濕陷性黃土的工程性質(zhì)及相關(guān)研究進(jìn)展

1、濕陷性黃土的工程性質(zhì)及相關(guān)研究進(jìn)展姓 名：陳 俊 捷班 級(jí)：土木1212班 學(xué) 號(hào)： 110420216 摘要：本文根據(jù)黃土的微結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)及一般力學(xué)性質(zhì)等基本性質(zhì)對(duì)濕陷性黃土的工程性質(zhì)進(jìn)行研究，探尋濕陷性黃土在各類(lèi)工程中的處理方法。關(guān)鍵詞：黃土，濕陷性，性質(zhì)，評(píng)價(jià)，工程目錄摘要：1一、 黃土的基本性質(zhì)21. 黃土的微結(jié)構(gòu)特征22. 黃土的物理化學(xué)性質(zhì)23. 黃土的一般力學(xué)性質(zhì)34. 非飽和黃土力學(xué)與黃土的結(jié)構(gòu)性3二、 黃土的濕陷性及其評(píng)價(jià)31. 黃土的濕陷機(jī)理和評(píng)價(jià)指標(biāo)32. 黃土的濕陷性評(píng)價(jià)4三、 濕陷性黃土地基及黃土工程41. 濕陷性黃土地基處理方法42. 黃土滑坡工程63. 濕陷

2、性黃土場(chǎng)地的樁基礎(chǔ)64. 濕陷性黃土的震害防治75. 特殊工程中的濕陷性黃土地基處理7四、 總結(jié)7參考文獻(xiàn):7在工程地質(zhì)和土質(zhì)學(xué)中，黃土是一種特殊性土，具體表現(xiàn)在，從顆粒級(jí)配上看，黃土屬于粉土或粉質(zhì)黏土；但從土的力學(xué)與工程性質(zhì)上看，黃土又區(qū)別于一般的粉土或粉質(zhì)黏土，如非飽和黃土較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性、可能的濕陷性、液化及振陷等。這些特性決定了黃土的土力學(xué)及工程意義和地位，對(duì)黃土地區(qū)的工程建設(shè)有重要影響。1、 黃土的基本性質(zhì)黃土的性質(zhì)包括其物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)及工程性質(zhì)。后二者受前者及黃土的微結(jié)構(gòu)特征的影響。認(rèn)識(shí)到其性質(zhì)的多因素影響特點(diǎn)，對(duì)于解決黃土地區(qū)的實(shí)際工程問(wèn)題有重要意義。1. 黃土的微結(jié)構(gòu)特征黃土的

3、微結(jié)構(gòu)特征是指構(gòu)成土體的固體顆粒（包括成土過(guò)程中比較穩(wěn)定的大于0.005mm的骨架顆粒及在成土過(guò)程中易于變化，可再分配的小于0.005mm的黏粒物質(zhì)）和與其有關(guān)的孔隙特征，以及它們?cè)诳臻g上的排列形式。一般地，黃土中的骨架顆粒主要是大于0.005mm的碎屑顆粒，其中又以0.01mm的“粗粉砂顆?！睘橹鳌４送?，黃土中還存在一種特殊的骨架顆粒集粒。骨架顆粒是黃土中最堅(jiān)固的部分，在土體受外力影響時(shí)起支撐作用，黃土的濕陷和壓縮變形往往是通過(guò)其連接點(diǎn)的斷裂或錯(cuò)動(dòng)造成的。因此，骨架顆粒的接觸關(guān)系（即排列方式）和連接的牢固性直接影響到整個(gè)體系的穩(wěn)定性。黃土富含孔隙，孔隙率一般為42%-55%，孔隙比一般為0.

4、8-1.2。黃土孔隙與顆粒大小、相互組合排列方式、生成氣候條件、壓實(shí)作用及風(fēng)化成土作用等因素有關(guān)。黃土中的主要膠結(jié)物是粘土礦物和碳酸鈣。黃河中游東南地區(qū)的黃土隨著碳酸鈣的淋濕，部分黏粒分散在孔隙中，充填孔隙，使顆粒間由接觸連接變?yōu)槟z結(jié)連接形態(tài)。根據(jù)賦存形態(tài)，黃土的膠結(jié)物質(zhì)分為薄膜狀、填隙狀和聚集狀三種。2. 黃土的物理化學(xué)性質(zhì)黃土的物理性質(zhì)與濕陷性有很大關(guān)系，主要包括土的粒度成分、可塑性、含水量和孔隙比等。在粒度組成方面，黃土以0.05-0.005mm的粉粒為主，其含量可達(dá)60%以上；粒徑小于0.005mm的黏粒含量在一定程度上決定著黃土的物理力學(xué)性質(zhì)，其含量在各地地層剖面中變化非常顯著，變化

