工程地質(zhì)-濕陷性黃土的工程性質(zhì)（鳳山書(shū)屋）

1、網(wǎng)院輔導(dǎo)教師：邵強(qiáng)2009年9月23日濕陷性黃土的工程性質(zhì) 1凌云書(shū)屋濕陷性黃土的工程性質(zhì)濕陷性黃土的成因及主要特征 1濕陷性黃土的物理化學(xué)性質(zhì) 2濕陷性黃土的工程力學(xué)性質(zhì) 3濕陷性黃土地基的工程處治措施 42凌云書(shū)屋一、濕陷性黃土的成因及主要特征濕陷性黃土的定義 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。黃土具有以下全部特征：1.顏色以黃色、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(méi)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.

2、一般有肉眼可見(jiàn)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。黃土的分類黃土安成因分為原生（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(guò)流水沖刷、搬運(yùn)重新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。3凌云書(shū)屋一、濕陷性黃土的成因及主要特征次生黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比原生黃土低，濕陷性較高，地質(zhì)界常將原生黃土稱為黃土，次生黃土稱為黃土狀土。從工程建設(shè)角度看，主要是土的物理力學(xué)性質(zhì)，因此不區(qū)別黃土或黃土狀土，而通稱為黃土。黃土的成因1.風(fēng)成說(shuō)在當(dāng)時(shí)干旱的大陸性氣候作用下，高度風(fēng)化的黃土物質(zhì)受到強(qiáng)大的反旋風(fēng)作用，從中部呈離心狀吹向荒漠邊緣地區(qū)，當(dāng)遇到異向風(fēng)或降雨沉落

3、于地面，經(jīng)風(fēng)化作用形成黃土。一般認(rèn)為我國(guó)黃土材料是從中亞西亞搬運(yùn)來(lái)的。形成黃土的自然環(huán)境是干旱或搬干旱地荒漠草原。我國(guó)黃土的顆粒組成、礦物和化學(xué)成分都有自南向北逐漸變化的趨勢(shì)，黃土顆粒自東南向西北逐漸變粗，在同一區(qū)域內(nèi)，高山和低地都有黃土分布，而且黃土堆積常有坡向性，在迎風(fēng)面堆積量大，背風(fēng)面少。黃土地形于下伏基巖有密切關(guān)系，常隨古地形起伏而起伏，且與下伏基巖性質(zhì)無(wú)關(guān)，成分復(fù)雜，呈不整合或假整合接觸，在構(gòu)造上，黃土無(wú)層理，柱狀節(jié)理發(fā)育，這與具有層理的沖、洪積形成的黃土狀土有明顯差別。4凌云書(shū)屋一、濕陷性黃土的成因及主要特征2.水成說(shuō)認(rèn)為黃土是由沖積、洪積、湖積等的假說(shuō)。認(rèn)為黃土的整個(gè)堆積過(guò)程于整

4、個(gè)地形地貌的發(fā)展過(guò)程密切相關(guān)，早期隨盆地四周山坡降水下流而匯集于山間或三角洲處的黃土沖積物堆積成黃土高原，在一定盆地內(nèi)有一定的分布高度，稱為黃土線，黃土線就代表著過(guò)去河流淤積的最高地面，超過(guò)這一高度就沒(méi)有黃土分布。陜西高原黃土來(lái)自上游大小盆地，晚期在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下地層上升切割形成的河谷中，黃土沉積物堆積成階地性狀，在大陸性干旱氣候下，這些沉積物在風(fēng)化和成土作用下形成黃土。該學(xué)說(shuō)將原生黃土與次生黃土的沉積過(guò)程與地貌形成過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)，將黃土堆積物概括為兩大類：較古老的高原黃土，年青的階地黃土。3.多種成因說(shuō)認(rèn)為各地區(qū)黃土形成的地質(zhì)地理環(huán)境以及這些環(huán)境的演化歷史是不同的。利用地層、地貌、巖性、古地

