巖土工程中常見的問題土

1、巖土工程中常見的問題土 濕陷性黃土地基 一、黃土的特征和分布 黃土是一種第四紀(jì)沉積物，具有一系列內(nèi)部物質(zhì)成分和外部特征，不同于同時(shí)期的其它沉積物。 黃土具有以下所有特征： 1.色彩以黃色、褐黃色為主，有時(shí)呈灰黃色； 2.顆粒組成以粉粒(0.05-0.005mm)為主，含量一般在60%以上，幾乎沒有粒徑大于0.25mm的顆粒； 3.孔隙比較大，一般在1.0左右； 4.富含碳酸鈣鹽類； 5.垂直節(jié)理發(fā)育； 6.一般有肉眼可見的大孔隙。 當(dāng)缺少其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)特征的稱黃土狀土。 黃土的分類 黃土按成因分為原生（或典型）黃土和次生黃土。一般認(rèn)為不具層理的風(fēng)成黃土為原生黃土。原生黃土經(jīng)過流水沖刷、搬運(yùn)重新

2、沉積而形成的具有層理含較多砂粒以至細(xì)粒的黃土稱次生黃土 黃土的分布 黃土分布很廣，面積達(dá)1300萬平方公里，約占陸地總面積的9.3%。世界各大洲黃土掩蓋面積占總面積的比例為：歐洲7%，北美5%，南美10%，亞洲3%，此外，在澳大利亞、北非也有零星分布。 我國黃土分布面積635280平方公里，占世界黃土分布總面積的4.9%左右，主要分布在北緯33-47度，以34-45度之間最為發(fā)育，屬于干旱、半干旱氣候類型。 我國濕陷性黃土分布面積約占我國黃土分布總面積的60%左右，為27萬平方公里，大部分在黃土中游地區(qū)，北起長城附近，南達(dá)秦嶺，西自烏鞘嶺，東至太行山，即北緯34-41度，東經(jīng)102-114度之

3、間。 濕陷性黃土一般都掩蓋在下臥的非濕陷性黃土層上，厚度以六盤山以西地區(qū)較大，達(dá)30米，六盤山以東地區(qū)稍薄，如汾渭河谷多為幾米至十幾米，再向東至河南西部則更少，并且有非濕陷性黃土位于濕陷性黃土層之間。 二、黃土濕陷發(fā)生的緣由和影響因素 對黃土濕陷的緣由和機(jī)理的各種不同論點(diǎn)，可以歸納為內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)因主要是因?yàn)橥帘旧淼奈镔|(zhì)成分（顆粒組成、礦物成分和化學(xué)成分）和其結(jié)構(gòu)，外因則是水和壓力的作用。 1. 毛管假說 Terzaghi指出當(dāng)濕潤砂土內(nèi)的不繼續(xù)水分積聚在顆粒接觸點(diǎn)時(shí)，相鄰顆粒孔隙中水和空氣交界處的表面張力，使土粒拉在一起。水浸入土中后，表面張力出現(xiàn)，于是砂土潰散。有的學(xué)者曾用這種觀點(diǎn)

4、來解釋黃土的濕陷，以后遭到反駁。J.G.Dudley認(rèn)為毛細(xì)壓力是黃土中形成細(xì)粉粒粘結(jié)和絮凝粘粒粘結(jié)的重要因素。黃土中的毛細(xì)作用是存在的，但將其作為濕陷的主要緣由值得商榷。常寶琦曾用風(fēng)干的擾動土樣制成試件，雖然破壞了毛細(xì)管通道，消退了彎液面作用，仍舊有很大的的濕陷性。 2. 溶鹽假說 黃土中存在大量的可溶鹽。當(dāng)黃土的含水量較少時(shí)，易溶鹽處于微晶體狀態(tài)，附著在顆粒表面，起著一定的膠結(jié)作用。這種膠結(jié)作用是黃土加固內(nèi)聚力的一部分，受水浸濕后，易溶鹽溶解，這部分強(qiáng)度就喪失了，因而產(chǎn)生濕陷。 我國濕陷性黃土中的易溶鹽含量都較少，不是組成加固內(nèi)聚力的主要部分，難溶鹽含量雖高，但其溶解很緩慢，因此，較多的觀

5、點(diǎn)認(rèn)為易溶鹽的溶解不是產(chǎn)生濕陷的主要緣由。 3. 膠體不足說 認(rèn)為黃土的濕陷性是含有小于0.05mm顆粒含量小于10%的土所固有的性質(zhì)，這種土缺少膠體部分；倘若有顯著數(shù)量的膠體，則膨脹可防止?jié)裣莸陌l(fā)生。朱海之認(rèn)為當(dāng)粘粒含量大于15-20%時(shí)黃土不具有濕陷性，但發(fā)覺蘭州西盆地北岸二級階地上的黃土粘粒含量大于30%，卻濕陷性劇烈。 4. 水膜楔入說 低含水量黃土在細(xì)顆粒（主要是粘粒）表面上包裹著的結(jié)合水膜一般很薄，溶解在其中的陰、陽離子的靜電引力較強(qiáng)，將表面帶負(fù)電荷的粘粒銜接起來，形成一定的分散強(qiáng)度。當(dāng)水進(jìn)入土中時(shí)，結(jié)合水膜變厚，象楔子一樣將結(jié)實(shí)銜接的顆粒分開，使土粒表面產(chǎn)生膨脹，體積增大，引力削

