黄土湿陷性的影响因素

黄土湿陷性的影响因素（精选7篇）

黄土湿陷性的影响因素 篇1

1 概述

黄土的湿陷性问题是一个世界性的难题, 同时也是在黄土分布区域进行工程建设活动中最基础而又关键的工作。为了找到黄土发生湿陷的原因, 国内外学者们对世界不同地区的黄土做了大量成效显著的研究工作, 提出了很多关于黄土湿陷性的学说, 然而由于黄土自身的复杂性和特殊性, 使得当前对造成黄土发生湿陷的原因尚未统一。但以往研究[1,2,3,4,5]表明, 黄土的湿陷性与其自身的物质成分、物理性质以及微观结构类型等有着密切联系。本文结合前人的研究成果, 对影响黄土湿陷性的因素做了简要分析。

2 影响黄土湿陷性的因素分析

2. 1 黄土的物质成分与湿陷性的关系

黄土中的矿物种类可达60 余种, 且各地黄土的物质组成没有太大差异。其中, 以石英、长石、碳酸盐矿物及石膏等为主的轻矿物含量一般> 95% , 它们是构成黄土的基本骨架颗粒。而黄土组成矿物中的可溶盐类和粘土矿物是引起黄土发生湿陷的重要因素。当黄土中包含较多的易溶盐时, 遇水溶解流失后就会减弱土体的强度与稳定性。关文章[6]通过研究发现, 黄土骨架颗粒接触点处起胶结作用的可溶盐, 遇水后其体积和厚度不断减小, 削减由可溶盐胶结的那部分连接点的胶结强度, 当残留的强度不能抵抗促使颗粒发生移动的外部荷载时, 由可溶盐胶结的那部分连接点发生断裂, 使结构体系的刚度降低, 进而发生湿陷。同样, 在湿化条件下, 填充在骨架颗粒之间起胶结作用的粘土矿物吸水后软化, 削弱骨架颗粒间的连接力, 从而使土体强度变小, 引发黄土的湿陷。

2. 2 黄土的物理性质与湿陷性关系

黄土的物理性质指标是黄土力学性质的外在表现, 通过分析各物性指标与湿陷系数的关系, 可以用来窥探黄土发生湿陷的原因。

2. 2. 1 黄土的孔隙与湿陷性的关系

高孔隙性是黄土一个重要的物理性质, 孔隙含量的大小、种类、赋存状态以及孔隙与黄土骨架颗粒之间的相互关系是影响或决定黄土力学性质的重要因素, 进而黄土中的孔隙也成为研究黄土湿陷性的主要内容和方向之一。因此, 反映土疏密程度的孔隙比或孔隙率被经常用来研究黄土的湿陷性。从图1 可以看出, 随着孔隙比的增大, 黄土的湿陷性变强, 即黄土的湿陷系数与孔隙比之间存在正相关关系。

此外, 黄土中孔隙的构成对湿陷性的影响也很显著。雷祥义等[8]利用扫面电镜、偏微光镜和压汞法对湿陷变形前后的黄土试样的孔隙结构进行对比分析发现, 不同大小的孔隙对湿陷性的作用程度是不同的。在湿陷变形过程中, 大孔隙被破坏的程度取决于孔隙的坚固程度中孔隙多为支架孔隙, 结构很不稳定, 水的侵入容易使其发生破坏, 致使整个结构体系崩溃; 而小、微孔隙结构牢靠, 在浸水条件下不易发生变化。黄土中大、中孔隙含量大致以40% 为界 ( 见图2) , 湿陷性黄土与非湿陷性黄土有着明显区别。

2. 2. 2 黄土的含水状态与湿陷性的关系

黄土是一种典型的非饱和土, 黄土的含水状态对其物理力学性质影响非常明显。一般情况下, 含水量较小时, 浸水后湿陷变形大。相反, 含水量较大时, 湿陷变形小, 饱和黄土不发生湿陷。即含水量与湿陷系数之间存在负相关关系。而湿陷性则随饱和度的增大而变小。这是因为水的侵入, 会溶解和软化充当骨架颗粒胶结物的可溶盐类与粘土矿物。同时, 也会使土毛细力变小或丧失。这都将降低骨架颗粒之间的连接力, 削弱土的结构强度; 当含水量至一定程度后, 在土自重应力或外力的作用下, 使土的压稳定结构被破坏, 土体的湿陷性被消减。

2. 2. 3 黄土的密度与湿陷性的关系

密度是单位体积土的质量, 可以从侧面反映土中孔隙的多少, 随着密度的增大, 孔隙含量相应减少, 土体趋于密实, 为湿陷变形提供的空间变小。而土样越疏松, 为湿陷变形提供的空间就越大, 一般湿陷性就越大。

2. 3 黄土的埋深与湿陷性的关系

黄土的湿陷性与埋深也有着密切联系, 土埋深越大, 其所承受的自重压力就越大, 土相对就越密实, 所具有的结构强度也就越大。如图3所示, 为山西某场地地基黄土不同固结压力下湿陷系数与土样埋深的关系。可以看出随着深度的增加, 土样的湿陷系数有相应变小的趋势。而黄土的湿陷起始压力有随着土样埋深的增大有变大的趋势。

2. 4 黄土的成土时代和环境与湿陷性的关系

黄土形成的过程其实质是不同程度的土壤化过程, 土壤化过程中的成土条件和时间影响着土壤的类型及其结构 ( 图4) 。因此, 黄土的湿陷性与成壤作用关系密切。成壤条件的不同使得土壤的类型以及湿陷性的强弱不尽相同。黄土的成壤作用由西北向南东不断减弱, 相应其湿陷性也自西北向南东由强变弱。黄土地层愈新, 湿陷性就越强, 反之湿陷性越弱; 相邻层位古土壤的湿陷性远低于黄土的湿陷性, 这就使得在垂直剖面上黄土的湿陷性有自上而下呈波动状减小的趋势。

赵景波等[9]曾对甘肃、陕西等地100 多块土壤样品进行了湿陷性的测定, 结果表明: 在干旱的荒漠草原和草原生物气候条件下形成的棕钙土、灰钙土、栗钙土及黑钙土等风化成壤作用弱的土壤类型具有强湿陷性。而在半干旱和半湿润森林草原条件下形成的碳酸盐褐土和黑垆土等土壤类型湿陷性弱。森林条件下形成的土壤一般不具有湿陷性, 见图5。