5、幅度在5%-33%之間。我國(guó)黃土的粒度分布有如下特點(diǎn)：在我國(guó)黃土的主要分布區(qū)內(nèi)，西黏粒少、中黏粒增多、東則黏粒下降或持平。在六盤(pán)山和呂梁山之間的南北帶內(nèi)，黃土粒度中北部沙粒多，自北往南沙粒含量減少，黏粒相應(yīng)增多。濕陷性黃土的液限和塑限含水量分別在20%-35%和14%-21%變化，塑性指數(shù)為3.3-17.5，大多數(shù)為9-12。土的塑性指標(biāo)顯示了與黃土的力度成分相似的區(qū)域性規(guī)律及差異，而且，無(wú)論是自西向東或自北向南，黃土的液限變化顯著，當(dāng)液限小于30%時(shí)，濕陷性一般較強(qiáng)烈。3。濕陷性黃土的天然含水量在3.3%-25.3%變化，其大小與場(chǎng)地的地下水位深度和年降雨量有關(guān)，含水量越低，則濕陷性越強(qiáng)烈。

6、就同一土層而言，它在我國(guó)黃土的主要分布區(qū)的西部和北部較低，往東和往南逐漸增高。3. 黃土的一般力學(xué)性質(zhì)黃土的一般力學(xué)性質(zhì)包括壓縮性、強(qiáng)度特性、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和動(dòng)力特性。黃土的強(qiáng)度主要取決于含水量和密實(shí)程度，含水量越低，密實(shí)程度越高，則強(qiáng)度越大。相關(guān)研究表明，相同基質(zhì)吸力條件下，原狀黃土的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)均大于重塑黃土；且隨著基質(zhì)吸力增大，兩種土黏聚力的差異顯著增大，摩擦角差異較小。原狀黃土和重塑黃土的總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)隨構(gòu)度指標(biāo)的變化具有基本一致的變化規(guī)律。黃土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系通常通過(guò)常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)取得，一般表現(xiàn)為硬化型和軟化型。相關(guān)試驗(yàn)得出，重塑非飽和黃土主要表現(xiàn)為硬化型，原狀非飽和黃土主要受?chē)鷫汉?/p>

7、含水量影響，在低圍壓和低含水量的情況為軟化型，隨著圍壓和含水量的增加，由軟化型轉(zhuǎn)化為硬化型。還有學(xué)者通過(guò)對(duì)重塑非飽和黃土應(yīng)力應(yīng)變曲線的對(duì)比，提出了非飽和黃土的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分擔(dān)比概念。黃土動(dòng)力特性的核心內(nèi)容是土的動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)變形及反映動(dòng)應(yīng)力-動(dòng)應(yīng)變的動(dòng)本構(gòu)關(guān)系。在小動(dòng)荷作用下以應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（或動(dòng)模量與阻尼比）為主；在大動(dòng)荷作用下，黃土的振陷成為較突出的問(wèn)題，干燥黃土在強(qiáng)大動(dòng)應(yīng)力作用下會(huì)出現(xiàn)剪切液化現(xiàn)象。4. 非飽和黃土力學(xué)與黃土的結(jié)構(gòu)性在非飽和土中，結(jié)構(gòu)性和非飽和性常常共同影響著土的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)代的非飽和土力學(xué)把吸力作為各種土性特征的紐帶，他的定性定量特性決定著非飽和土的應(yīng)力特性、滲透特性、強(qiáng)度特性、

8、變形特性和固結(jié)特性。黃土的結(jié)構(gòu)性是描述土物理本質(zhì)中比粒度、密度、濕度更為重要的一個(gè)側(cè)面, 它是指黃土的骨架顆粒成分、形態(tài)、排列方式、孔隙特征、膠結(jié)物種類(lèi)以及膠結(jié)程度等對(duì)黃土的工程性質(zhì)的影響。2、 黃土的濕陷性及其評(píng)價(jià)1. 黃土的濕陷機(jī)理和評(píng)價(jià)指標(biāo)黃土濕陷性的發(fā)生有其內(nèi)在因素和外在因素兩個(gè)方面。內(nèi)因主要是由于土本身的物質(zhì)成分（指顆粒組成、礦物成分和化學(xué)成分）、結(jié)構(gòu)及含水量，這是濕陷性的根本原因。外因主要是水和壓力的作用。反映黃土濕陷性的主要指標(biāo)有濕陷系數(shù)s、自重濕陷系數(shù)zs和濕陷起始?jí)毫sh。研究表明，濕陷系數(shù)與其累計(jì)主成分呈正比關(guān)系，因此，可以根據(jù)黃土微觀結(jié)構(gòu)的主成分預(yù)測(cè)黃土的濕陷性。按室內(nèi)