5、理、地球化學(xué)、土的物質(zhì)成分等分析方法的假說(shuō)。5凌云書(shū)屋一、濕陷性黃土的成因及主要特征該假說(shuō)將物質(zhì)來(lái)源、堆積方式、黃土的形成以及演化看做是一個(gè)統(tǒng)一的過(guò)程。劃分成因類型的主要標(biāo)志是地質(zhì)因素。根據(jù)之一原則，將我國(guó)黃土劃分為十種類型：沖積、洪積、坡積、風(fēng)積、冰水沉積、湖積、洪積坡積、沖積洪積、殘積坡積、沖積坡積。河谷平原類型內(nèi)的黃土狀土的成因主要是沖積類型。另外，還有土壤殘積假說(shuō)。黃土成因雖有不用的假說(shuō)，但分歧主要是對(duì)分布于高原和高分水嶺上的黃土，而分布于河谷地帶的黃土則意見(jiàn)較為一致，都認(rèn)為是沖積類型，也間有洪積坡積類型。目前，我國(guó)大部分建筑工程多興建在河谷地帶的一、二級(jí)階地上或是靠山、近山的洪坡積地

6、帶，在高原上較少。6凌云書(shū)屋一、濕陷性黃土的成因及主要特征黃土的分布黃土分布很廣，面積達(dá)1300萬(wàn)平方公里，約占陸地總面積的9.3%。世界各大洲黃土覆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(guó)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(guó)濕陷性黃土分布面積約占我國(guó)黃土分布總面積的60%左右，為27萬(wàn)平方公里，大部分在黃土中游地區(qū)，北起長(zhǎng)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度之間。

7、濕陷性黃土一般都覆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。7凌云書(shū)屋一、濕陷性黃土的成因及主要特征8凌云書(shū)屋一、濕陷性黃土的成因及主要特征我國(guó)黃土地層的化分由于我國(guó)各地黃土堆積環(huán)境、地理、地質(zhì)和氣候條件不同，致使其在堆積厚度、土的物理、力學(xué)性質(zhì)等方面都有明顯的差別，如濕陷性具有自西向東，自北向南逐漸減弱的規(guī)律。地質(zhì)時(shí)代地層名稱說(shuō)明全新世4近期Q42新黃土新近堆積黃土一般有濕陷性、高壓縮性早期Q41一般濕陷性黃土有濕陷性晚更新世3馬蘭黃土中更新世2離石黃土老黃土

8、一般無(wú)濕陷性早更新世1午城黃土9凌云書(shū)屋二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)物理性質(zhì)1. 濕陷性黃土的物理性質(zhì)黃土是由固、液、氣三相組成的，其三相組成間重量和體積的比例關(guān)系，可以反映出一系列物理性質(zhì)，這些性質(zhì)常用以下一系列指標(biāo)表示：顆粒組成，土粒比重，含水量，重度，孔隙比，飽和度，液限，塑性指數(shù)。顆粒組成土的顆粒是指那些巖石、礦物和非晶體化合物的零散碎片或碎屑。顆粒本身可以是礦物的結(jié)晶構(gòu)造，也可以是非結(jié)晶構(gòu)造，如二氧化硅和氫氧化鐵。不同地質(zhì)時(shí)代的黃土，其顆粒組成不同，第四紀(jì)早期的黃土比晚期黃土中的粘粒含量高，而砂含量則低。濕陷性黃土以粉粒為主，含量達(dá)60%以上，其中細(xì)粉粒(0.05-0.01mm)占7-9

9、%，粗粉粒(0.01-0.005mm)占45-65%。我國(guó)由西北向東南方向，砂粒減少而粘粒增多，這與我國(guó)濕陷性黃土由西北向東南遞減的趨勢(shì)大體相關(guān)。10凌云書(shū)屋二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)物理性質(zhì)土粒比重和天然重度黃土的土粒比重一般為2.51-2.84，平原區(qū)為2.62-2.76，比重大小與土的顆粒組成有關(guān)，當(dāng)粗粉粒和砂粒含量較多時(shí)，比重常在2.69以下，粘粒含量多，則在2.72以上。黃土的顆粒組成與其液限、塑限有一定關(guān)系。濕陷性黃土天然重度一般在13.3-18.1kN/m3之間，它不僅取決于顆粒的大小和含量的多寡，還與土的含水量有關(guān)，一般工程常用干重度和孔隙比反映土的密實(shí)度。IpG172.73-2