2. 5 黄土的微观结构类型与湿陷性关系

黄土的湿陷性与微观结构特征关系密切, 微观结构中骨架颗粒的接触关系、胶结类型及孔隙结构对黄土的湿陷性具有重要影响。

骨架颗粒之间的排列方式与接触关系很大程度上决定了孔隙的赋存形式。从表1 可以看出, 支架孔隙与镶嵌孔隙对黄土湿陷性有积极贡献, 尤其以支架孔隙作用最大。支架孔隙越发育, 土体的湿陷性就越强。此外, 骨架颗粒之间的胶结方式也是影响黄土湿陷性的因素之一, 胶结程度越好, 骨架颗粒间连接强度就大, 土体结构就越强, 湿陷性就越弱或没有湿陷性。

3 结论

通过对黄土湿陷性与黄土物质成分、孔隙的大小与类型、含水状态、密度、土样埋深、成土时代和环境以及微观结构类型等关系的分析, 表明造成黄土产生湿陷性的问题是多因素共同作用的结果, 黄土本身的结构性、富孔隙性、水敏性是造成黄土湿陷性的内在原因。

参考文献

[1]李雨浓, 影响黄土湿陷系数因素的分析[J].世界地质, 2007 (01) .

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[5]雷祥义.中国黄土的孔隙类型与湿陷性[J].中国科学 (B辑) , 1987 (12) .

[6]关文章.湿陷性黄土工程性能新篇[M].西安:西安交通大学出版社, 1992 (6) .

[7]冯连昌, 郑晏武.中国湿陷性黄土[M].北京:中国铁道出版社, 1982.

[8]王永炎, 林在贯.中国黄土的结构特征及物理力学性质[M].北京:科学出版社, 1990.

[9]赵景波, 岳应利, 陈云.黄土湿陷性及其成因[J].地质力学学报, 1997 (04) .

黄土湿陷性的影响因素 篇2

在湿陷性黄土场地上进行建设, 要结合黄土湿陷性特点和建筑物要求进行地基处理, 防止地基湿陷对建筑物产生危害, 黄土湿陷性评价结果直接影响地基处理措施的选择与工程造价。由于受多种因素影响, 致使同一场地不同勘察阶段、同一场地不同勘察单位之间湿陷性评价结论存在明显甚至根本性的差异, 给工程建设造成了不必要的浪费或留下安全隐患, 有的直接导致工程事故的发生。本文结合多年工程实践中的体会, 对黄土湿陷性评价有影响的因素进行分析探讨, 望对客观评价黄土湿陷性起到指导作用。

1 试验方法对湿陷性评价结果的影响

测定黄土湿陷性的试验包括室内压缩试验和现场试坑浸水试验。室内压缩试验为通过钻孔或探井采取土样, 试验室在一定压力条件下通过测定浸水前后的变形计算湿陷系数, 进而按有关规范规定对黄土湿陷性进行评价;现场试坑浸水试验为在现场开挖试坑进行浸水, 现场测定土体在上覆压力下湿陷沉降量, 从而对场地湿陷性进行评价。为测定不同层位黄土的湿陷量, 通常在试坑底, 由中心对称设置深 (浅) 标点。室内试验由于简单, 易操作, 在工程实践中应用较广。但由于受多种因素影响, 运用室内试验判定黄土湿陷性还存在一定的局限性, 如试验用样从原地基中取出后, 不再受上覆压力束缚, 土样所受应力状态改变, 一定程度上造成湿陷系数偏大等。室内试验施加的压力为上覆土层的饱和自重压力, 实际现场条件下由于受黄土特殊结构及古土壤层的影响, 作用压力并不等于上覆土层的自重压力。现场浸水试验原理清晰, 影响因素能一并考虑, 试验结果客观真实, 但由于人、财、物的投入都较大, 受场地及周边环境、水源、电力、工期等制约因素也较多, 实际操作很困难。为客观评价场地湿陷性, 工程勘察时对新建地区的甲类建筑和乙类中的重要建筑应进行现场试坑浸水试验, 对一般建筑场地, 可以室内试验为主, 但应逐步建立室内试验与现场试验成果间的关系, 对室内试验成果进行修正。

2 取土方式及土样质量等级对黄土室内湿陷性试验的影响

目前, 土样采用方式主要为钻孔取样和探井取样。钻孔样受钻探、取样、运输等一系列不可避免的人为因素影响, 造成钻孔取样质量等级较低, 土样质量等级一般仅可达Ⅱ级, 导致试验土样的孔隙比、压缩性指标偏小, 对黄土湿陷特性造成误判。探井成孔口径较大, 土样为人工从探井壁用刀削取, 取土过程影响因素少, 土样质量等级保证程度高, 一般可达Ⅰ级。为最大程度降低土样质量对黄土湿陷性的影响, 山西省工程建设地方标准DB J04/T 312—2015湿陷性黄土场地勘察及地基处理规范规定, 采用钻孔取样必须以“有足够数量的探井”为前提, 进行湿陷性试验的土样必须为Ⅰ级土样。土样质量等级的鉴定, 可采用目测检查、微观检测、e—lgp曲线法。目测检查:在开土之后, 应对拟进行湿陷性试验的土样全面鉴别, 土样表面不能有裂纹、破裂面等, 不合格的土样不能进行湿陷性试验;另外, 也可选择代表性土样进行高压固结试验, 通过计算土样扰动指数对土样质量等级进行鉴定, 只有Ⅰ级土样才可进行湿陷性试验。

3 试验方法及过程对湿陷性的影响

3.1 测定黄土湿陷性的试验方法

室内测定黄土湿陷性有两种方法:单线法和双线法。单线法试验需要不少于5个环刀试样, 在天然湿度下分级加荷, 按要求加至不同的压力, 下沉稳定后浸水饱和至附加下沉稳定, 试验终止;双线法试验要求取2个环刀试样, 一个在天然湿度下分级加荷, 加至要求压力下沉稳定后浸水, 附加下沉稳定后终止试验;另一个试样在天然湿度下加第一级荷载, 下沉稳定后浸水至下沉稳定, 在饱和状态下分级加荷至最终压力, 下沉稳定后试验终止。单线法和双线法两种试验方法由于浸水和加荷程序不同, 试验结果常存在一定的差异。多试验过程分析, 单线法更符合实际, 但由于要求同一位置需5个满足均匀性要求的环刀试样, 实际工作中操作起来有一定困难, 工程实践中应用相对较少;双线法试验由于所需试样少, 对土样均匀性控制较为容易, 方法简便、工作量小, 在工程实践应用较广。

