濕陷性黃土及工程性質及相關研究進展

1、.濕陷性黃土的工程性質及相關研究進展姓 名：陳 俊 捷班 級：土木1212班 學 號： 110420216 *;摘要：本文根據(jù)黃土的微結構、物理化學性質及一般力學性質等基本性質對濕陷性黃土的工程性質進行研究，探尋濕陷性黃土在各類工程中的處理方法。關鍵詞：黃土，濕陷性，性質，評價，工程目錄摘要：1一、 黃土的基本性質21. 黃土的微結構特征22. 黃土的物理化學性質23. 黃土的一般力學性質34. 非飽和黃土力學與黃土的結構性3二、 黃土的濕陷性及其評價31. 黃土的濕陷機理和評價指標32. 黃土的濕陷性評價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.

2、 濕陷性黃土場地的樁基礎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7參考文獻:7在工程地質和土質學中，黃土是一種特殊性土，具體表現(xiàn)在，從顆粒級配上看，黃土屬于粉土或粉質黏土；但從土的力學與工程性質上看，黃土又區(qū)別于一般的粉土或粉質黏土，如非飽和黃土較強的結構性、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及工程意義和地位，對黃土地區(qū)的工程建設有重要影響。1、 黃土的基本性質黃土的性質包括其物理性質、力學性質及工程性質。后二者受前者及黃土的微結構特征的影響。認識到其性質的多因素影響特點，對于解決黃土地區(qū)的實際工程問題有重要意義。1. 黃土的微結構特征

3、黃土的微結構特征是指構成土體的固體顆粒（包括成土過程中比較穩(wěn)定的大于0.005mm的骨架顆粒及在成土過程中易于變化，可再分配的小于0.005mm的黏粒物質）和與其有關的孔隙特征，以及它們在空間上的排列形式。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“粗粉砂顆粒”為主。此外，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固的部分，在土體受外力影響時起支撐作用，黃土的濕陷和壓縮變形往往是通過其連接點的斷裂或錯動造成的。因此，骨架顆粒的接觸關系（即排列方式）和連接的牢固性直接影響到整個體系的穩(wěn)定性。黃土富含孔隙，孔隙率一般為42%-55%，孔隙比一般

4、為0.8-1.2。黃土孔隙與顆粒大小、相互組合排列方式、生成氣候條件、壓實作用及風化成土作用等因素有關。黃土中的主要膠結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結連接形態(tài)。根據(jù)賦存形態(tài)，黃土的膠結物質分為薄膜狀、填隙狀和聚集狀三種。2. 黃土的物理化學性質黃土的物理性質與濕陷性有很大關系，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性質，其含量在各地地層剖面中變化非常顯著

5、，變化幅度在5%-33%之間。我國黃土的粒度分布有如下特點：在我國黃土的主要分布區(qū)內，西黏粒少、中黏粒增多、東則黏粒下降或持平。在六盤山和呂梁山之間的南北帶內，黃土粒度中北部沙粒多，自北往南沙粒含量減少，黏粒相應增多。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，無論是自西向東或自北向南，黃土的液限變化顯著，當液限小于30%時，濕陷性一般較強烈。一般情況下，干重度小，孔隙比大時，濕陷性強。在黃土形成過程中，干重度超過某一數(shù)值時，黃土就由濕陷性轉變?yōu)榉菨裣菪?，且?/p>

6、陷性黃土的干重度在1.14-1.69g/cm3之間變化。另外，對于全新世或晚更新世黃土，孔隙比在0.85-1.24時常具有濕陷性，大多為1.0-1.1。濕陷性黃土的天然含水量在3.3%-25.3%變化，其大小與場地的地下水位深度和年降雨量有關，含水量越低，則濕陷性越強烈。就同一土層而言，它在我國黃土的主要分布區(qū)的西部和北部較低，往東和往南逐漸增高。3. 黃土的一般力學性質黃土的一般力學性質包括壓縮性、強度特性、應力應變關系和動力特性。黃土的強度主要取決于含水量和密實程度，含水量越低，密實程度越高，則強度越大。相關研究表明，相同基質吸力條件下，原狀黃土的總應力強度指標均大于重塑黃土；且隨著基質吸

7、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力強度指標隨構度指標的變化具有基本一致的變化規(guī)律。黃土的應力應變關系通常通過常規(guī)三軸剪切試驗取得，一般表現(xiàn)為硬化型和軟化型。相關試驗得出，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圍壓和含水量影響，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，由軟化型轉化為硬化型。還有學者通過對重塑非飽和黃土應力應變曲線的對比，提出了非飽和黃土的結構應力分擔比概念。黃土動力特性的核心內容是土的動強度、動變形及反映動應力-動應變的動本構關系。在小動荷作用下以應力應變關系（或動模量與阻尼比）為主；在大動荷作用下，黃土