10、.7411凌云書(shū)屋二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)物理性質(zhì)干重度和孔隙比干重度是衡量黃土密實(shí)度的一個(gè)重要指標(biāo)，與土的濕陷性有較明顯的關(guān)系，一般干重度小，濕陷性強(qiáng)，反之，則弱。其變化范圍在11.4-16.9 kN/m3之間。干重度除與本身密實(shí)度有關(guān)外，還與土中各種礦物成分的含量和含鹽量有關(guān)。一般而言當(dāng)干重度超過(guò)15 kN/m3以上，一般屬于非濕陷性黃土，但也有例外，如合陽(yáng)糖廠位于黃河一級(jí)階地，地基由14.5m新近堆積黃土組成，顆粒較粗，塑性指數(shù)3.3-8.6(5.2)干重度14.3-16.9 kN/m3(15.6 kN/m3)，仍具有強(qiáng)烈濕陷性。濕陷性黃土孔隙比在0.85-1.24之間，大多數(shù)在1.0-

11、1.1之間。一般以孔隙比0.8作為化分濕陷性和非濕陷性的界限。當(dāng)然，對(duì)于某些砂粒含量較多的次生黃土是例外，大多數(shù)情況下，土的孔隙比隨埋藏深度增加而降低，但也有例外。12凌云書(shū)屋二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)物理性質(zhì)含水量和飽和度濕陷性黃土的天然含水量在3.3-25.3%之間，其大小與場(chǎng)地地下水位埋深和年平均降雨量有關(guān)。大多數(shù)情況下，黃土的天然含水量都較低，在塬、梁、峁上的黃土地下水位較深，含水量在6-8%之間，低級(jí)階地上的黃土，含水量較高在11-21%之間。不同季節(jié)取樣含水量可相差2-5%之間。經(jīng)驗(yàn)表明，含水量在25%時(shí)就不具有濕陷性，而壓縮性則恰恰相反。 濕陷性黃土的飽和度在15-77%之間，多數(shù)

12、在40-50%，處于稍濕狀態(tài)，隨飽和度增加，濕陷性減弱，當(dāng)飽和度接近80%時(shí)，濕陷性基本消失。5. 稠度指標(biāo)稠度指標(biāo)包括液限、塑限、液性指數(shù)和塑性指數(shù)，他們反映了水對(duì)土的性狀的影響。濕陷性黃土的液限、塑限分別在20-35和14-21之間，I為3.3-17.5,大多在9-12左右，液性指數(shù)在零上下波動(dòng)，大多數(shù)濕陷性黃土處于堅(jiān)硬和硬塑狀態(tài)，承載力較高，壓縮性屬中等或偏低，少部分13凌云書(shū)屋二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)（新近堆積黃土）屬于可塑或軟塑狀態(tài)。當(dāng)夜限在30%以上時(shí)，失陷一般較強(qiáng)，國(guó)外有認(rèn)為液限是用擾動(dòng)土測(cè)定的，它并不能反映與原狀土強(qiáng)度的關(guān)系。由西向東，由北向南，含水量、重度逐漸增加，孔

13、隙比逐漸減小，液限塑性指數(shù)稍有增大，濕陷系數(shù)減小，濕陷性降低。 濕陷性黃土的化學(xué)性質(zhì)1.化學(xué)成分全量濕陷性黃土中的化學(xué)成分有：SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO K2O Na2O FeO MnO TiO SO3 P2O5等，其化學(xué)成分主要是二氧化硅、倍半氧化物、碳酸鹽類。二氧化硅存在于由粗顆粒到膠粒的各級(jí)粒組中，為主要成分，鈣、鎂呈固態(tài)、液態(tài)存在于黃土中，為重要膠結(jié)物，三氧化二鋁、三氧化二鐵以鎂、鋁膠體形式存在，一部分能被鹽酸溶解的二氧化硅以無(wú)定形硅酸鹽形式存在，都屬膠體物質(zhì)。14凌云書(shū)屋二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)水溶鹽水溶鹽根據(jù)其在20攝氏度水中的溶解度分為三類：易溶鹽：