为做到工程中既方便应用, 又能一定程度上消除试验方法对试验结果的影响, 要对不同试验方法间的结果进行分析总结, 逐步建立两种方法试验结果间的关系, 利用单线法试验成果对双线法成果进行修正。工程实践中为客观评价场地土的湿陷性, 对重要建筑物应有一定数量的土样进行单线法试验, 以便对两种方法测得的成果进行对比。

3.2 试验过程对黄土湿陷性的影响

1) 试样制备。土样制备过程中, 要注意土在原始地层中的方向, 否则直接影响结果。黄土由于其大孔性、不均匀性, 如有可能应尽可能多制备几个试样, 挑选出密度差值较为接近的一组试样进行试验。在制样过程中, 应严格按操作规范进行, 如:环刀内壁涂抹凡士林, 所切试样应略大于环刀直径, 边切边压。在环刀下压时, 用力要垂直均匀, 以便试样与环刀密合等。总之每一步都必须严格细致, 否则, 所制试样就难以达到满意的效果, 其密度平行差值就难控制。

2) 仪器设备的影响。在黄土试验以前, 应调试校正仪器, 以消除仪器所带来的系统误差, 不能呆板地执行一年调校一次的仪器校正周期;开展同一人员不同仪器之间比对试验, 减少仪器设备对黄土湿陷的影响。

3) 试验人员技术能力的影响。在试验过程中, 通常会发现同一批土样、使用同样的仪器, 试验结果出现明显的差异, 为最大程度降低试验人员对试验结果的影响, 试验室应从以下方面加强控制:加强人员技术培训, 提高试验操作水平, 严格考核程序, 统一考核标准, 不合格人员不得上岗;开展试验室内部人员间比对, 及时发现不同人员之间的试验误差, 对可能造成试验误差的各环节进行追踪并进行深入分析。如误差造成试验结果间存在根本性差异, 应重新比对并加大比对量, 直到试验结果在可控范围内为止;加强试验室间的比对, 对试验室内部比对进行补充, 提升试验能力, 使试验结果间差异控制在公认的允许误差范围内。

4) 加强质量控制, 及时发现试验中存在的问题。加强对湿陷性试验结果分析, 分析湿陷性指标与其他试验指标间的相关性, 建立黄土湿陷性指标与其他物理力学性质指标间的关系, 通过试验指标间的相关性检查湿陷性试验结果的正确性;另外, 逐步统计建立黄土湿陷性地区经验, 指导试验工作的开展。如有异常, 要对留存样品进行重复检验, 做到有异常的数据不出试验室。

4 结语

1) 黄土湿陷性试验影响因素较多, 为客观评价场地湿陷性, 建议优先通过现场试验进行评价;2) 室内试验简单, 易操作, 但应尽最大可能降低取土、试验过程中诸多因素的影响。试验用土样优先通过探井采取, 优先选择单线法进行试验, 严格控制试验程序, 规范操作, 加大仪器校准和人员对比力度, 消除试验误差, 提高试验成果质量。

摘要：结合实践经验, 分析了取土方式及土样质量等级对黄土室内湿陷性试验的影响, 并从试验方法、试样制备、仪器设备等方面, 探讨了影响黄土湿陷性评价结果的主要因素, 为类似问题研究提供参考。

关键词：湿陷性黄土,试验方法,土样,工程勘察

参考文献

[1]王军海.黄土自重湿陷性室内外试验结果差异性分析[J].工程勘察, 2014 (sup) :11-13.

[2]张利生.关于用室内试验测定黄土湿陷性方法的探讨[J].勘察科学技术, 2000 (6) :25-27.

[3]王佳.黄土湿陷性试验研究[J].建筑科学与工程学报, 2006 (3) :33-34.

黄土湿陷性的影响因素 篇3

一、湿陷性黄土场地的勘探

1. 黄土场地进行工程地质勘探的重要性

我国地域非常辽阔, 东西南北各地的气候及自然条件不同, 地形也有着很大的差别。随着我国经济的发展与科学技术的进步, 我国的土木工程行业发展非常迅速, 在全国各地建立了许多为人民服务的大型工程, 提高了人们的生活水平, 也为全国各地的交流作出了重要的贡献。在进行土木工程的建设中, 施工条件成了制约工程建设的重要因素。在进行工程施工建设时, 不同的地形、气候以及地质条件, 都给施工带来了不同程度的影响。在一些地区的工程建设中, 湿陷性黄土场地是常见的一种地质, 这种地质条件给施工带来了极大的安全隐患, 必须采取措施降低这类问题的影响。在施工之前, 对于湿陷性黄土场地首先要进行必要的工程地质勘察, 这类勘察工作的主要目标就是确定湿陷性黄土场地的一系列指标, 并且利用勘探的指标结合工程项目进行具体分析。在工程项目的施工之前, 对于湿陷性黄土场地的勘探能够使得工程施工方准确掌握黄土场地的湿陷性以及其他特点, 提前做好预防措施和解决方案, 提高工程项目的安全性和施工质量, 因此, 湿陷性黄土场地的勘探对工程建设来说具有重要的意义。

2. 主要的勘探方法及特点

在湿陷性黄土场地的勘探工作中, 常用的勘探方法有两种:一种是按黄土规范要求而采用的钻探勘探技术;另一种是通过人工探井方式而进行的现场取样勘探。在湿陷性黄土场地的勘探工作中, 两种常用的勘探方法都有特殊之处, 也都有自己的优点和缺点, 在具体的工程项目建设中, 应当根据不同的工程项目要求, 采取不同的勘探方法。

钻探勘探方法是湿陷性黄土场地勘探的主要方法, 在实际的工程项目中也有着广泛的应用。钻探勘探在施工中, 勘探的准确度非常高, 相比于人工探井方式而言, 钻探勘探的深度要大得多, 并且在实际的施工中这类勘探方式的施工速度比较快。钻探勘探除了以上优点之外, 在进行施工的过程中, 对于环境的适应能力很强, 不受外界场地的水文地质遗迹工程地质条件影响, 在进行勘探时可以直接取得岩心, 不受任何环境条件的干扰。

