湿陷性评价

湿陷性评价（共7篇）

湿陷性评价 篇1

湿陷性黄土在我国分布很广，山西地区的低阶地新近堆积黄土和高阶地山麓堆积区域多属自重湿陷性黄土，该湿陷性黄土的结构松散，压缩性较高，在自重压力与增湿作用下产生湿陷变形，且下沉量大、下沉速度快，如果对湿陷性黄土评价和处治不当，极易造成路基沉降变形、路面开裂和构造物破坏等病害，因此，在湿陷性黄土场地上进行工程建设，应根据湿陷性黄土的差异，正确把握湿陷性黄土的工程地质特征，并进行合理的判定和评价，确保工程建设的工程质量和结构的安全性与可靠性。本文以山西省境内某公路建设工程为依托，对湿陷性黄土路基进行了研究，给合该路段湿陷性黄土的工程地质特征，对湿陷性黄土进行了正确的判定和合理的评价，并根据评价结果，提出具体的处治措施，通过实践表明对该路段湿陷性黄土路基的评价及其处治是可行的，对该地区湿陷性黄土路基建设具有一定的参考价值。

1 湿陷性黄土的判定与评价

1.1 判定标准

判定黄土湿陷性的主要试验指标为探井试样室内浸水压缩试验湿陷系数δs和自重湿陷系数δzs。利用δzs，δs的大小判定黄土的湿陷性:当δzs，δs值小于0.015时，应定为非湿陷性黄土;当δzs，δs值不小于0.015时，应定为湿陷性黄土。

1.2 评价标准

评价湿陷性黄土场地等级的主要计算指标为自重湿陷量计算值Δzs和总湿陷量计算值Δs。

首先利用式(1)计算黄土场地自重湿陷量Δzs值，依据Δzs的大小判定湿陷性黄土场地的湿陷类型:当Δzs≤70 mm时，应定为非自重湿陷性黄土场地;当Δzs>70 mm时，应定为自重湿陷性黄土场地。

其中，δsi为第i层土的自重湿陷系数;hi为第i层土的厚度，mm;β0为因地区土质而异的修正系数。

然后利用式(2)计算黄土场地总湿陷量Δs值，依据Δs的大小判定湿陷性黄土场地的湿陷等级:当Δzs≤70 mm，Δs≤300 mm或300 mm<Δs≤700 mm或Δs>700 mm时，应定为非自重湿陷性黄土场地;当70 mm<Δzs≤350 mm，Δs≤300 mm或300 mm<Δs≤600 mm时，应定为Ⅱ级自重湿陷性黄土场地;当Δzs>350 mm,300 mm<Δs≤700 mm时或Δs>600 mm，Δzs>300 mm或Δs>700 mm,70 mm<Δzs≤350 mm应定为Ⅲ级自重湿陷性黄土场地。

其中，δsi为第i层土的湿陷系数;hi为第i层土的厚度，mm;β为考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数，在缺乏实测资料时，可按下列规定取值:

1)基底下0 m～5 m深度内，取β=1.50;2)基底下5 m～10 m深度内，取β=1;3)基底下10 m以下至非湿陷性黄土层顶面，在自重湿陷性黄土场地，可取工程所在地区的β0值。

2 湿陷性黄土的评价成果

2.1 湿陷性黄土的岩性特征

本文结合本项目区工程地质特征，采用工程地质调绘、钻探、挖探、原位测试、室内试验等方法，对全线71.588 km的拟建公路路基进行详细工程地质勘察。经全线工程地质调绘和挖探揭示，本地区属温带大陆性季风气候，属干旱～半干旱地区，地处汾河冲洪积平原东部，本阶段勘察充分利用初勘湿陷性探井85个，人工采取土样，样品规格127 mm×200 mm，取样间距1.0 m。

项目区湿陷性黄土主要为黄土丘陵区分布的第四系上更新统(Q3dl+pl)坡洪积相黄土及冲积倾斜平原区分布的全新统(Q4al)粉土、粉质粘土。区内第四系上更新统坡洪积物(Q3dl+pl)主要分布于边山地带的黄土丘陵区的顶部，地层岩性以灰黄色粉质粘土、粉土为主，疏松，具大孔隙，垂直节理发育，厚3 m～15 m，普遍具中等～严重湿陷性。出露于K0+000～K10+300,K11+230～K23+000段。

Q4al为路线走廊带内分布最为广泛的一套冲积相的松散堆积物，结构疏松，广泛分布于山前冲积倾斜平原区与冲积平原区，即K23+000至终点段，地层岩性以粉细砂、粉土、粉质粘土为主，沿线粘性土以可塑～硬塑状态为主，粉土状态多为稍湿，砂土多呈潮湿状态。K56+000～K62+000段属区域性软弱地基，粘性土多为软塑～流塑状，粉土状态多为湿，砂土呈饱和状态。

湿陷性黄土的物理力学指标汇总表见表1。

2.2 湿陷性黄土的评价

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》，通过土工试验及计算判定，全线湿陷性黄土长度累计37.57 km，占路线总长52.5%。据探井试验结果，Q3dl+pl黄土具中等湿陷性，Q4al粉土多具轻微～中等湿陷性。轻微湿陷区主要分布于K30+500～K38+500段，湿陷类型划分为Ⅰ级非自重湿陷。中等湿陷区主要分布于K0+000～K10+300,K11+230～K30+500段，湿陷类型划分为Ⅱ级～Ⅲ级自重湿陷。

全线湿陷性黄土汇总表见表2。

黄土的湿化崩解性质与其颗粒组成及天然状态的干重度及含水量有较大关系，对于轻粉质黄土由于天然含水量低于塑限，颗粒之间凝聚力小，具有明显的湿陷性和敏感性。通过对该路段路基黄土的实验数据分析表明:本路段湿陷性黄土路基含砂粒和易溶盐量多，粘粒含量少，天然重度随深度逐渐递增，含水量较低，且随深度逐渐增加，湿陷性和敏感性较强，且湿陷系数随深度逐渐减弱。

3 湿陷性黄土路基处理

湿陷性黄土造成公路的主要病害表现为路基边坡坡面剥落、冲蚀、滑塌、崩塌和整体失稳等，填方路基不均匀沉降和过量沉降，路堑段路基软化和翻浆、路面开裂和构造物破坏等等，引起湿陷性黄土湿陷的主要原因是水和力，因此，在湿陷性黄土路基设计及处治时，根据湿陷工程地质特征、湿陷等级及湿陷起始压力、湿陷土层所处的地理位置、路基填挖情况等，首先是排水、防水设计，完善的排水系统，最大限度地降低地基受水浸湿的可能性，提高路基适应变形的能力;在此前提下，通过表层或浅层地基处理措施加固表层土体，达到提高承载力和消除部分湿陷量的目的，使基底的承载力和路堤工后的剩余压缩变形满足要求，具体可采用冲击压实法、重夯法和强夯法等对路堤基底、零填路基或路堑路床进行碾压和重锤夯实，最大程度地消除黄土层的湿陷性和高压缩性。