9、浸水（飽和）壓縮試驗(yàn)在一定壓力下測(cè)定的濕陷系數(shù)進(jìn)行判定：當(dāng)濕陷系數(shù)s值小于0.015時(shí)，應(yīng)定為非濕陷性黃土；當(dāng)濕陷系數(shù)s值等于或大于0.015時(shí)，應(yīng)定為濕陷性黃土。2. 黃土的濕陷性評(píng)價(jià)黃土濕陷性評(píng)價(jià)包括場(chǎng)地和地基兩個(gè)方面。濕陷性黃土場(chǎng)地的濕陷類(lèi)型(即區(qū)別自重濕陷性黃土場(chǎng)地或非自重濕陷性黃土場(chǎng)地)的評(píng)價(jià)按自重濕陷量的實(shí)測(cè)值z(mì)s或計(jì)算值z(mì)s確定：當(dāng)zs或zs小于或等于70mm時(shí)，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地；當(dāng)zs或zs大于70mm時(shí)，應(yīng)定為自重濕陷性黃土場(chǎng)地；若兩者矛盾，則按實(shí)測(cè)值判定。s/mm濕陷類(lèi)型非自重濕陷性場(chǎng)地自重濕陷性場(chǎng)地備注zs7070zs350zs350*，當(dāng)濕陷量的計(jì)算值s600

10、mm，自重濕陷量的計(jì)算值z(mì)s300mm時(shí)，可判為級(jí)，其他情況可判為級(jí)s300(輕微)（中等）-300s700（中等）*（中等）或（嚴(yán)重）（嚴(yán)重）s700（中等）（嚴(yán)重）（很?chē)?yán)重）濕陷性黃土地基是由基底下不同厚度的濕陷性黃土層所組成，濕陷等級(jí)用以表示地基的濕陷程度。濕陷性黃土場(chǎng)地的濕陷等級(jí)可按下表判定。表2-1 濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)在黃土地區(qū)修建建筑物, 應(yīng)首先考慮選用非濕陷性黃土地基, 它較經(jīng)濟(jì)可靠, 如確定基礎(chǔ)位于濕陷性黃土上, 則應(yīng)盡量利用非自重濕陷性黃土地基, 因?yàn)檫@種地基的處理與自重濕陷性黃土地基相比, 要求較低。3、 濕陷性黃土地基及黃土工程1. 濕陷性黃土地基處理方法濕陷性黃土

11、的干密度小，含水量較低，屬于欠壓密的非飽和土，其可壓（或夯）實(shí)和可擠密的效果好，采取地基處理措施應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)和工程要求，確定地基處理的厚度及平面尺寸。地基通過(guò)處理可改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，使擬處理層的干密度增大、滲透性減小、壓縮性降低、承載力提高、濕陷性消除。1) 墊層法該方法適用于地下水位以上、局部或整片處理，可處理的濕陷性黃土層的厚度為13m。施工時(shí)應(yīng)先將基底下擬處理的濕陷性黃土挖出，并利用基坑內(nèi)的黃土或就地挖出的其他黏性土作填料，灰土應(yīng)過(guò)篩和拌合均勻，然后根據(jù)所選用的夯實(shí)設(shè)備，在最優(yōu)或接近最優(yōu)含水量下分層回填、夯實(shí)至設(shè)計(jì)表高。它消除了墊層范圍內(nèi)的濕陷性，減輕或避免了地基因附加壓力

12、產(chǎn)生的濕陷，可以使地基的自重濕陷表現(xiàn)不出來(lái)。這種方法施工簡(jiǎn)易，效果顯著，是一種常用的地基淺層處理或部分濕陷性處理方法。2) 強(qiáng)夯法該方法適用于地下水位以上，飽和度小于等于60% 的濕陷性黃土，局部或整片處理，可處理的濕陷性黃土層的厚度為312m。強(qiáng)夯法亦稱動(dòng)力固結(jié)法，通過(guò)重錘的自由落下，對(duì)土體進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，以提高其強(qiáng)度，降低其壓縮性，該法設(shè)備簡(jiǎn)單，原理直觀，適用廣泛， 特別是對(duì)非飽和土加固效果顯著。這種方法加固地基速度快，效果好，投資省，是當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的地基加固方法之一。3) 擠密法該方法適用于地下水位以上且飽和度小于等于65%的濕陷性黃土, 可處理的濕陷性黃土層厚度為515m。擠密法是指用