虽然钻探勘探方式是工程项目建设中最普遍的勘探方式, 且具有施工速度快、环境适应能力强等特点, 但是在实际的场地勘探中常常会遇到一些对勘探施工有着较高技术要求的特殊地质构造, 对于这类特殊的地质构造来说, 钻探勘探的施工方式及施工技术并不能达到施工要求。比如一些软弱层和构造破碎带等, 如果采用了钻探的勘探方式, 那么就不能取得比较完整的、质量较高且不受扰动的岩心, 一旦取样有问题, 那么技术人员就不能充分掌握这一黄土场地的湿陷性, 就不能做出正确的施工方案。这时, 就会用到另外一种勘探方式:探井。采用探井进行黄土场地的勘探, 不管遇到何种地形、地质, 技术人员都能够在探井坑内对这一地区的地质进行分析, 直观地了解黄土场地的底层架构及构造细节。但是在实际的工程项目建设中, 采取探井方式进行黄土场地的勘探也存在一定的不足, 这类勘探方式极易受到环境条件的影响, 并且这类勘探方式的成本很高, 周期也比较长, 因此其实用性较钻探来说还是较弱的。

二、勘探方法对工程建设的影响

1. 勘探方法对试验指标的影响

在黄土场地湿陷性的勘探中, 勘探方法的不同对于工程建设的影响也不同, 这体现在许多方面中。首先, 不同的勘探方法对于试验的指标有着一定的影响, 在统一黄土场地进行勘探, 分别采取钻探和探井两种勘探方式, 在试验方法相同的情况下, 得到了不同的实验指标, 这说明勘探方法对试验指标有着一定的影响。采取不同的勘探方式, 在黄土土质的含水量方面, 得到的指标非常相近;钻探方式得到的液塑限指标与探井方式得到的液塑限指标也相差不大;但是对于土质天然重度以及干燥重度这一指标来说, 勘探方式不同, 指标差别很大。这说明, 对于同一地区而言, 黄土场地的湿陷性指标受到勘探方式的影响。

2. 勘探方法对湿陷性计算结果的影响

黄土的湿陷性试验主要是判定黄土的湿陷类别以及湿陷等级, 对于黄土场地湿陷性的勘探需要进行湿陷性计算, 计算的目的能够使得数据更加直观, 易于理解。根据我国的《湿陷性黄土地区建筑规范》有关规定, 在进行湿陷性黄土场地的勘探中, 如果湿陷性计算结果大于0.015, 那么这类黄土场地就被定义为湿陷性黄土场地。但是在实际的计算中, 湿陷性计算结果受到勘探方式的影响, 采用钻探方式进行的湿陷性计算结果其湿陷系数比探井方式进行的计算结果要高, 这样一来, 不同的勘探方式得到不同的湿陷性计算结果, 对于工程项目的建设来说也有着一定的影响。

3. 勘探方法对地基处理方式的影响

在工程项目的建设中, 黄土场地的湿陷性勘探方式不仅对黄土场地的湿陷性指标和系数有着很大影响, 对于工程项目的地基处理方式来说, 也有一定的影响。根据我国《湿陷性黄土地区建筑规范》的有关规定, 在进行黄土场地湿陷性勘探中, 不同的勘探方式对地基的处理方式也不同。钻探勘探在进行地基处理时, 对于地基的湿陷等级要求为一级, 拟建场地属于非自重湿陷性黄土场地;而人工探井勘探方式在进行地基处理时, 对地基的湿陷等级要求为中等水平, 拟建场地属于自重湿陷性黄土场地。如果在勘探时采取不同的勘探方式, 必须考虑到地基处理问题。

三、结语

黄土湿陷性的影响因素 篇4

我国是世界上湿陷性黄土分布较广的地区之一。在我省 (山西) , 汾河流域和晋东南是湿陷性黄土的主要分布区域, 如表1所示。据资料显示, 山西省已建高速公路里程的40%均为湿陷性黄土路基。根据我省高速公路建设规划, 很多高速公路都通过湿陷性黄土地区, 如2012年8月通车的临吉高速 (临汾至吉县) 、2012年12月通车的忻保高速 (忻州至保德) , 计划2016年6月通车的长临高速 (长治至临汾) 等。因此, 在桥梁的建设工程中, 了解黄土特性, 避免黄土的湿陷性给工程造成损失以及破坏是非常重要的。

黄土的湿陷特性, 往往是局部和突然发生, 且不均匀, 对建筑物破坏性大, 危害严重, 是引起构造物破坏的主要因素。因此, 在湿陷性黄土地区进行桥梁建设, 对地基进行处理, 做好桩基础施工的质量控制, 是确保工程质量的关键。

1 湿陷性黄土的工程特性

在黄土地区进行桥梁桩基础施工, 从桩基设计的角度看, 湿陷性黄土具有以下特点:

1) 大孔隙。湿陷性黄土的孔隙比一般在1.0左右, 甚至更大。2) 土体的承载力受含水率变化的影响显著。湿陷性黄土在天然含水量状态下, 承载力一般高于100 k Pa, 甚至高于200 k Pa。而浸水后, 承载力小于100 k Pa, 甚至小于50 k Pa, 可以看出, 浸水后的黄土地基承载力大大降低。3) 水对黄土结构的影响很大。不同湿度的黄土, 如干黄土、湿黄土与饱和黄土, 动力性质具有显著差别。4) 振陷与湿陷。当黄土受到振动和水的浸润作用后, 导致黄土结构迅速破坏而发生的附加沉陷。5) 负摩阻力。湿陷性黄土地基浸水后, 其沉降变形大于桩身的沉降变形时, 桩体正摩擦力完全消失, 产生负摩阻力会进一步加大桩基沉降 (见图2) 。

2 黄土的工程特性及对桩荷载传递规律的影响

黄土地区的桥梁桩基, 由于受到黄土湿陷性影响, 其沉降变形大于桩身的沉降变形时, 桩侧将出现向下作用的负摩阻力。产生的负摩阻力会将桩侧土体的部分重力传递给桩。在此情况下, 负摩阻力不仅不能成为桩承载力的一部分, 还会成为给桩施加压力的外荷载。在黄土地区进行施工时, 产生的负摩阻力会增大桩的外荷载, 相对降低桩的承载力, 桩基沉降加大。