3.1 一般路基

Ⅰ级非自重湿陷性黄土填方地基采用冲击碾压处理，挖方区开挖至路床冲击碾压后回填30 cm厚的6%石灰土;Ⅱ，Ⅲ级自重湿陷性黄土填方路基采用强夯处理，路堑段开挖至路床后先重锤夯实，后回填30 cm厚的6%石灰土。

3.2 低填浅挖路段

Ⅰ级非自重湿陷性黄土低填浅挖路段先冲击碾压后回填30 cm厚的6%石灰土，Ⅱ，Ⅲ级自重湿陷性黄土低填浅挖路段先重锤夯实后回填30 cm厚的6%石灰土。在不具备重、强夯条件的路段，路堤底设50 cm厚的6%灰土垫层，并在坡脚增设灰土隔水墙。

3.3 桥头填方路段

Ⅰ级非自重湿陷性黄土采用重夯处理，挖方桥头路堑段开挖至路床后先重锤夯实，后回填30 cm厚的6%石灰土;Ⅱ，Ⅲ级自重湿陷性黄土桥头填方路段采用强夯或灰土桩处理，挖方桥头路堑段开挖到路床后先重锤夯实，后回填30 cm厚的6%石灰土。

3.4 冲击碾压和重、强夯的施工要点

1)工程开工前应先清理平整场地，查明场地内构造物及管线设施，采取必要措施，以防破坏。

2)冲击碾压和重、强夯处理前应检查地基土的含水量，当地基土的含水量超过18%或饱和度大于60%时，改用其他处理措施。

3)冲击碾压采用25 k J三角形冲击压实机冲击压实20遍～40遍为宜，以消除地表下1.5 cm内黄土的湿陷性。冲击压实遍数应通过现场压实试验确定，并根据现场地质和填料性质进行适当调整。

4)重夯单击的夯击能应达到600 k N·m，强夯单击的夯击能应达到200 k N·m。

5)夯击一般为三遍，每遍每点夯击8击，前两遍按3 m～4 m间距跳夯，最后一遍为满夯。

6)夯实时地基内每个夯点的累积夯沉量不小于试夯时各夯点平均夯沉量的95%为合格。检查后，如质量不合格，应进行补夯或调整参数，直至合格为止。

4 结语

本文通过对山西省境内某公路湿陷性黄土路基的详细地质勘探和相关的试验研究，表明该路段黄土路基具有明显的地质分布特征，且具有湿陷性和敏感性，通过对黄土地基湿陷的判定和评价，全面把握其工程特性，并因地制宜地采取相应的处治措施，采取拦截、分散的原则，设置防冲刷、防渗漏和有利于水土保持的综合排水措施。结合地基处理、防水和结构等措施进行综合设计，即以治本为主，治标为辅，标本兼治，突出重点，消除隐患。

只有在勘察阶段对该类土经过详细的工程地质勘察，做出正确的判定和适宜的评价，才能在实施处治时，根据具体工程，对症下药，提出既科学又经济的处治方案，确保工程建设的工程质量和结构的安全性与可靠性。

参考文献

[1]GB50025-2004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2]JTG C20-2011,公路工程地质勘察规范[S].

[3]JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].

[4]李振华.对湿陷性黄土路基处理的探讨[J].河南建材,2008(1):71-72.

[5]迟俊德.湿陷性黄土地基处理方法比较[J].科技信息,2011(11):410-412.

[6]吴晓霞,陈若翔.公路湿陷性黄土路基分析处理[J].交通科技,2004(4):32-34.

[7]林宗元.岩土工程治理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

湿陷性评价 篇2

我国湿陷性黄土是指第四纪全新世(Q4)至晚更新世(Q3)形成的黄土[1],分布面积约38×104km2,主要分布在我国黄河中游地区(即三门峡-龙羊峡之间的黄河及支流流域范围内的地区)[2,3]。近年来,在湿陷性黄土地区的公路建设不断增多,黄土的湿陷性会造成公路路基沉陷、路堑边坡失稳、路堤失稳等,危及公路的安全运营,所以,正确合理地评价公路路堑、路堤黄土的湿陷性,为设计提供合理的评价结果非常重要,以便采取合理的路基处理措施、施工方法。《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025-2004)(以下简称“规范”)中规定:场地的自重湿陷量从天然地面标高算起,当挖填方的厚度和面积较大时,从设计地面算起。没有确定挖填厚度和面积的具体数值,这对判定场地为自重湿陷性场地还是非自重湿陷性场地没有具体的界定。对测定湿陷性黄土湿陷系数的试验压力,“规范”中规定,应自基础底面(如基底标高不确定时,自地面下1.5m)算起,也没有对试验压力的具体界定,如挖方地带属卸荷作用,填方地带属加荷作用,试验压力是否考虑挖填引起的卸荷加荷作用?所得的湿陷系数明显有差异。所以,作者结合工程实践和室内试验,进行公路黄土路堑、路堤湿陷性评价分析探讨。

1 公路沿线黄土的物理力学性质

便于对比分析,选取山西朔州市黄土高原区的某高速公路和甘肃环县黄土梁峁区的某一级公路的路堑路堤为研究对象。研究对象区黄土覆盖厚度大,上部地层主要为上更新统风积黄土(Q3eol)、中更新统风积黄土(Q2eol),湿陷性土层的最大厚度达30.00m。本次研究野外试样采用探井刻槽取样和黄土薄壁取土器静压法取样,取样间距为1.00m。

通过对公路沿线湿陷性黄土进行室内试验,得出其主要物理力学指标,如含水量、容重、孔隙比、塑性指数随深度变化曲线见图1~图4,从图1~图4可知:公路沿线黄土的含水量值主要介于10%~12%,随深度的增加而无明显变化;容重值主要介于15~17kN/m3,随深度的增加而无明显变化;孔隙比在10m以上均接近1.00,山西朔州地区黄土孔隙比在10m以下呈明显减小趋势,甘肃环县地区黄土孔隙比在10m以下基本无变化;塑性指数随深度增加有微弱减小趋势,其值均接近10,这说明黄土的粘粒含量低,表现出粉土的特性。