13、沉管、沖擊、夯擴(kuò)、爆破等方法成孔, 然后用填料, 如素土、灰土必要時(shí)用水泥分層回填夯實(shí)的一種地基處理方法。這種方法施工簡(jiǎn)便, 是一種效果好較經(jīng)濟(jì)的方法。4) 孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（DDC）法該法適用于處理雜填土、軟弱土、濕陷性黃土和可液化土地基。在對(duì)孔內(nèi)填料強(qiáng)夯的過(guò)程中，迫使孔內(nèi)填料側(cè)向擠出，使樁周一定范圍內(nèi)的土體受到擠壓、擾動(dòng)和重塑，同時(shí)，強(qiáng)夯產(chǎn)生的巨大的夯擊能量產(chǎn)生的波和動(dòng)應(yīng)力反復(fù)作用，迫使土骨架產(chǎn)生塑性變形，從而提高土的密實(shí)度和抗剪強(qiáng)度，改善土的變形特性，所形成的復(fù)合地基在消除濕陷性的同時(shí)，也大幅提高了地基的承載力。較之土或灰土擠密樁，該法處理后的復(fù)合地基承載力更高且均勻，處理深度更深，效果也更

14、為理想。以西安市南郊少陵塬某擬建場(chǎng)地為例。地層主要由雜填土(Q4ml) 、黃土(Q3eol) 、黃土(Q3eol)、古土壤(Q3el)、黃土(Q2eol)、古土壤(Q2el) 、黃土(Q2eol) 、古土壤(Q2el) 、黃土(Q2eol) 、古土壤(Q2el)等組成，其中、具有中等濕陷性，濕陷土層深度約18m。為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為III級(jí)（嚴(yán)重）濕陷性黃土地基。擬建建筑為地上24 層，地下3 層，力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深9.000m。該建筑物屬于自重濕陷性黃土場(chǎng)地上的甲類(lèi)建筑。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范(GB50025-2004)，甲類(lèi)建筑應(yīng)消除地基的全部濕陷量或

15、采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層，或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷性黃土層上，必須針對(duì)濕陷性進(jìn)行地基處理。本工程采用DDC法。經(jīng)試樁實(shí)驗(yàn)，在樁距為950mm時(shí)，滿足設(shè)計(jì)要求。為檢測(cè)灰土擠密樁（DDC 法）處理后復(fù)合地基的處理效果，擠密樁施工后進(jìn)行了單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，樁身灰土密度試驗(yàn)和樁間土一般常規(guī)試驗(yàn)及濕陷性試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果表明：地基土的承載力由處理前的170kPa提高到340 kPa（復(fù)合地理），樁間土的干容重明顯增大，孔隙比明顯減小，壓縮系數(shù)明顯降低，壓縮模量顯著提高，地基處理效果良好。2. 黃土滑坡工程黃土滑坡是黃土地區(qū)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害之一。大多數(shù)黃土滑坡是多種內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果，具有相當(dāng)長(zhǎng)的形

16、成過(guò)程，加之地震或暴雨誘發(fā)形成滑坡。因此，治理黃土滑坡相當(dāng)重要。以新寨村濕陷性黃土滑坡位于陜西省子長(zhǎng)縣余家坪鄉(xiāng)新寨村南側(cè)為例，該滑坡西側(cè)主滑方向?yàn)?14°，東側(cè)主滑方向?yàn)?54°，整體上呈后緣緩，前緣陡，中部較緩，滑體前緣直達(dá)秀延河溝底，為一中型濕陷性黃土質(zhì)滑坡，由于該滑坡具有下滑趨勢(shì)，將對(duì)其滑體前緣方向的西氣東輸管道工程造成巨大影響和危害，威脅管道輸氣的安全，所以有必要對(duì)其進(jìn)行治理。根據(jù)該滑坡的實(shí)際情況，考慮滑坡土質(zhì)為濕陷性黃土，根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)，為保障輸氣管道的安全，采取了如下治理方案:1) 西側(cè)滑坡體前緣臨空面上發(fā)育有一條沖溝，在該沖溝上設(shè)置過(guò)水管涵，在過(guò)水涵上部