在湿陷性黄土地区进行桥梁施工时, 桩基础浸水后出现沉陷, 湿陷过大的沉降会造成负摩阻力的产生, 由桩端土体承受负摩阻力。这会使得增大桩的设计长度, 增大施工难度, 显著降低工程效益。

3 黄土地区桥梁桩基浸水前后的受力特性

1) 桩浸水前后的承载力对比。工程实践表明, 桩浸水前的极限承载力要显著大于浸水后的极限承载力。在荷载相同的情况下, 桩浸水前的沉降量要比浸水后的沉降量小很多。实验表明, 由于浸水导致的黄土湿陷, 会使得其抗剪强度大大降低, 从而造成桩的承载力显著降低。

2) 桩身轴力及桩端阻力浸水前后发挥的对比。在湿陷性黄土地区施工时, 桩周浸水前和浸水后的轴力分布差异较大。大量的工程实践表明, 由于桩周土体浸水发生湿陷, 导致负摩阻力产生。在荷载作用下, 黄土地基未浸水时, 桩身轴力随入土深度的增加而减小, 大部分荷载由桩侧土体承受, 桩端承受的荷载很小。当黄土地基浸水后, 由于负摩阻力的存在, 正摩阻力消失, 桩身轴力随着入土深度的增加而增加, 从而导致桩的沉降加大。

3) 桩的侧阻力浸水前后发挥的对比。大量的工程实践表明, 黄土地基未浸水时, 桩的侧阻力均为正摩阻力。随着载荷的增加, 桩侧阻力逐渐增大至极限值。黄土地基浸水后, 桩的侧阻力部分出现负摩阻力, 导致桩的沉降量增大。可以看出, 由于负摩阻力的影响, 桩浸水前桩侧达到极限摩阻力的土层深度比浸水后的浅很多。

4) 桩浸水沉降变形特性对比。桩在浸水后, 桩的沉降变形量与桩周土体的浸水特性一致, 但桩顶的沉降量比桩周土要小得多。

在工程建设中, 黄土地及总湿陷量越大, 对桥梁桩基等建筑物的危害越大, 相应的设计、施工和处理措施要求也相应地越高。

4 黄土地层中桩基设计需注意的问题

在黄土地层进行桥梁桩基建设时, 黄土特有的湿陷特性会造成桩基设计与应用受到很大的限制。在桩设计中, 一般通过增加桩长, 使桩端位于非湿陷性黄土层上来消除黄土湿陷性的影响。在我国现行公路桥梁规范技术规范中, 对在黄土地区进行桩基施工时采用的设计参数存在着不合理的问题, 造成桩埋深过大或过小。这些增加了桩的施工难度和工程造价, 甚至导致工程隐患。

结合湿陷性黄土的工程特性, 对黄土地层中桩基的设计需要注意的问题如下:

1) 桩型选择。在湿陷性黄土地区进行桥梁建设, 对上部结构荷载大或地基浸水可能性大时, 一般采用桩基础。将一定长度的桩穿透湿陷性黄土层, 将荷载通过桩端传到非湿陷性土层。即使地基受水浸湿, 也可以避免湿陷的危害。按施工方法分, 在湿陷性黄土地区可采用的有沉桩、灌注桩、管桩基础、钻埋空心桩及爆扩桩等。

2) 负摩阻力。设计中, 必须考虑负摩阻力验算桩基的承载力和沉降。在湿陷性黄土地区进行设计时, 按照技术规范, 对于自重湿陷性黄土场地的单桩承载力, 除了不计湿陷性土层范围内的桩周正摩阻力外, 还应扣除桩侧的负摩阻力, 同时规定桩侧负摩阻力的计算深度, 应自桩的承台底面算起, 到其下非湿陷性黄土土层顶面为止。

3) 针对黄土的湿陷特征, 并结合具体工程情况, 在设计中采取一些工程措施。如为改善结构物对不均匀沉降的适应性, 对地基进行预处理, 防水与排水以及采取结构措施等。

4) 设计中应特别注意沉降控制。在工程设计中, 通过分析计算, 做到桩基的沉降和不均匀沉降实现可控。同时还需注意, 由于黄土的振陷, 承台底面与土之间可能脱空, 导致桩在承台底面以下一段范围内发生水平断裂。

5) 单桩承载力的确定。在确定单桩竖向承载力时, 通常有三种方法, 一是将负摩阻力作为负的承载力;二是将负摩阻力作为一种不利因素, 以原有的安全储备补偿;三是将负摩阻力作为附加荷载。第三种方法在实际工程中应用较广。

5 消除负摩阻力的技术

在黄土地区, 负摩阻力是影响桩基承载力的重要因素。在工程设计中, 通常采用以下措施来减少负摩阻力:

1) 在桩基外设保护桩 (隔离桩) 。防止基础外填土或堆载引起的负摩阻力, 保护桩承担全部负摩阻力与填土的侧向推力。

2) 涂层法。在桩表面涂沥青、树脂、再生橡胶等物, 减少负摩阻力。

3) 预钻孔法。在插入桩前先钻孔, 直径比桩径稍大, 深度达到中性点。中性点以下则不用预钻孔, 而是打入或者其他常规方法设桩以保持桩的正摩阻力。

4) 塑料膜滑动隔离法。用双层筒形塑料薄膜预先置于中性点以上的钻孔内, 然后在薄膜内浇筑混凝土。

5) 套筒法。在桩外设置与桩身不相连的套筒, 由套管来承担负摩阻力。

6) 地基浸水法。使地基先浸水, 增加孔隙压力, 降低桩侧负摩阻力。

7) 地基加固法。在钻孔灌注桩施工之前, 先对一定范围内的地基实施处治, 达到削减负摩阻力的目的。

在工程实践中, 应根据实际情况选取合理的处治方法, 尽量减少负摩阻力的影响。

摘要：针对湿陷性黄土的工程特性, 分析了其对桩荷载传递规律的影响, 并探讨了黄土地区桥梁桩基浸水前后的受力特性, 总结了黄土地层中桩基设计需注意的问题, 提出了消除负摩阻力的技术措施, 避免湿陷性黄土给工程造成破坏。

关键词：湿陷性黄土,桥梁,桩基,特性

参考文献

[1]冯忠居.黄土地区桥梁桩基设计与施工相关技术问题[Z].2009.

[2]王斌.桩基础在湿陷性黄土的应用和发展[J].甘肃科技, 2008 (8) :15-18.