2 黄土的湿陷性试验

黄土的多孔性是引起黄土产生湿陷现象的主要原因,但是不同类型、不同大小的孔隙在湿陷变形中所起的作用不同。其中,中孔隙(即支架孔隙)是导致黄土产生湿陷的主要因素之一[3,4]。其黄土湿陷性的强弱我们用湿陷系数δs来判定,场地的分类和地基湿陷等级一般跟湿陷土层的厚度、湿陷性的强弱、基础的埋深有关[5,6]。但是,公路路堑、路堤具有特殊性,属挖填方场地,场地的分类和地基湿陷等级还与室内试验压力相关,也与挖填方引起的卸荷加荷作用有关。

2.1 公路路堑黄土湿陷性试验

本文选择公路路堑的开挖深度为20m(山西朔州)和15m(甘肃环县),湿陷性土层厚度分别为30m和26m。路堑开挖是一个卸荷过程,本次湿陷性试验分考虑卸荷作用(设计地面)和不考虑卸荷(天然地面)作用进行。考虑卸荷作用的试验压力基底下10m内取200kPa,10m以下取上覆土层的饱和自重压力;不考虑卸荷作用的试验压力取考虑卸荷作用时的试验力加挖除土层的自重压力。基础埋深均为2.00m。得出的土层湿陷系数随深度的变化关系见图5、图6。由图5、图6可知,公路路堑开挖后,基底下部土层的湿陷系数明显减小,随着深度的增加,原来具湿陷性的土层因卸荷作用而不具湿陷性。

2.2 公路路堤黄土湿陷性试验

本次选择公路路堤的填方厚度为37m(山西朔州)和20m(甘肃环县),湿陷性土层厚度分别为10m和12m。路堤填方是一个加荷过程,本次湿陷性试验分考虑加荷作用(设计地面)和不考虑加荷(天然地面)作用进行。考虑加荷作用的试验压力基底下10m内取200kPa,10m以下取上覆土层的饱和自重压力;不考虑加荷作用的试验压力天然地面下10m内取200kPa,10m以下取上覆土层的饱和自重压力。基础埋深均为2.00m,得出的土层湿陷系数随深度的变化关系见图7、图8。由图7、图8可知,公路路堤填方后,原来具湿陷性的土层的湿陷系数明显增大,随着深度的增加湿陷系数增大的趋势减小,原来不具湿陷性的土层因加荷作用而具有湿陷性。

3 湿陷性评价

3.1 公路路堑的黄土湿陷性评价

公路路堑的开挖深度分别为20m(山西朔州)和15m(甘肃环县),湿陷性土层厚度分别为30m和26m。根据室内试验结果,按“规范”(4.4.4)式和(4.4.5)式计算自重湿陷量Δzs和湿陷量Δs,具体详见表1。

由表1可知,山西朔州高速公路的路堑开挖深度为20m,在考虑卸荷和不考虑卸荷两种情况下,自重湿陷量Δzs的计算值分别为39mm和104mm,湿陷量Δs的计算值分别为86.25mm和246.75mm。甘肃环县一级公路的路堑开挖深度为15m,在考虑卸荷和不考虑卸荷两种情况下,自重湿陷量Δzs的计算值分别为114mm和364.8mm,湿陷量Δs的计算值分别为167.25mm和498.5mm。这说明公路路堑考虑卸荷作用时不但能改变场地的湿陷类型,还可改变地基的湿陷等级。而“规范”中规定的“当挖填方的厚度和面积较大时,自重湿陷量从设计地面算起”,没有确定挖方厚度和面积的具体数值,并且对挖方地段的室内试验的压力没有明确的规定,这不适合高速公路路堑开挖地段的黄土的湿陷性试验和湿陷性评价。

3.2 公路路堤的黄土湿陷性评价

公路路堤的填方厚度分别为37m(山西朔州)和20m(甘肃环县),湿陷性土层厚度分别为10m和12m。根据室内试验结果,按“规范”(4.4.4)式和(4.4.5)式计算自重湿陷量Δzs和湿陷量Δs,具体详见表2。

由表2可知,山西朔州高速公路的路堤填方厚度为37m,在考虑加荷和不考虑加荷两种情况下,自重湿陷量Δzs的计算值分别为266mm和69.5mm,湿陷量Δs的计算值分别为553.5mm和284.5mm。甘肃环县一级公路的路堤填方厚度为20m,在考虑加荷和不考虑加荷两种情况下,自重湿陷量Δzs的计算值分别为816mm和446.4mm,湿陷量Δs的计算值分别为736mm和416.25mm。这说明公路路堤考虑加荷作用时不但能改变场地的湿陷类型,也可改变地基的湿陷等级。而“规范”中规定的“当挖填方的厚度和面积较大时,自重湿陷量从设计地面算起”,没有确定填方厚度和面积的具体数值,并且对填方地段的室内试验的压力没有明确的规定,这不适合高速公路路堤填方地带黄土的湿陷性试验和湿陷性评价。

4 高速公路路堑、路堤黄土湿陷性试验和湿陷性评价分析

“规范”中4.4.3条规定,湿陷系数δs的试验压力,应自基础底面(如基底标高不确定时,自地面下1.5m)算起。而对公路路堑、路堤而言,一些挖填方厚度大地带,加荷、卸荷作用明显,即加荷、卸荷作用对湿陷系数的影响较大,从而影响高速公路路堑、路堤的湿陷性评价结果。从上述工程实例计算可知,公路路堑、路堤的挖填方厚度可改变场地的湿陷类型,也可改变地基湿陷等级,即考虑公路路堑、路堤的卸荷加荷作用,可以使场地由自重湿陷性场地改变为非自重湿陷场地,也可使地基的湿陷等级降低。也就是说,这可直接简化公路建设的地基处理措施、施工方法,节省费用和缩短公路建设工期等。

所以,针对公路路堑、路堤,作者认为:湿陷性评价应以挖填方厚度和面积能够改变公路路基场地的湿陷性类型和地基湿陷等级为界定。对测定湿陷性黄土湿陷系数的试验压力,应考虑挖填土卸荷、加荷作用。在进行公路沿线黄土的湿陷性评价时,应分段进行评价。以便于有针对性地对公路路基分段采取地基处理措施、施工方法。

5 结论建议

(1)本文选取山西朔州和甘肃环县两条公路路堑、路堤黄土为研究对象。其黄土的含水量主要介于10%~12%,容重主要介于15~17kN/m3,随深度的增加均无明显变化;孔隙比在10m以上均接近1.00,山西朔州地区黄土孔隙比在10m以下可见明显的减小趋势,甘肃环县地区黄土孔隙比在10m以下基本无变化;塑性指数随深度增加有微弱减小趋势,其值均接近10,这说明黄土的粘粒含量低,表现出粉土的特性。