14、氧化物，硫酸鎂，碳酸鈉中溶鹽：石膏難溶鹽：碳酸鈣水溶鹽與土的濕化、收縮、膨脹和透水性關(guān)系密切，并影響土的黏性合強(qiáng)度。易溶鹽：含量在0.003-1.74%之間，個(gè)別在4-8%，常見(jiàn)值為0.32%，含量不大，當(dāng)土中易溶鹽含量0.5%，對(duì)黃土的性狀影響甚微。易溶鹽含量由西向東，由北向南逐漸減少，因?yàn)榻涤炅看?，地下水，地表水活?dòng)強(qiáng)，一部分易溶鹽溶解并流失。中溶鹽：含量在0.01-1.44%之間，平均0.3%，含量不大，偶見(jiàn)3%的，研究表明，浸水壓縮試驗(yàn)前后土中石膏含量由0.24-0.67%，似乎對(duì)濕陷性有一定影響。當(dāng)石膏呈碎屑顆粒分布時(shí)，對(duì)土粒既無(wú)膠結(jié)作用，受水浸濕時(shí)也不易溶解，對(duì)黃土的濕陷性也就沒(méi)有

15、什么影響了。15凌云書(shū)屋二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)難溶鹽：碳酸鈣占全部碳酸鹽的90%以上，碳酸鎂占10%以下。碳酸鈣含量在0.38-25.5之間，平均10%，呈多種形態(tài)存在，有碎塊狀，顆粒狀，膜殼狀，細(xì)晶狀，菌絲狀，結(jié)核狀等，一般碳酸鈣含量大時(shí)，土的強(qiáng)度也高。2. 黃土的酸堿特征黃土的酸堿特征以水土比為1:5的懸液PH值表示， PH值取決于粘粒所吸附的離子類型和黃土所含的可溶鹽成分。黃土的PH值在6.0-9.2之間，平均7.8，大多數(shù)在7.5以下，一般干旱地區(qū)PH值大，濕潤(rùn)地區(qū)PH值小。 PH值高的濕陷性強(qiáng)。3. 離子交換黏土礦物和有機(jī)質(zhì)是黃土中膠體顆粒的組成部分，膠體物質(zhì)都有離子交換的

16、特征，膠體表面吸附著一定量的陽(yáng)離子，由于膠粒表面電荷不平衡便引起交換現(xiàn)象。黃土中的陽(yáng)離子交換量隨礦物類型、含量和有機(jī)物含量不同而不同，交換量定義為介質(zhì)PH值等于7時(shí)，每100g土樣中所吸附陽(yáng)離子的當(dāng)量數(shù)。16凌云書(shū)屋二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)黃土的陽(yáng)離子交換量為8.1-27.61毫克當(dāng)量每100g土，主要礦物為伊利石。4. 有機(jī)質(zhì)黃土中有機(jī)質(zhì)含量在0.02-2%之間，平均0.64%，在各級(jí)粒組中的含量隨粒徑減小而增多。有機(jī)物持水性強(qiáng)，表面能大，常能于二價(jià)鈣離子結(jié)合而產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象，多凝聚在大孔壁上，也有分散于粘粒中，當(dāng)呈分散分布時(shí)，則成為土中的膠結(jié)成分，受水浸濕時(shí)會(huì)吸收大量水分而崩解。黃土

17、的燒失量在0.79-16.9%之間。17凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì) 濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)主要包括壓縮性，濕陷性，抗剪強(qiáng)度、透水性等。 1. 壓縮性 反映地基土在外荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形的大小。對(duì)濕陷性黃土地基而言，壓縮變形是指地基土在天然含水量條件下受外荷載作用時(shí)所產(chǎn)生的變形，它不包括地基土受水浸濕后的濕陷變形。一般在中更新世末期和晚更新世早期形成的濕陷性黃土多為中等偏低，少量為低壓縮性土；晚更新世末期和全新世黃土多為中等偏高，有的甚至為高壓縮性土，新近堆積黃土的壓縮性多數(shù)較高。2.抗剪強(qiáng)度黃土的抗剪強(qiáng)度除與土的顆粒組成、礦物成分、粘粒和可溶鹽等有關(guān)外，主要取