黄土湿陷性的影响因素 篇5

黄土的湿陷性指在一定压力下受水浸湿, 土体结构迅速破坏, 并产生显著附加下沉的特性。黄土的湿陷性应按室内浸水 (饱和) 压缩试验, 在一定压力下测定的湿陷系数δs进行判定, 当湿陷系数δs<0.015时, 应定为非湿陷性黄土;当湿陷系数δs≥0.015时, 应定为湿陷性黄土。强夯法是20世纪60年代末、70年代初首先在法国发展起来的地基处理方法, 国外称之为动力固结法。它一般是通过8～30 t的重锤采用8～20 m的落距, 对地基土施加强大的夯击能, 在地基中形成冲击波和动应力, 使地基土压密和振密, 以加固地基土, 达到提高强度、降低压缩性、消除黄土湿陷性的目的。采用强夯法处理湿陷性黄土地基时, 土的含水量至关重要。

1 工程地质条件

在某220 kV变电站工程中, 为消除黄土的湿陷性, 提高地基承载力, 采用强夯法进行处理。

该工程建筑场地地貌属汾河冲洪积平原区, 地形平坦, 地面标高一般为446.6～447.4 m。站址及其附近无全新活动断裂通过, 构造稳定。站址13 m深度内, 地基土主要为第四系全新统冲洪积 (Q4al+pl) 黄土状粉土和第四系上更新统冲洪积 (Q3al+pl) 黄土 (粉土) 。站址内地基土分为两个大层, 具体各层性质叙述如下。

①层为黄土状粉土 (Q4al+pl) , 黄褐至褐黄色, 稍密, 稍湿, 见有较多的孔隙, 土质较均匀, 具有湿陷性。该层在场地内均有分布, 厚度6.8～7.0 m。

②层为黄土 (粉土) (Q3al+pl) , 黄褐色, 稍密至中密, 见有孔隙, 土质不均匀, 混有大量的砂砾石, 不具有湿陷性。该层在场地内均有分布, 厚度>5.0 m, 层顶标高436.62～437.68 m。

以上各层在场地内分布较为稳定, 各层地基土的物理力学性质指标推荐值见表1。

场地内①层黄土状粉土具有湿陷性, 湿陷性黄土深度为7.0 m左右, 主要为Ⅱ级自重湿陷性黄土场地, 不宜直接作为变电站主要建筑物的天然地基持力层。

2 地基处理及施工情况

第①层土的最优含水量为16.9 %, 而土的含水量W=15.0 %, 土的天然含水量接近最优含水量, 该工程地质条件适合强夯法处理地基。

强夯能级为4 000 kN·m, 锤重25 t, 落距16 m。夯点呈正方形分布, 夯距3.5 m, 采用隔排跳打的方法分两遍夯击, 第一遍主夯点夯击次数为15击, 第二遍主夯点夯击次数为13击;搭夯点单点夯击次数为8击;最后采用2 000 kN·m能级搭接1/3锤底直径满夯2遍。

施工采用50 t履带式强夯机, 夯锤重25.4 t, 锤底面积4.9 m2, 落距15.75 m (满夯8.0 m) , 采用隔排跳打的方法分两遍夯击, 第一遍主夯点夯击次数为13击, 最后3击沉降差3～6 cm, 平均为4.33 cm;第二遍主夯点夯击次数为13击;最后3击沉降差3～5 cm, 平均为4.0 cm;搭夯点单点夯击次数为8击;最后3击沉降差3～6 cm, 平均为4.86 cm;最后采用2 000 kN·m能级搭接1/3锤底直径满夯2遍。夯终面标高为445.869 m, 最终夯沉量1.035 m。

3 检测结果及分析

3.1 含水量正常区 (区域Ⅰ)

该工程布置9个探井, 其中8个探井覆盖的区域含水量平均值为13.4 %;与夯前相比较为正常。相应区域定义为区域Ⅰ。

3.1.1 黄土湿陷性处理效果分析

由区域Ⅰ的土工试验结果可知, 夯终面以下5.95 m内的湿陷性系数均<0.015, 湿陷性已消除。说明湿陷性消除的有效深度 (起夯面算起) 为7 m, 满足设计要求。

3.1.2 夯后地基土的物理力学性质分析

夯后地基土的物理力学性质与夯前相比, 土的干密度增加, 孔隙比减小, 压缩模量增大, 强夯处理效果明显。参数变化见表2。

3.2 含水量异常区 (区域Ⅱ)

4号探井土的含水量平均值为8.9 %, 实地调查发现其处于经济林带 (桃树林) , 该林带宽约17.0 m, 横穿整个站区。该区域定义为区域Ⅱ。

3.2.1 黄土湿陷性处理效果分析

由区域Ⅱ的土工试验结果可知, 夯终面以下5.95 m内的湿陷性系数为0.015～0.050, 因区域Ⅱ的湿陷性系数≥0.015, 湿陷性未能消除。

3.2.2 夯后地基土的物理力学性质分析

夯后地基土的物理力学性质与夯前相比, 土的干密度、孔隙比、压缩模量等变化不大, 处理效果不明显, 见表3。

对该区域土层加水增湿后, 进行二次强夯处理, 经检测满足设计要求。

4 结语

采用强夯法处理湿陷性黄土地基时, 土的含水量至关重要, 天然含水量<10 %时的处理效果较差, 不易满足设计要求。

在岩土工程勘察时, 对场地存在经济林带等影响地基土含水量的区域, 应布置针对性的勘探孔, 为设计和施工提供依据。避免二次处理影响工程进度, 增加工程费用。

参考文献

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[7]曹宝山, 黄实.地基的处理——强夯法施工[J].辽宁建材, 2006, (3) :62.