(2)通过对公路路堑、路堤黄土的湿陷性试验和湿陷性评价分析研究,公路路堑、路堤的挖填方厚度可以使场地由自重湿陷性场地变为非自重湿陷场地,也可使地基的湿陷等级降低,从而可直接简化公路建设的地基处理措施、施工方法,节省费用和缩短公路建设工期等。所以,湿陷性评价应以挖填方厚度和面积能够改变公路路基场地的湿陷性类型和地基湿陷等级为界定。对测定湿陷性黄土湿陷系数的试验压力,应考虑挖填土卸荷、加荷作用。在进行公路沿线黄土的湿陷性评价时,应分段进行评价。

(3)对于大型工业场地,因各建筑物挖填方的厚度不同,建议根据其挖填厚度、面积的不同分区域(或单体建筑物)进行黄土的湿陷性试验和湿陷性评价。以便于有针对性地对各建筑物(或建筑群)的地基处理采取合理的措施和施工方法,节省费用和缩短建设工期等。

(4)本文的研究成果可供今后类似的工程及修订《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025-2004)参考。

参考文献

[1]冯连昌,郑晏武.中国湿陷性黄土[M].北京:中国铁道出版社,1982,121～280.

[2]史永跃.黄土湿陷性及力学性质的试验研究[D].长安大学,2004.

[3]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.

[4]邢娇秀.影响黄土湿陷性因素分析研究[D].长安大学,2004,16～19.

[5]杨增光.黄土的湿陷性及评价[J].山西建筑,2002,(3):41.

湿陷性评价 篇3

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.

湿陷性评价 篇4

与一般黄土场地不同, 勘察工作对大厚度黄土和填土场地与地基条件的分析方法和建议, 及地基基础方案选择的合理性, 对工程投资影响很大。本文根据大厚度黄土和填土场地的勘察资料分析, 提出勘察评价和设计建议中存在的问题, 希望大家共同讨论。

1 大厚度湿陷性黄土与填土场地的成因类型

一般工程所称的大厚度湿陷性土层, 是指自然沉积或人工堆积的湿陷下限深度大于15～20m, 一般地基处理方法难以满足规范和设计要求的自重Ⅲ～Ⅳ级湿陷性土层, 可称为大厚度湿陷性黄土或填土。

大厚度湿陷性黄土或填土场地, 可归纳为四种成因类型:

Ⅰ类:黄土塬坪与高阶地工程场地

兰州理工大学彭家坪校区, 地面高程1590～1600 m, 时代成因～全新世风积, 原始地貌未破坏, 经历约30年的灌溉, 深部地层结构为弱～非湿陷黄土 (Q3) , 厚20m左右, 早更新世冲洪积卵石埋深38～48m, 湿陷土层下限深度6～25m。湿陷类型与等级为Ⅰ级非自重～Ⅳ级自重湿陷性。

Ⅱ类:黄土山前冲洪积平原工程场地

兰大榆中夏官菅校区, 场地高程1800m左右, 冲洪积成因, 原始地貌未破坏, 经历约30年的灌溉, 冲洪积碎石与粉土互层, 埋深28～34m。湿陷类型与等级为Ⅱ～Ⅳ级自重湿陷性。

Ⅲ类:黄土梁峁坡麓区填挖改造工程场地

兰州九洲台《四库全书》藏书楼工程, 整平后场地高程1800m左右, 近10～30年分期人工挖填, 黄土梁峁及冲沟原始地貌已破坏, Q2老黄土埋深0～20m, 下部为冲洪积卵石及前寒武系变质岩。湿陷土层下限深度3～25m, 湿陷类型与等级为非湿陷～Ⅳ级自重湿陷性。

Ⅳ类:黄土沟谷填挖改造区工程场地

九洲开发区第一看守所, 整平后场地高程1540m左右, 近5～20年人工分期挖填, 原始黄土沟谷地貌已破坏, 局部分布的黄土3～7m, 砂砾层厚2.3～3.5m, 第三系砂岩埋深0～28m, 填土厚度5～28m。湿陷类型与等级为Ⅳ级自重湿陷性。

2 大厚度湿陷性黄土与填土场地的工程性质

2.1 大厚度黄土湿陷性质变化的复杂性

原始地形地貌未受破坏的工程场地, 一般均属高阶地或黄土梁峁 (Ⅰ类及Ⅳ类) , 多为非农作荒地或旱作农田, 呈现大厚度、强湿陷性和大孔隙、低含水量、低压缩性。随深度增大, 含水量变化很小, 而孔隙比随深度逐渐减小, 湿陷性随深度逐渐减弱的规律性十分明显, 深部可见有时代较老的非湿陷性黄土地层。δs≥0.015的湿陷性样品分布连续, 湿陷类型等级与下限深度在同一地貌单元或场地上变化不大。

经受农业或绿化灌溉后, 场地与地基土的工程特性指标变化复杂化, 含水量随灌溉时间的长短, 已有不同程度的增大。湿陷性样品分布不连续, 场地湿陷性已有不同程度退化, 场地浅部自重湿陷性已明显退化。湿陷下限深度与计算总湿陷量、自重湿陷量差别较大。场地湿陷类型和等级从I级非自重到IV级自重变化很大, 勘探点间距不足时, 湿陷性分区规律性不强。

2.2 大厚度松散填土自重湿陷变形和压密变形的严重性

上世纪80～90年代开始土地开发进行填挖改造时, 由于土层天然含水量很低 (一般小于8%) , 未进行增湿及分层碾压处理, 因此自重压密固结作用很差。一般松散堆填后1～2年即产生地面裂缝, 裂缝走向与沟谷走向一致呈条带状。如果进行了绿化浇灌, 加快了自重压密与固结过程, 地面沉陷加剧, 填土的工程特性指标可得到改善。

由于破坏了原始地貌, 整平后的填挖改造场地往往给人造成假象, 对填土场地的勘察和处理容易混同于一般湿陷性黄土场地。尽管建筑物按规范要求进行了一定厚度的整片垫层或挤密处理, 但仍在建成后即产生不明原因的裂缝, 一旦管道渗漏下沉拉裂, 则引起建筑物的整体下沉与倾斜, 近几年已发生多起这种填土场地上的工程事故。