6、弱，分散強(qiáng)度降低，因而產(chǎn)生濕陷。水膜楔入說能較好地解釋黃土在水一進(jìn)入就會立刻發(fā)生濕陷這一現(xiàn)象；但是，還不足以解釋各種復(fù)雜的濕陷現(xiàn)象的（如濕陷性的強(qiáng)弱、自重濕陷與非自重濕陷等）產(chǎn)生。 5. 欠壓密理論 黃土是在干旱或半干旱氣候條件下形成的。風(fēng)成黃土在沉積過程中，表面受大氣降水的影響。在干燥少雨的條件下，大氣降水浸濕帶的厚度常少于蒸發(fā)影響帶的厚度，a-a線以上土層在降水期，土中含水量較高，處于最優(yōu)壓密條件，但因?yàn)橥翆颖?，自重壓力小，未能得到有效壓密。隨黃土連續(xù)積累，a-a線提高，在新的a-a線與b-b線之間的土層，大氣降水影響不到，但蒸發(fā)過程連續(xù)舉行。因?yàn)樗窒鳒p，鹽類析出，膠體凝固產(chǎn)生了加固內(nèi)聚

7、力。 三、濕陷性黃土地基的處理 濕陷性黃土地基處理的方法許多，在不同的地區(qū)，按照不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，地基處理應(yīng)選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舉行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別后，通過經(jīng)濟(jì)分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等諸多方面的因素。最后抉擇一個(gè)最合適的地基處理方法，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確保滿意處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。 膨脹土地基 膨脹土也是一種很重要的地區(qū)性特別土類，根據(jù)我國膨脹土地區(qū)建造技術(shù)規(guī)范（GBJ112-87）（以下簡稱膨脹土規(guī)范）中的定義，膨脹土應(yīng)是土中粘粒成分主要由親

8、水性礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的粘性土。眾所周知，一般粘性土也都有膨脹、收縮特性，但其量不大，對工程沒有太大的實(shí)際意義；而膨脹土的膨脹收縮再膨脹的周期性變形特性十分顯著，并常給工程帶來危害，因而工程上將其從一般粘性土中區(qū)分出來，作為特別土對待。 膨脹土在我國分布范圍很廣，據(jù)現(xiàn)有的資料，廣西、云南、湖北、安徽、四川、河南、山東等20多個(gè)省、自治區(qū)、市均有膨脹土。國外也一樣，如美國，50個(gè)州中有膨脹土的占40個(gè)州，此外在印度、澳大利亞、南美洲、非洲和中東廣大地區(qū)，也都有不同程度的分布。目前膨脹土的工程問題，已成為世界性的研究課題。 一、膨脹土的判別和膨脹土地基的脹縮等級

9、 a、影響膨脹土脹縮特性的主要因素 影響膨脹土脹縮性質(zhì)的內(nèi)在機(jī)制，主要是指礦物成分及微觀結(jié)構(gòu)兩方面。試驗(yàn)證實(shí)，膨脹土含大量的活性粘土礦物，如蒙脫石和伊利石，尤其是蒙脫石，在低含水量時(shí)對水有巨大的吸力，土中蒙脫石含量的多寡直接確定著土的脹縮性質(zhì)的大小。除了礦物成分因素外，這些礦物成分在空間上的聯(lián)結(jié)狀態(tài)也影響其脹縮性質(zhì)。經(jīng)對大量不同地點(diǎn)的膨脹土掃描電鏡分析得知，面面銜接的疊聚體是膨脹土的一種普遍的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)比團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有更大的吸水膨脹和失水吸縮的能力。 影響膨脹土脹縮性質(zhì)的最大外界因素是水對膨脹土的作用，或者更確切地說，水分的遷移是控制土脹、縮特性的關(guān)鍵外在因素。由于惟獨(dú)土中存在著可能產(chǎn)生

10、水分遷移的梯度和舉行水分遷移的途徑，才有可能引起土的膨脹或收縮。盡管某一種粘土具有潛在的較高的膨脹勢，但倘若它的含水量保持不變，則不會有體積變化發(fā)生；相反，含水量的輕微變化，哪怕只是1%-2%的量值，實(shí)踐證實(shí)就足以引起有害的膨脹。因此，推斷膨脹土的脹縮性指標(biāo)都是反映含水量變化時(shí)膨脹土的脹縮量及膨脹力大小的。 b、膨脹土的脹縮性指標(biāo) 1自由膨脹率def 將人工制備的磨細(xì)烘干土樣，經(jīng)無頸漏斗注入量杯，量其體積，然后倒入盛水的量筒中，經(jīng)充分吸水膨脹穩(wěn)定后，再測其體積。增強(qiáng)的體積與原體積的比值def稱為自由膨脹率。 2膨脹率dep與膨脹力Pe 膨脹率表示原狀土在側(cè)限壓縮儀中，在一定壓力下，浸水膨脹穩(wěn)定后，土樣增強(qiáng)的高度與原高度之比。 以各級壓力下的膨脹率dep為縱坐標(biāo)，壓力p為橫坐標(biāo)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成p-dep關(guān)系曲線，該曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)Pe稱為試樣的膨脹力，膨脹力表示原狀土樣，在體積不變時(shí)，因?yàn)榻蛎洰a(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力。膨脹力在抉擇基礎(chǔ)型式及基底壓力時(shí)，是個(gè)很實(shí)用的指標(biāo)。在設(shè)計(jì)上倘若肦望削減膨脹變形，應(yīng)使基底壓力臨近于膨脹力。 二、膨脹土的判別 按照我國十余年來的實(shí)踐閱歷，判別膨脹土的主要依據(jù)是工程地質(zhì)特征與自由膨脹率。因此膨脹土規(guī)范中規(guī)定，凡具有下列工程地質(zhì)特征的場地，且