黄土湿陷性的影响因素 篇6

1 湿陷性黄土地基的处理方法

1.1 换土垫层法

换土垫层法是湿陷性黄土地基常用的处理方法,包括灰土垫层法和素土垫层法,这种处理方法是将处理范围内的湿陷性黄土挖出来并进行筛选,之后按照一定的比例将筛选出的黄土与石灰或素土混合起来,对地基进行分层的铺设夯实。换土垫层法的施工比较简便,回填土的孔隙率小,密实度大,产生的压缩变形小,灰土和素土的加入能使垫层的湿度、强度和隔水性大大提高;这种方法的处理范围较小,只能消除小范围内黄土的湿陷性。

1.2 灰土挤密桩法

挤密桩法与夯实、碾压法不同,夯实、碾压法是竖向加密方法,而挤密桩法是横向加密土层,它主要是利用打桩机将钢管套打入地基土层中,然后将钢管套拔出,土层中就会形成打桩孔,最后,在桩孔中分层填入石灰土并将其夯实。这种方法能使地基土体更加密实,改善桩周围基土的工程物理性质,能够大范围的全部或部分消除黄土的湿陷性;但是灰土挤密桩法的工艺比较复杂,如果地基土的含水量较小,还要做浸水处理,成本比换土垫层法高。

1.3 重锤夯实法

重锤夯实法主要适用于处理深度在1.5 m左右、饱和度在60%范围内的湿陷性黄土地基,是表层夯实的处理方法。重锤夯实法是采用2.5～3.5 t左右的重锤,重复的夯打地基,在夯实范围内,土的力学性质、物理性质都得到了改善,密实性增加、压缩性降低,能减少甚至是消除地基的变形,还能形成一层弱透水层,降低地表水下地下的渗入量,优越性非常明显。

1.4 强夯法

强夯法适用于工程场地的整片处理,其夯实范围、夯实点的布置要合理,加固地基的原理同重锤夯实法是相同的,是将一定重量的重锤以一定的落距对地基进行夯实,压实能更大,击实的深度更深;夯实法要注意在含水量条件下进行。这种处理方法能提高地基的承载力,降低土层的压缩性,施工方法非常简便,且效果更明显。相对于其他处理方法而言,这种方法能节约大量的成本投资,是非常经济的深地基处理方法,在我国黄土地区工程建设中的应用很普遍。

2 黄土填筑路基的施工要点

2.1 施工准备

在黄土路基填筑的施工前,要做好施工方案的设计,做好设计图纸的审核;明确各部门、各人员的责任,从优选择施工队伍,确保每个人员都能持证上岗;做好材料、机械设备的准备,并保证材料的质量和机械设备的安全性、可操作性、高技术性,做好材料和设备的配置、运输、贮存、安装等;做好道路、供水、供电、临时生活房的准备和建设。

2.2 路基排水

进行路基排水的主要目的是使路基经常处于干燥、坚固和稳定状态,把含水量、气温变化等对路基引起的破坏性应力减小至小于交通荷载所造成的破坏,从而提高路面的耐久性能。对于黄土地区工程正在建设的工程和投入使用的工程来说,路基只有具有良好的排水系统,才能保证工程的安全和使用功能,才能减少夏天因积水、冬天因冻胀引起的工程病害。

路基填筑每层表面应有2%～4%的坡度以利于排水;排水系统要具有综合性,以便将水引离路基,同时,在路基填、挖的交界处还要引出边沟,并做好边沟口的加固处理,避免水冲刷出水口;挡墙、护面墙应有良好的渗水和排除降水的功能;在雨季施工的时候,要严防堵塞水路;高路堤路基的施工应在高段设置临时的阻水设施,避免雨水冲刷边坡。在路基的排水可采用渗透方式排水即地下排水,地下排水设施可采用渗井、暗沟、渗沟等,也可设置地下管道,应对排水量大的情况;地面排水可采用边沟排水、截水沟排水、跌水排水、排水管排水的方法。

2.3 路基压实

在黄土填筑路基的施工中,填土层太厚或太薄都不能使压实度达到要求,因此,要严格控制填土层的厚度,最大松铺厚度不应超过30cm。松铺的路基填料必须经过充分的压实才能获得足够的强度。如果路基土层的压实不充分,路基产生变形的可能性将会大大增加,最终会导致路面的破坏,只有经过充分的压实,在长期的行车负载积累和自然因素的作用下,产生的塑性变形才较小,能有效的防止路面病害,提高路面的使用寿命和使用功能。

应时刻注意路基土质的变化,并及时对施工方案做出合理的调整;压实机具的选择要合理,并根据机具的类型确定压实的厚度和次数;待压的填土要具有良好的平整度,从而保证路基的均匀压实;严格控制含水量。

2.4 地表处理

黄土填筑地基的施工要特别注意基底土的类型和地下水位的情况。如果基底土为软土,地基的承载能力将会严重不足,可根据软土的深度、埋层、路堤的高度、填筑材料等因素采取加固处理,加固处理方法包括换土垫层、设砂砾层、换砂砾等;地下水位过高,会影响基底的强度,当潜水层较浅的时候,可采用地表排水的方法降低地下水水位,同时设置合理的断面和尺寸将路基内的渗出水引离路基。

3 结语

湿陷性黄土在我国的分布范围很广,黄土区的工程建设也比较多,由于湿陷性黄土对工程的安全性、经济性有着较大的影响,所以,选择合理的湿陷性黄土地基的处理方法、把握黄土填筑路基的施工要点对于建筑工程来说非常重要。在进行黄土地区工程建设的时候,必须对湿陷性黄土的厚度、类别、湿陷程度等进行深入的调研,结合施工环境、施工工期等多个因素,选择最为合适的地基处理方法和施工方案,确保满足地基的承载力和变形条件的要求,满足工程安全、经济的要求。

摘要：湿陷性黄土颗粒表面含有可溶盐,在雨水或地表水的作用下,可溶盐溶解,从而使小土颗粒向大孔隙中滑移,最终导致地面的沉陷,所以,湿陷性黄土地基的处理和黄土填筑路基的施工对于在黄土地区展开的工程建设具有非常重要的影响。文章主要对湿陷性黄土地基处理的方法和黄土填筑路基的施工要点进行了探讨。

关键词：湿陷性黄土,地基处理,路基填筑,施工

参考文献

[1]王斌.浅谈高等级公路路基黄土填筑施工技术[J].科技风,2010,5(3):177.

[2]罗建斌.湿陷性黄土地基的处理方法[J].西部大开发,2011,12(2):67.