松散填土场地上的勘察设计应采取十分谨慎的态度。勘察工作应通过收集原始地形图、调查访问原始地貌等方法, 了解原始地形地貌、填挖时间、填挖范围和厚度等。通过探井观察岩性变化和包含物寻找原始坡面界限, 还需通过对土工试验指标和静力触探曲线特征的仔细分析, 才能确定填土与原始黄土的分界深度, 这些特征主要表现为松散填土比原状黄土干密度明显偏小, 具有更强的湿陷性和更高的压缩性;在松散填土深度范围内, 静力触探锥尖阻力稳定在很小的范围内, 且随深度增大而增幅很小, 与自然沉积的原状黄土明显不同;填土与黄土界限从颜色上很难区别, 但填土结构、包含物与原状黄土不同, 在填土与原状土的界面上, 可见有植物根等原始坡面的痕迹。

土地开发区沟谷回填填时, 由于土层的天然含水量很低, 未进行增湿和分层碾压处理, 一般自重压密固结作用很差。当堆填年代较短时, 结构松散, 湿陷性强烈而又敏感, 具有更强的湿陷性和更高的压缩性, 自重压密固结作用在缓慢进行中, 数十年仍不能充分完成。沟谷填土中含有多量软岩块石时, 探井取样困难, 其工程性质积累的资料很少, 认识不足。因此工程场地位于原始地形地貌受到较大改变的黄土梁峁沟谷场地时, 精心勘察, 慎重评价, 避免失误是勘察工作的要点。

3 勘察工作抗震评价的任务和大厚度黄土场地抗震评价的复杂性

抗震评价对勘察的主要要求:一是准确确定场地抗震类别, 为结构抗震设计和验算提供依据;二是划分场地与地基土对抗震有利、不利或危险地段, 判定场地稳定性和饱和砂土与粉土的液化与震陷等地震效应, 为地基抗震措施设计提供依据;三是调查局部突出地形产生放大作用的地形地质条件, 为设计人员考虑选用地震动参数放大系数提供依据;四是在有活动性构造断裂带通过的场地, 查明断裂带位置, 并根据区域地质构造基础资料分析断裂性质和对场地的影响, 提出建筑物布置调整建议。

3.1 场地抗震类别评价中的问题和大厚度黄土场地波速特征

大厚度黄土场地在地震时的地面运动特征与低阶地有明显不同。一是峰值加速度较低阶地大, 二是加速度反应谱周期加长, 三是波速随深度增长而增大有明显的规律性。不同时代成因黄土的剪切波速随深度增长的幅度不同, 20m深度范围内的等效剪切波速计算值差别较大。

高阶地边缘及沟谷填挖改造区多属于抗震不利地段。在地震力作用下, 除了有可能产生不均匀沉陷、滑坡、崩塌等地质震害问题外, 高边坡坡顶和局部条状突出的台地等不利地形还将产生对地震动参数的放大作用。勘察工作中, 重视对边坡与建筑物间距、边坡高度与坡率、边坡地层组成与稳定性验算参数的研究, 是值得引起注意的问题。根据抗震规范, 土质边坡高度大于5m, 坡角大于16度, 建筑物距坡顶边缘的距离小于50m时, 就应该考虑放大作用。

大厚度黄土场地的抗震类别与不同时代黄土层的厚度有关, 根据几个工程的波速测试资料, 不同时代和成因的黄土剪切波速随深度增长的幅度不同 (图3.1) , 老黄土增长幅度大于新黄土, 填土波速小于原生黄土, 一般情况下均属于II类场地。勘察如果遇有厚度大于50m的新黄土场地时, 应结合工程进行足够深度的波速测试, 以准确确定覆盖层厚度和场地抗震类别。

大厚度场地抗震类别判定时, 准确判释剪切波速和准确确定覆盖层厚度至关重要。目前对大厚度场地的抗震类别的认识还不够深入, 需要继续加强波速测试;相比而言, 面波法是比较简便、容易实施的方法。今后, 应加强大厚度黄土场地的波速测试, 特别是深钻孔测试资料的积累和与面波法测试资料的对比, 研究提高激震力的设备与方法。

3.2 大厚度黄土场地的地震效应评价

地下水位以下有饱和粉土时, 应遵照抗震规范的二步评价法进行液化判定, 注意地层时代和粉土粘粒含量分析等初判条件。

理论研究、室内试验与现场实践都证明黄土场地的震陷现象是存在的, 一般黄土场地震陷与湿陷变形都是大孔隙结构和颗粒间低胶结强度在水或地震力作用下的产物, 震陷变形与湿陷变形相比, 后者大于前者, 工程勘察设计对湿陷变形的评价和处理, 在一定程度上包含了震陷变形。值得重视的是大厚度湿陷性黄土场地不作处理采用桩基穿越时震陷变形对基础的影响, 特别是松散填土场地的震陷对桩基稳定性的危害问题, 应该引起足够重视, 也是震陷研究的重点对象。

3.3 局部突出地形产生放大作用的地形条件调查

高阶地边缘地带及沟谷填挖改造区属于抗震不利地段, 鞭梢效应产生对地震动参数明显的放大作用。

工程场地勘察时, 应查明突出地形的坡高、坡度、岩性组成及建筑物与最近坡缘的距离等现场情况, 并在勘察报告中明确表述, 以便设计人员考虑选用地震动参数放大系数, 确保建筑物在地震力作用下的安全。

4 大厚度湿陷性黄土或填土场地的勘察与评价方法

4.1 场地与地基复杂程度划分

大厚度黄土场地复杂程度应视人类灌溉或填挖活动, 对地质环境破坏程度而确定。

(1) 简单场地:未经填挖改造、未受农田灌溉等人类活动影响的黄土塬坪及高阶地大厚度湿陷性黄土场地。

(2) 复杂场地:人类活动改变了土的湿度状态和原始结构, 原始地形地貌已受破坏的黄土梁峁和沟谷填挖改造整平后的场地;湿陷性发生不同程度的退化;湿陷土层厚度及类型和等级变化复杂。

4.2 大厚度湿陷性黄土或填土场地的勘察要求

(1) 湿陷性黄土场地勘察应遵照规范规定, 保证取样探井数量和取样深度。

(2) 控制性取样探井应穿透湿陷性土层下限深度。

(3) 尝试采用原位测试技术预估湿陷性下限深度。

根据对兰州黄河南岸四级阶地原生黄土、榆中和平开发区冲洪积黄土、皋兰忠和乡梁峁原生黄土、兰州黄河北岸五级阶地原生黄土和兰州西固区低阶地场地饱和黄土的双桥静力触探试验资料分析, 大厚度黄土触探指标具以下特征:

(1) 、大厚度黄土湿陷系数随着深度增大而减小, 锥尖阻力随着深度增大而增大。

(2) 、不同场地含水量条件下, 锥尖阻力随着深度增长幅度不同。含水量较大的场地, 增长幅度较小;含水量较小的场地, 增长幅度则大。

(3) 、在深部黄土沉积时代变化界线上, 锥尖阻力或侧摩阻力曲线有比较明显的跳跃。

(4) 、时代较老的黄土含有钙质结核较多时, 曲线有比较明显的锯齿状形态, 而回填时代较短的素填土内, 锥尖阻力或侧摩阻力曲线随深度增大不明显。

(5) 、平均含水量大于12%的场地, 锥尖阻力约6～7Mpa以上;平均含水量小于10%的场地, 锥尖阻力8～9Mpa以上时, 取样试验结果已不具湿陷性, 可根据锥尖阻力判定为湿陷下限深度。

4.3 大厚度湿陷性黄土湿陷程度垂直分带与湿陷性下限深度判定

大厚度黄土的浅部为湿陷性黄土, 未经受绿化或农业灌溉水渗入时, 含水量偏低 (5～12%) , 湿陷性敏感而强烈, 湿陷下陷深度可达25～35m左右。经过灌溉水长期渗入后, 渗透深度范围内土的湿陷性有不同程度的退化。停止灌溉后上部土体中自由水逐步蒸发和消散, 含水量降低, 湿陷性可能会有一定程度的恢复, 而深部在上覆自重压力作下, 大孔隙得以压密, 湿陷系数明显减小, 湿陷起始压力增大。起始压力大于上覆土饱和自重压力时, 即使再次浸水, 也不会产生过量湿陷变形。含水量和干密度达到一定程度后, 天然状态与饱和状态压缩性差异已不明显。因此, 在经历过长期农业灌溉的场地上, 应对不同深度的湿陷性变化进行认真分析, 补充必要的双线法试验, 对湿陷起始压力和天然与饱和状态压缩性进行对比分析, 对满足剩余湿陷量要求的最小处理深度进行计算, 深入论证应采用的地基处理方法、处理深度以及浅基础方案的安全性。

湿陷系数随着深度增大而减弱, 具有明显的垂直分带性, 强～中等湿陷性土层主要分布在上部6～10m之内;在上部的土样孔隙比大、含水量低时, 表现出强湿陷性和高湿陷敏感性;经历过灌溉浸水后, 一定深度范围内湿陷性已经发生退化, 湿陷程度降低。

4.4 大厚度湿陷性黄土地基处理

根据大厚度湿陷性黄土湿陷性强弱的垂直分带性分析, 地基处理的重点应是浅部强～中等湿陷性土层。在切实消除浅部强～中等湿陷性, 并同时提高上部强度和防渗性能后, 深部处理应遵照规范和根据建筑物等级需要确定, 可适当放宽。

重视大厚度黄土深部浸水可能性的分析, 灌溉农田相邻的场地, 应考虑灌溉及水渠的长期入渗与向深部侧渗的可能影响。进行了部分消除湿陷性的整片处理后, 处理深度与宽度范围内地基土湿陷性全部消除, 抗渗能力提高, 而深部尚存在剩余湿陷性土层。建筑物本身在使用过程中, 管道漏水产生垂向渗透导致深部未处理土层产生湿陷变形的可能性不大。重点应考虑建筑物周边环境长期跑水或积水时, 深部地基土侧向渗透产生湿陷变形的可能性。很多建筑物受外围农田灌溉引发了沉陷事故, 应该特别予以注意。而对于占地面积大的校园或小区建筑群工程, 在做好场地竖向排水设计后, 只要没有地下水位区域性上升或农灌工程的长期侧向渗透影响, 深部没有产生剩余湿陷变形的浸水条件, 理论计算的湿陷变形量不可能发生。因此, 应该正确理解规范对剩余湿陷量的规定, 充分认识整片处理后人工地基的垂直防渗作用, 具体分析建筑物浸水可能性, 分别不同情况选择经济合理的基础形式和地基处理深度。

沟谷填挖区应考虑周边山体坡面雨水的深部泾流排泄积聚条件及原始沟谷地下水位上升的可能, 提出避让或治理措施建议。

大厚度填土场地, 采用以弱透水软岩或非湿陷性土层上的桩基础, 不作场地防渗处理时, 也应对松散填土深部浸水的可能性进行分析。

大厚度黄土与填挖改造场地地基处理方法选择时, 应根据处理目的与深度, 现场环境与施工条件, 经过经济与工期比较后确定。填挖改造场地情况更为复杂, 应采用多种地基处理方法进行综合处理, 才能确保场地稳定与建筑物安全。大厚度黄土与填挖改造场地上常用地基处理方法的适用条件及注意事项见表4.4。在确定地基处理深度时, 详细分析场地不同部位、不同深度的浸水历史和浸水程度、湿陷性退化程度, 满足规范剩余湿陷量条件的处理深度和产生深部湿陷变形的可能性是十分必要的。

新建土地开发区的地基处理应在初步设计阶段进行方案论证和超前实施。在工期允许并有水源保证时, 应优选深部浸水和浅部强夯的综合处理方法, 以便尽可能地增大处理深度, 降低地基处理费用。兰州九洲台藏书楼工程采用这种综合处理方法, 检验结果证明取得了良好效果。

在采用机械钻孔或人工预成孔夯扩挤密处理时, 由于该方法尚属较新的施工工艺, 施工作业面标高应尽可能高于基础底面, 保留一定的覆土压力, 保证浅部土体的挤密处理效果, 同时还应加强前期试验和施工过程中的检测工作。不断完善施工工艺, 提高设备能力。

4.5 大厚度湿陷性黄土或填土场地的地基基础方案选型

深部为弱湿陷性土并且没有产生深部侧向浸水的可能条件, 也没有区域地下水位上升的可能时, 深部湿陷变形就不可能发生, 优先考虑采用地基处理后的浅基础型式, 应是施工方便、技术合理、经济节约的选择。

深入分析地基处理后剩余湿陷量的基础上, 提出地基处理、浅基础选型建议与场地处理以及场地排水的综合治理措施。

大厚度黄土场地地基基础方案选型设计时, 应作深入细致的论证。勘察分析了深部不存在浸水的条件和可能时, 刻意追求满足规范对剩余湿陷量的规定, 盲目采用超长桩穿透湿陷性土层支撑低层或多层建筑物的设计, 是资源和财力的浪费。在采取了场地处理以及场地排水与结构加强的综合治理措施后, 地基处理对剩余湿陷量的要求可以适当放宽。

5 大厚度黄土场地的研究方向

(1) 深入认识不同地貌类型大厚度黄土的时代、成因、工程性质以及人类活动的影响, 重点研究黄土的物理力学性质及渗透性随深度的变化, 地表水体浸水渗透影响程度和范围, 深部有非湿陷性土层时, 能否利用作为桩端持力层等问题, 以便为合理选择基础形式、合理确定地基处理深度提供经验。

(2) 加强对大厚度黄土和填挖改造场地地基处理方法的研究, 引进或开发适用于本地区的深层地基处理新方法、新技术, 结合工程开展试验检测, 进行处理效果评价与处理工艺研究。

(3) 加强对超长桩受力机理与施工工法的研究, 对超长桩承载力计算、应力分布、配筋和灌注混凝土方法与质量控制措施进行现场试验与研究。

公路黄土湿陷性的探讨 篇5

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

[1]杨玉生, 李靖, 赵世麒.黄土填方路基病害原因分析与防治[J].路基工程, 2006 (05) .