8、的振陷成為較突出的問題，干燥黃土在強大動應力作用下會出現(xiàn)剪切液化現(xiàn)象。4. 非飽和黃土力學與黃土的結構性在非飽和土中，結構性和非飽和性常常共同影響著土的力學性質。當代的非飽和土力學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力特性、滲透特性、強度特性、變形特性和固結特性。黃土的結構性是描述土物理本質中比粒度、密度、濕度更為重要的一個側面, 它是指黃土的骨架顆粒成分、形態(tài)、排列方式、孔隙特征、膠結物種類以及膠結程度等對黃土的工程性質的影響。2、 黃土的濕陷性及其評價1. 黃土的濕陷機理和評價指標黃土濕陷性的發(fā)生有其內在因素和外在因素兩個方面。內因主要是由于土本身的物質成分（指

9、顆粒組成、礦物成分和化學成分）、結構及含水量，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有濕陷系數(shù)s、自重濕陷系數(shù)zs和濕陷起始壓力psh。研究表明，濕陷系數(shù)與其累計主成分呈正比關系，因此，可以根據(jù)黃土微觀結構的主成分預測黃土的濕陷性。按室內浸水（飽和）壓縮試驗在一定壓力下測定的濕陷系數(shù)進行判定：當濕陷系數(shù)s值小于0.015時，應定為非濕陷性黃土；當濕陷系數(shù)s值等于或大于0.015時，應定為濕陷性黃土。2. 黃土的濕陷性評價黃土濕陷性評價包括場地和地基兩個方面。濕陷性黃土場地的濕陷類型(即區(qū)別自重濕陷性黃土場地或非自重濕陷性黃土場地)的評價按自重濕陷量的實測值zs

10、或計算值zs確定：當zs或zs小于或等于70mm時，應定為非自重濕陷性黃土場地；當zs或zs大于70mm時，應定為自重濕陷性黃土場地；若兩者矛盾，則按實測值判定。s/mm濕陷類型非自重濕陷性場地自重濕陷性場地備注zs7070zs350zs350*，當濕陷量的計算值s600mm，自重濕陷量的計算值zs300mm時，可判為級，其他情況可判為級s300(輕微)（中等）-300s700（中等）*（中等）或（嚴重）（嚴重）s700（中等）（嚴重）（很嚴重）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，濕陷等級用以表示地基的濕陷程度。濕陷性黃土場地的濕陷等級可按下表判定。表2-1 濕陷性黃土地基的

11、濕陷等級在黃土地區(qū)修建建筑物, 應首先考慮選用非濕陷性黃土地基, 它較經(jīng)濟可靠, 如確定基礎位于濕陷性黃土上, 則應盡量利用非自重濕陷性黃土地基, 因為這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）實和可擠密的效果好，采取地基處理措施應根據(jù)濕陷性黃土的特點和工程要求，確定地基處理的厚度及平面尺寸。地基通過處理可改善土的物理力學性質，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

12、的濕陷性黃土層的厚度為13m。施工時應先將基底下擬處理的濕陷性黃土挖出，并利用基坑內的黃土或就地挖出的其他黏性土作填料，灰土應過篩和拌合均勻，然后根據(jù)所選用的夯實設備，在最優(yōu)或接近最優(yōu)含水量下分層回填、夯實至設計表高。它消除了墊層范圍內的濕陷性，減輕或避免了地基因附加壓力產(chǎn)生的濕陷，可以使地基的自重濕陷表現(xiàn)不出來。這種方法施工簡易，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。強夯法亦稱動力固結法，通過重錘的自由落下，對土體進行強力夯實，以提高其強度，降低其

13、壓縮性，該法設備簡單，原理直觀，適用廣泛， 特別是對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，是當前最經(jīng)濟簡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。擠密法是指用沉管、沖擊、夯擴、爆破等方法成孔, 然后用填料, 如素土、灰土必要時用水泥分層回填夯實的一種地基處理方法。這種方法施工簡便, 是一種效果好較經(jīng)濟的方法。4) 孔內深層強夯（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。在對孔內填料強夯的過程中，迫使孔內填料側向擠出，使樁周一定范圍內的土體受到擠壓、擾動和重塑

14、，同時，強夯產(chǎn)生的巨大的夯擊能量產(chǎn)生的波和動應力反復作用，迫使土骨架產(chǎn)生塑性變形，從而提高土的密實度和抗剪強度，改善土的變形特性，所形成的復合地基在消除濕陷性的同時，也大幅提高了地基的承載力。較之土或灰土擠密樁，該法處理后的復合地基承載力更高且均勻，處理深度更深，效果也更為理想。以西安市南郊少陵塬某擬建場地為例。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