公路黄土湿陷性的探讨 篇7

黄土形成于特殊的自然环境, 主要位于北半球的俄罗斯、欧洲、北美和中国中西部地区。就其分布面积和厚度来说, 我国黄土占世界首位, 大致位于昆仑山、秦岭、山东半岛一线以北, 阿尔泰山、阿拉善、鄂尔多斯、大兴安岭以南, 面积达63万Km2。其中, 湿陷性黄土又占了相当大的部分, 在西部的陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、内蒙古以及山西等省区都有大面积的湿陷性黄土分布。随着我国经济的快速发展, 公路建设和公路运输也随着快速增长, 在湿陷性黄土地区修建公路一直是土工技术领域中最突出的问题, 因此值得我们进行探讨研究。

2 黄土地基湿陷变形特征

黄土在压应力作用形式下的变形有三种形式, 即弹性变形、压密变形和蠕变变形。由于黄土的形成条件和结构状态与一般粘性土有很大差异, 其压实变形表现为两种形式, 既在某一定荷载作用下产生压缩变形, 又在荷载不变而遇水时产生湿陷变形。

2.1 湿陷性的分类

湿陷变形就是黄土在一定压力作用下受水浸湿时, 土的结构迅速破坏而发生的显著附加下沉的变形。黄土的湿陷性又分为非自重湿陷和自重湿陷两种。非自重湿陷黄土是在自重压应力下受水侵湿时而不发生湿陷变形;自重湿陷性换图是在自重应力下受水侵湿时产生湿陷变形。另外, 湿陷还分为如表1所列的三个等级。

2.2 变形特征

黄土地基变形按外来作用因素可分为三类:即压缩变形、湿陷变形和渗透溶滤变形。

2.2.1 压缩变形, 指黄土在压力作用下含水量不变时的垂直变形, 相当施工时的变形。

2.2.2湿陷变形, 黄土在压力和浸水同时作用下, 由于结构破坏而发生的垂直变形, 一般变形量大, 速度快, 具有突变性质, 但因结构耐水程度不同引起的变形速度也不相同, 这种变形相当于黄土地基竣工后浸水时期。

2.2.3渗透溶滤变形, 是指黄土在水头及渗透水长期作用下由于盐类溶滤以及土体孔隙继续被挤压而产生的垂直变形, 实质上是湿陷变形的继续。

3 变形计算指标

为了计算上述三种变形量, 需要进行黄土压缩试验, 分别测以下三种计算指标。

3.1 压缩变形系数

式中:h0-压缩试验中试样的起始高度;

h1-试样在图层自重压力下压缩稳定后的高度;

h3-试样在自重压力与建筑物附加压力联合作用下压缩稳定后的高度。

3.2 湿陷变形系数及自重湿陷变形系数

式中:h3-在自重压力与建筑附加压力联合作用下的压缩稳定后, 充分浸水后的试样高度;

h&apos;2-保持天然湿度与结构的试样, 加压至上覆土层饱和自重时压缩稳定后高度;

h"2-在h&apos;2试样高度时, 充分浸水待湿陷变形稳定后的高度。

3.3 溶滤变形系数δt

式中:h4-试样湿陷变形稳定后, 继续长期浸水达变形稳定后的高度。

公式 (1) 做为土体自重压力与建筑物附加压力联合作用不浸水情况下的土体压缩计算;公式 (2) 、 (3) 和 (4) 作为浸水后的变形计算。以上指标作为设计时的标准, 对施工沉降控制具有指导性意义。

4 黄土湿陷原因和机理探讨

黄土的湿陷性是自然历史的产物, 湿陷原因很复杂, 其过程是一个物理化学过程。湿陷的发生主要是由土体内部固有的特殊因素和外界创造的适当条件共同作用的结果。

4.1 黄土湿陷成因的几种假说

4.1.1大孔性、多孔性假说, 最早是由列谢特金和扎马林等人提出。认为黄土之所以有湿陷性, 根本原因是黄土具有大孔隙。所谓大孔实际并不是湿陷形成的原因, 对湿陷真正起作用的是结构孔隙 (架空孔隙、支架孔隙) 和疏松的土粒间孔隙。

4.1.2毛细力假说, 阿别列夫运用太沙基 (Terzaghi) 关于毛细力的学说, 认为在颗粒接触点处有不连续的水分布, 在相邻颗粒空隙中水气界面上有表面张力存在, 当土体浸水后, 孔隙全部被水分所占据, 毛细力消失而产生湿陷。实际上黄土在干燥条件下根本没有毛细力, 浸水后才可能有毛细力。因此, 这种假说缺乏支撑力。

4.1.3加固凝聚力降低或消失假说, 这个理论本质是在水膜楔入作用和胶结物溶解作用下, 加固凝聚力收到了破坏, 同时对土的结构造成破坏, 因而发生湿陷。

另外还有可溶盐假说、粘土水膜假说、胶体不足假说、土粒间的抗剪强度突然降低假说等。

综上所述, 湿陷性黄土的湿陷发生原因和机理, 说法不一。到底哪一种假说最为正确, 还要在今后的科学试验中继续验证。

4.2 黄土湿陷机理探讨

如果黄土没有多孔性, 那么就与一般粘土一样, 只能压缩和膨胀而不会湿陷。如果黄土颗粒间联结完全是抗水的, 即使其结构疏松、大孔隙多 (孔隙划分见表2) , 也不会发生湿陷。因此, 要从两个方面去找湿陷的原因, 即多孔性、疏松结构和不抗水的土颗粒间联结问题。

4.2.1宏观孔隙, 主要包括黄土洞穴、黄土地裂缝与解理、放射状孔穴、鼠洞、虫孔及根孔。这些宏观的孔洞看起来与湿陷性关系不大, 但在工程实践中, 作为路基或边坡的黄土来说, 在浸水时, 与黄土的湿陷性相结合, 所造成的危害却很大;同时这些孔穴往往是来水通道, 使水进入路基或边坡, 造成路基湿陷和边坡坍塌, 严重影响道路的服务状态。

4.2.2微观孔隙, 这类孔隙主要有结构性孔隙、粒间孔隙和胶结物孔隙。在这些孔隙中, 对湿陷性来说最不稳定是结构孔隙, 其次是粒间孔隙。而最为稳定的是胶结物孔隙。

结语

我国湿陷性黄土分布广泛, 在进行公路工程建设时, 经常会出现路基沉陷、边坡坍塌、崩解等病害。因此, 在修筑前一定要了解道路所通过地区黄土的种类和性质, 采取相对应的措施来消除或减少黄土湿陷性带来的不利影响。

摘要：黄土作为一种特殊的路基填料, 常引起一些道路病害。文章通过对湿陷性黄土的变形特征的讨论, 介绍了不同情况下的变形计算指标, 并对黄土的湿陷原因和机理进行了探讨。

关键词：公路,湿陷性,黄土,机理

参考文献

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