[2]郑晏武.中国黄土的湿陷性, 1982, (06) .

[3]孙建中, 赵景波.黄土高原第四纪, 1991 (06) .

浅谈土的湿陷性 篇6

土的湿陷性给工程建筑物带来了不可言喻的祸患。正确评价土的湿陷性也成了我们迫切的任务,尤其在黄土地区,对于同一湿陷性黄土地层,评价结果不同造成的影响也不同。如果评价高于自然情况,必然造成不必要的浪费;如果评价低于客观实际,将会导致或轻或重的湿陷事故。

判定土的湿陷性的唯一指标就是土的湿陷系数。土的湿陷系数又是反映土的湿陷程度的重要参数。它的主要用途是确定土的湿陷性、湿陷程度、湿陷类型、湿陷深度、湿陷敏感程度及湿陷起始压力等。

土的结构特征及其物质组成是产生湿陷性的内在因素,水的浸润和压力作用是产生湿陷性的外部条件。

土的湿陷性首先与土的岩性和内部结构有关。一般来说,土粒越细,粘粒含量越高,粒间结合力越强,土的湿陷性越小,湿陷系数也越小。也就是说黏性土的湿陷性要比粉土的湿陷性小些。湿陷系数与试样的天然含水率和孔隙比、干容重、压力也有一定的关系。湿陷系数随天然含水率增大而变小,到一定程度湿陷变形消失;空隙比越大湿陷变形也越大,湿陷系数变大;相反干容重越大,湿陷变形越小,湿陷系数也随之变小;随着压力的增加湿陷系数由小变大,达到某一程度后,又随压力的增大而由大变小(见图1)。湿陷系数和天然含水率、孔隙比、干容重到底存在怎样的定量关系,至今仍是我们无法知道的,这也是今后我们要努力的方向。

湿陷系数也有一定的规律性。就长期以来本实验室所做的样品来说,横向上从三门峡—洛阳—郑州,湿陷性由大到小,纵向来说湿陷系数的分布特点有几种情况:1)湿陷系数随深度的增加总趋势由大到小,到一定程度湿陷性减弱至消失。2)湿陷系数随深度的增加由小到大,到某一深度又由大到小直至消失。3)个别情况湿陷系数没有规律,直到黄土层结束。

对于相同的土层,理论上其湿陷性应该是相同的,但现实中我们的检测值往往有很多是不同的,是什么造成了这样的结果,怎样才能使检测误差最小,使我们的检测值更接近客观真值,这和我们的检测过程有关。

我们在湿陷取样时只是从某一点上取出一个样,具有很大的随机性,这跟土的均匀程度有很大的关系,相应的我们测出的湿陷系数也有很大的随机性,如果土质均匀,就会真实的反映土的特性,如果不均匀,那么测出的湿陷系数就会偏离真值。

另外实验室的仪器设备、仪器等也能造成相应的误差,例如:环刀面积和高度的精确程度、削土刀刃度的锐利程度、平整度、固结仪杠杆力臂的准确程度、百分表的精度及砝码的公差等等。压缩试验中透水石和滤纸的湿度不同,对湿陷系数的大小也有影响:透水石和滤纸的湿度与土样天然含水率差值越大,对湿陷系数的影响也越大。这些误差无法准确的计算出来,但是却集中反映到湿陷系数的测量值上。这就要求实验室管理人员要有高度的责任心,定期检查消耗品(如环刀、开样刀、仪器)的使用情况,及时进行更换。对强检的百分表、温度计、量力环等定期送检,确认其使用在有效期,保证所出数据的合格性、真实性。

对同一个土样来说,试验方法的选择也非常重要,单线法和双线法测湿陷系数,结果也稍有差异:双线法所测湿陷系数比单线法偏大(见表1)。以上试验其他条件都相同时,究其原因浸润时间的长短也是结果区别的主要因素。产生湿陷性的外部条件就是水的浸润和压力作用,压力相同条件下,浸润程度就成了关键因素。有关资料表明:黄土浸水后结构迅速破坏,1 h后饱和约能达到80%,5 h～8 h才能达到完全饱和。单线法压缩稳定之后才浸水,相对结构已经压实,饱和速度较慢;浸水后2 h～3 h就可读数稳定。 而双线法湿样在第一级稳定后就浸水,再分级加荷,饱和速度较快,浸润时间也长,整个样读稳浸水后最少要8 h～12 h,饱和的比较完全。湿陷系数也稍偏大(见表2),所以建议推广双线法测土的湿陷系数。

在野外采样、室内制样到试验操作,整个过程中,不排除人为因素造成的试验误差,这部分误差与操作者的认真程度和熟练程度有关。所以新的《实验室资质认定评审准则》里明确规定实验室的人员必须经过培训,考核合格,持证上岗。得到计量监督部门评审合格并接受其监督的实验室才有相应的资格和高素质的试验人员,从而尽量减少试验中的人为因素造成的试验误差。

摘要：从土的湿陷性给工程建筑物造成的影响入手,提出湿陷系数的概念,分析了影响土的湿陷系数的因素,以及湿陷系数随一些参数的变化规律,并研究了测土的湿陷系数的方法,为土的湿陷性的进一步研究奠定了基础。

关键词：土的湿陷性,湿陷系数,影响因数,试验

参考文献

[1]GB/T 50123-1999,土工试验方法标准[S].

[2]GB 50025-2004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[3]唐大雄,孙愫文.工程岩土学[M].北京:地质出版社,1985.

[4]张孟喜.土力学原理[M].宜昌:华中科技大学出版社,2007.

