最终压力的影响,加荷路径、浸水路径及两者的耦合对其影响很小;④未浸水饱和压缩时,密实度、初始含水率和压力,以及它们的交互作用均对压缩变形有显著影响,压力的影响最大,其次是密实度和初始含水率;与未浸水情况不同的是,浸水饱和压缩时初始含水率的影响很小;⑤增湿含水率、压力和密实度,以及它们的交互作用均显著影响压实黄土的湿陷性,其中增湿起始含水率的影响最大,密实度次之,压力最小。     

黄土自重湿陷变形的多地层离心模型试验方法

黄土的自重湿陷变形对上部建筑物具有较大的危害,现有的黄土室内湿陷试验方法和现场浸水试验方法,难以同时满足工程建设对试验结果在经济性、期限和准确性方面的要求。在之前提出的黄土湿陷变形的典型层离心模型试验方法的基础上,以咸阳渭城区布里村自重湿陷性黄土地基为对象,开展了包含地基多个地层的单线法和双线法自重湿陷变形离心模型试验,提出了黄土自重湿陷变形的多地层离心模型试验方法,并与室内湿陷试验和现场浸水试验结果进行了对比;同时分析了Q_2和Q_3黄土自重湿陷的分层变形特征。研究结果表明:多地层离心模型试验结果得到的地区修正系数β_0值与现场浸水试验测得的β_0值相差0.04,其相对误差为2.5%。证明多地层离心模型试验方法可以得到与现场浸水试验相近的结果,且具有费用少、试验周期短的优势,在一定情况下可以取代现场浸水试验进行黄土自重湿陷变形的测定。     

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。     

兰州地区大厚度自重湿陷性黄土场地 浸水试验 综合观测研究

对兰州地区 Q₃ 大厚度自重湿陷性黄土场地进行了不设注水孔,埋设水分计和热传导吸力探头的浸水试验。研究结果表明：大厚度黄土场地的不同深度土层均会出现多次湿陷,湿陷次数随着土层深度的增加将减少;体积含水率在不同深度土层中呈现不同的变化规律, 10 m 以上基本由 6 段组成, 10 ～ 22.5 m 由 5 段组成,而 22.5 m 以下则由 3 段组成; 25 m 以上范围内水分入渗较为容易,该深度以下土层,由于上部土体发生湿陷压密以及空隙中的气体压力增大导致了水分入渗缓慢;离试坑周边较远的裂缝的产生由于试坑较近裂缝剧烈活动引起;水分运移基本呈现椭圆状形态入渗（长轴位于水平向）,后期整个椭圆状湿润区的离心率越来越小,椭圆更扁;浸润角随着外部水源不断供给逐渐扩大,本次试验其变化范围在 0 °～ 55 °;场地中水分入渗率基本呈现出幂函数减趋势。     

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。