15、土場地，地基濕陷等級為III級（嚴重）濕陷性黃土地基。擬建建筑為地上24 層，地下3 層，力墻結構，筏板基礎，基礎埋深9.000m。該建筑物屬于自重濕陷性黃土場地上的甲類建筑。依據(jù)國家標準濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范(GB50025-2004)，甲類建筑應消除地基的全部濕陷量或采用樁基礎穿透全部濕陷性黃土層，或將基礎設置在非濕陷性黃土層上，必須針對濕陷性進行地基處理。本工程采用DDC法。經(jīng)試樁實驗，在樁距為950mm時，滿足設計要求。為檢測灰土擠密樁（DDC 法）處理后復合地基的處理效果，擠密樁施工后進行了單樁復合地基靜載荷試驗，樁身灰土密度試驗和樁間土一般常規(guī)試驗及濕陷性試驗。檢測結果表明：地基土

16、的承載力由處理前的170kPa提高到340 kPa（復合地理），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)常見的地質災害之一。大多數(shù)黃土滑坡是多種內外因素綜合作用的結果，具有相當長的形成過程，加之地震或暴雨誘發(fā)形成滑坡。因此，治理黃土滑坡相當重要。以新寨村濕陷性黃土滑坡位于陜西省子長縣余家坪鄉(xiāng)新寨村南側為例，該滑坡西側主滑方向為314°，東側主滑方向為354°，整體上呈后緣緩，前緣陡，中部較緩，滑體前緣直達秀延河溝底，為一中型濕陷性黃土質滑坡，由于該滑坡具有下滑趨勢，將對其滑體前緣方向的

17、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，所以有必要對其進行治理。根據(jù)該滑坡的實際情況，考慮滑坡土質為濕陷性黃土，根據(jù)濕陷性黃土的特點，為保障輸氣管道的安全，采取了如下治理方案:1) 西側滑坡體前緣臨空面上發(fā)育有一條沖溝，在該沖溝上設置過水管涵，在過水涵上部采用原土夯實回填，以減小西側滑坡體上的臨空面，從而增強滑坡的穩(wěn)定性。2) 在過水管涵前緣設置排水溝，與管涵連接，把水引入秀延河。3) 在滑坡體前緣設置重力式抗滑擋土墻，并設置護岸，防止秀延河水對滑坡體前緣側岸的沖刷和淘蝕。4) 針對滑坡體上的裂縫、落水洞，采取回填并夯實的方式進行處理，以減少降水進入滑坡體，增強滑帶的抗剪能力。

18、治理效果描述：拉張裂縫及落水洞的夯實，有效地減少了地表水大量滲入滑體內，緩解了滑體的惡化。截排水系統(tǒng)和排水溝的設置，減少了地表水對濕陷性黃土的危害，提高了濕陷性黃土的強度。設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)調作用明顯增加。3. 濕陷性黃土場地的樁基礎樁基礎的使用在黃土地區(qū)很普遍，根據(jù)工程要求、場地濕陷類型、濕陷性黃土層厚度、樁端持力層的土質情況等因素可選用不同的樁基礎，如鉆挖孔灌注樁、擠土成孔灌注樁、靜壓或打入的預制鋼筋混凝土樁等。對于地處強地震區(qū)及地震多發(fā)區(qū)又是強烈濕陷性黃土區(qū)的地區(qū), 如甘肅省，根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范和濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范既要考慮抗

19、震設計，又要考慮防濕陷設計。這時需把樁周土濕陷產(chǎn)生的負摩阻力與地震作用產(chǎn)生的樁頂軸力都一律按外荷載對待。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，且控制在小范圍內較合理。濕陷性黃土兼地震區(qū)建筑樁基豎向承載力計算應考慮兩類組合4 種情況，即無濕陷、無地震與有濕陷、有地震(荷載效應基本組合)；無濕陷、有地震與有濕陷、有地震(地震作用效應組合)。大厚度自重濕陷性黃土上的預制樁，由第2 組合(無地震、有濕陷)中的濕陷所控制，說明自重濕陷性黃土區(qū)負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)的建筑抗震設計，需要有較強的結構措施；濕陷性黃土地基上的建筑

20、也需要柑應的結構設計措施。當?shù)鼗l(fā)生濕陷時，則可利用建筑的空間剛度，使上部結構和地基產(chǎn)生共同作用，而對地基壓力重新分配調整, 以減少不均勻沉降，從而減輕或避免建筑的損壞。加強建筑空間剛度的主要措施有：空置房屋的長高比（2.5-3.5左右），合理設置橫墻（考慮側向剛度），承重墻盡量對齊貫通，窗間墻留有足夠寬度等。5. 特殊工程中的濕陷性黃土地基處理對于濕陷性黃土的老采空區(qū)這一特殊條件下的地基，在建筑設計時, 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建筑物的不均勻沉降影響, 要采取適當?shù)目棺冃未胧? 以保證建筑物的安全。機場工程飛行區(qū)地基與建筑及公路地基有相似之處，但仍有其自身獨有的特點（橫斷面寬度大；可能的填方高度大，如地基濕陷等級在級的山西呂梁機場其最大填方高度達82.6米），地基實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而引起工程事故。因此，有必