谈湿陷性黄土的工程特性 篇7

1 湿陷性黄土的分布特点

1.1 水平分布特点

在整个湿陷性黄土建筑场地上，自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土的分布特点均是零星的不连续的板块状态。在小区域范围内不同湿陷类型和不同湿陷等级交错分布，变化较大。常常在一座建筑物下两种湿陷类型和两种以上湿陷等级的湿陷性黄土层同时存在，造成了地基处理上的复杂性。

1.2 竖向分布特点

1)生活区湿陷性黄土竖向分布有明显界限，且产状平稳。从天然地表算起4 m～5 m为新近堆积黄土，具有湿陷性和高压缩性。在新近堆积黄土层的层底有厚0.5 m左右的黑褐色埋藏土，为古地表，Ⅱ级阶地基本都有分布。古地表下为湿陷性黄土层，层厚6 m～8 m，下半部常有经褐色粘土出现，再下为非湿陷性黄土。

2)竖向分布不连续，有两条自重湿陷带。以古地表为界限，其上新近堆积黄土层中有一层自重湿陷带，厚度较小，但工程意义重要，因为在建筑物的压缩层范围内。

3)砂类土夹层与透镜体在湿陷性黄土层中竖向分布情况。Ⅱ级阶地的后缘和到Ⅲ级阶地的过渡带，湿陷性黄土层中砂类土夹层与透镜体较多，同时厚度大，颗粒粗，以中细砂类土为主。

2 自重湿陷变形的特征

2.1 自重湿陷变形的产生条件

自重湿陷系指土体被水浸湿后产生的自身沉陷变形，没有附加荷载的作用。它的产生:

1)土体的饱和自重压力大于土的湿陷起始压力;

2)浸湿土体的自重压力大于周边的阻力。

大量试验研究工作揭示，当浸水面积的边长或直径不小于湿陷土层厚度时，自重湿陷变形往往不能产生或不能完全产生。当浸水面积已经满足完全湿陷条件后继续增大时，则浸水面积越大，自重湿陷变形速度越快，完成全部湿陷变形的时间越短，但土层的自重湿陷量不变。

2.2 自重湿陷变形发生时间的特点

大型试坑浸水试验表明:试验中对不同深度土层的湿陷变形进行了观测。试验结果表明，土体浸水后自重湿陷变形发生的时间过程可分为三个阶段:

1)自重湿陷变形阶段。随着土体被水浸泡，在自重压力下土的天然结构很快遭到破坏，大量的湿陷变形同时发生，湿陷速度逐步达到高峰。当全部自重湿陷土层被水浸湿时，约有60%的自重湿陷变形已经产生。这阶段湿陷变形速度快，湿陷量大，耗水量多，总延续时间15 d～25 d。

2)土体压密阶段。土饱和自重压力作用下，自重湿陷变形已大部分产生，土体不断地压密，湿陷速度变慢，耗水量降低，30%左右的剩余湿陷变形继续发生，并趋于稳定。这阶段的延续时间为20 d左右。

3)二次湿陷阶段。浸水停止后，饱和土中的自由水逐渐消散，孔隙水压力也随着减小和消失，土体中的微应力重新分布。这时约10%的剩余湿陷量再次发生湿陷变形，湿陷速度增加，直到再次稳定，这阶段延续时间为10 d。

2.3 自重湿陷变形发生范围的特点

1)竖向湿陷变形范围。山西铝厂黄河的自重湿陷性已明显退化，湿陷性弱，敏感性低、变形速度慢。从现场大型试坑浸水试验结果可知，自重湿陷量一般都小于70 mm，主要发生在上部土层，深标点基本没发生下沉。

2)水平湿陷变形范围。从试坑浸水试验的数据来看，在较均匀的湿陷土层中，湿陷范围、裂缝分布和浸湿土体的边界是一致的，三者的边缘距浸湿中心的距离基本相等，约等于试坑的边长。

3 在附加应力作用下地基土的变形特征

经过大型载荷浸水试验，查明了在附加应力作用下地基土的变形特征。

3.1 天然地基的变形特征

天然地基载荷浸水试验场地的计算分级湿陷量36 cm，自重湿陷量11 cm。在200 k Pa压力作用下，压缩变形3.5 cm，变形模量8 070 k Pa，荷载(P)—沉降(S)曲线的比例极限125 k Pa，地基强度125 k Pa，停水稳定后的湿陷变形24 cm。这些数据充分表明，场地上部新近堆积黄土层承载力低，湿陷变形大，不适宜直接作为建筑物的地基。各级荷载下的沉降量见表1。

3.2 强夯地基的变形特征

强夯地基大型载荷浸水试验场地的计算分级湿陷量38.4 cm，自重湿陷量11.3 cm，与天然地基载荷浸水试验场基本一致。

先在试验场地开挖20 m×20 m的浸水试坑，然后在试坑内北半部100 m2的面积上强夯，夯击能级1 000 k J。地基土在200 k Pa压力作用下，压缩变形2.3 cm，变形模量13 800 k Pa。P—S曲线为一条直线，地基强度可达200 k Pa。停水稳定后的湿陷变形0.8 cm，各级荷载下的沉降量见表2。

从测量沉降结果可以看出，地基土的压缩变形和湿陷变形主要发生在B(B为压板宽度)深度范围内，其压缩层的深度为5 m，相当于2.5B。

试验结果表明，强夯地基的密实性提高，渗透性减少，压缩性降低，湿陷性消除，承载力和变形模量增加，强夯效果显著。

4 自重湿陷量实测值与计算值的比较

为了比较自重湿陷变形室内外试验结果的异同，深入了解湿陷黄土的工程特性，进行了系统的大型试坑浸水试验和相应的大量室内试验，可以得出如下的结论:

1)现场试坑浸水试验的实测自重湿陷量均小于室内试验的计算自重湿陷量，且差异较大。

2)实测自重湿陷量和计算自重湿陷量的比值(K)，变化在0～0.55范围内，平均为0.22，最大值为0.30。这说明湿陷性黄土规范GBJ 50025-2004中规定的修正系数β0(山西地区β0=0.5)基本与规范吻合。

3)不论现场试坑浸水实测自重湿陷量，还是室内试验计算的自重湿陷量，都表明生活区有自重湿陷场地，但分布不连续，零星地出现非自重湿陷场地之间，具有轻微自重湿陷性。

4)室内试验条件和现场实际情况不完全相同，土质状况各地区也不一样，这就导致了实测自重湿陷量和计算自重湿陷量的差异，这种差异在各地区又有不同的特点。

5 结语

1)生活区及厂前区建筑场地，多属于Ⅱ级～Ⅲ级自重湿陷场地，湿陷敏感性低，湿陷速度慢，分布不连续，零星地出现在非自重湿陷性场地中，多属于非自重湿陷场地。