17、采用原土夯實(shí)回填，以減小西側(cè)滑坡體上的臨空面，從而增強(qiáng)滑坡的穩(wěn)定性。2) 在過(guò)水管涵前緣設(shè)置排水溝，與管涵連接，把水引入秀延河。3) 在滑坡體前緣設(shè)置重力式抗滑擋土墻，并設(shè)置護(hù)岸，防止秀延河水對(duì)滑坡體前緣側(cè)岸的沖刷和淘蝕。4) 針對(duì)滑坡體上的裂縫、落水洞，采取回填并夯實(shí)的方式進(jìn)行處理，以減少降水進(jìn)入滑坡體，增強(qiáng)滑帶的抗剪能力。治理效果描述：拉張裂縫及落水洞的夯實(shí)，有效地減少了地表水大量滲入滑體內(nèi)，緩解了滑體的惡化。截排水系統(tǒng)和排水溝的設(shè)置，減少了地表水對(duì)濕陷性黃土的危害，提高了濕陷性黃土的強(qiáng)度。設(shè)置重力式抗滑擋土墻后，滑坡體的變形得到明顯的控制，抗滑擋土墻和巖體的相互協(xié)調(diào)作用明顯增加。3. 濕

18、陷性黃土場(chǎng)地的樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)的使用在黃土地區(qū)很普遍，根據(jù)工程要求、場(chǎng)地濕陷類(lèi)型、濕陷性黃土層厚度、樁端持力層的土質(zhì)情況等因素可選用不同的樁基礎(chǔ)，如鉆挖孔灌注樁、擠土成孔灌注樁、靜壓或打入的預(yù)制鋼筋混凝土樁等。對(duì)于地處強(qiáng)地震區(qū)及地震多發(fā)區(qū)又是強(qiáng)烈濕陷性黃土區(qū)的地區(qū), 如甘肅省，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范既要考慮抗震設(shè)計(jì)，又要考慮防濕陷設(shè)計(jì)。這時(shí)需把樁周土濕陷產(chǎn)生的負(fù)摩阻力與地震作用產(chǎn)生的樁頂軸力都一律按外荷載對(duì)待。濕陷與地震在一定條件下可能遇合，依建筑物地基浸水可能性與建筑物重要性確定遇合可能，且控制在小范圍內(nèi)較合理。濕陷性黃土兼地震區(qū)建筑樁基豎向承載力計(jì)算應(yīng)考慮兩類(lèi)組合4 種情

19、況，即無(wú)濕陷、無(wú)地震與有濕陷、有地震(荷載效應(yīng)基本組合)；無(wú)濕陷、有地震與有濕陷、有地震(地震作用效應(yīng)組合)。大厚度自重濕陷性黃土上的預(yù)制樁，由第2 組合(無(wú)地震、有濕陷)中的濕陷所控制，說(shuō)明自重濕陷性黃土區(qū)負(fù)摩阻力影響不可忽視。4. 濕陷性黃土的震害防治考慮到地震區(qū)的建筑抗震設(shè)計(jì)，需要有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)措施；濕陷性黃土地基上的建筑也需要柑應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施。當(dāng)?shù)鼗l(fā)生濕陷時(shí)，則可利用建筑的空間剛度，使上部結(jié)構(gòu)和地基產(chǎn)生共同作用，而對(duì)地基壓力重新分配調(diào)整, 以減少不均勻沉降，從而減輕或避免建筑的損壞。加強(qiáng)建筑空間剛度的主要措施有：空置房屋的長(zhǎng)高比（2.5-3.5左右），合理設(shè)置橫墻（考慮側(cè)向剛度），承

20、重墻盡量對(duì)齊貫通，窗間墻留有足夠?qū)挾鹊取?. 特殊工程中的濕陷性黃土地基處理對(duì)于濕陷性黃土的老采空區(qū)這一特殊條件下的地基，在建筑設(shè)計(jì)時(shí), 要充分考慮老采空區(qū)可能產(chǎn)生的殘余沉陷變形, 以及濕陷性黃土等特殊土地基對(duì)建筑物的不均勻沉降影響, 要采取適當(dāng)?shù)目棺冃未胧? 以保證建筑物的安全。機(jī)場(chǎng)工程飛行區(qū)地基與建筑及公路地基有相似之處，但仍有其自身獨(dú)有的特點(diǎn)（橫斷面寬度大；可能的填方高度大，如地基濕陷等級(jí)在級(jí)的山西呂梁機(jī)場(chǎng)其最大填方高度達(dá)82.6米），地基實(shí)際受力與建筑地基有很大不同，若仍按一般方法判定濕陷性，可能會(huì)夸大或低估黃土地基的濕陷性，或由于地基處理方法的不當(dāng)而引起工程事故。因此，有必要針對(duì)機(jī)場(chǎng)工程的典型特征而