18、決于土的含水量和密實(shí)程度。含水量越低，密實(shí)程度越高，抗剪強(qiáng)度越大18凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)含水量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系：當(dāng)黃土的天然含水量低于塑限時(shí)，水分變化對(duì)強(qiáng)度影響最大，含水量由7.8%增加到18.2%時(shí)，內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力都降低1/4左右。當(dāng)天然含水量超過(guò)塑限時(shí)，抗剪強(qiáng)度降低幅度小，而在天然含水量超過(guò)飽和含水量時(shí)，抗剪強(qiáng)度變化不大。 干重度與抗剪強(qiáng)度關(guān)系土的含水量相同，則密實(shí)程度越大，抗剪強(qiáng)度越大。濕陷過(guò)程中與飽和后的抗剪強(qiáng)度比較試驗(yàn)結(jié)果表明：在浸水過(guò)程中土的抗剪強(qiáng)度比同種土在同樣壓力下處于飽和狀態(tài)時(shí)要低10%-15%。黃土在某一應(yīng)力狀態(tài)下受水浸濕后，濕陷處于發(fā)展過(guò)程中的強(qiáng)度最

19、低，地基在濕陷變形過(guò)程的穩(wěn)定性最小。19凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)壓實(shí)黃土的抗剪強(qiáng)度當(dāng)黃土作為筑壩材料，或天然黃土用重錘夯實(shí)、土墊層、土樁擠密處理后，常需要了解黃土在原狀結(jié)構(gòu)破壞后的強(qiáng)度。有關(guān)研究資料及試驗(yàn)表明，當(dāng)壓實(shí)黃土的干重度達(dá)到16kN/m3時(shí)，內(nèi)摩擦角可達(dá)23-26度，內(nèi)聚力為260-350kPa，當(dāng)干重度達(dá)到17kN/m3時(shí)，內(nèi)摩擦角可達(dá)29度，內(nèi)聚力為600kPa。黃土的各向異性對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響由于黃土存在垂直節(jié)理和大孔構(gòu)造，因而不同的剪切方向得出的抗剪強(qiáng)度有較大差異。試驗(yàn)表明，當(dāng)剪切面平行于大孔方向時(shí)，強(qiáng)度最低，天然含水量低的黃土受各向異性影響的程度比飽和黃土要大。

20、3.透水性透水性反映水在土中通過(guò)的速度，黃土的滲透系數(shù)變化較大，一般黃土豎向和水平方向的滲透系數(shù)分別為0.1610-5cm -0.310-5cm/s 和0.810-6-0.1 10-5cm/s之間。20凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)透水性隨時(shí)間的變化 黃土的滲透系數(shù)不是一個(gè)常數(shù)，它隨滲透溶液的性質(zhì)，水頭梯度，滲透時(shí)間等變化。水頭梯度越大，滲透系數(shù)越大。透水性與孔隙比和原始含水量的關(guān)系 滲透系數(shù)隨孔隙比的減少而降低，二者之間呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。原始含水量越大，滲透系數(shù)越小，當(dāng)原始含水量增加到某一數(shù)值時(shí)，滲透系數(shù)就不再降低。土的各向異性對(duì)滲透系數(shù)的影響 黃土豎向滲透系數(shù)總大于水平方向滲透系數(shù)

21、 ，二者之比在330之間變動(dòng)。當(dāng)浸水濕陷后，由于土體壓密，豎向滲透系數(shù)顯著降低，二者之差也將大大縮小。21凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)起始水力梯度問(wèn)題 黃土既屬于粘性土，是否與一般粘性土一樣，只有當(dāng)水力梯度超過(guò)某一數(shù)值后，才開(kāi)始在土中流動(dòng)。試驗(yàn)表明，黃土中不存在起始水力梯度文，當(dāng)水力梯度大于零時(shí)，水就開(kāi)始在土中滲透，這是由于土中存在角度大孔隙的緣故。因此，與砂土一樣，水在黃土中的滲透復(fù)合達(dá)西定律。4.濕陷性 在土的自重壓力或土的附加壓力與自重壓力共同作用下受水浸濕時(shí)將產(chǎn)生急劇而大量的附加下沉，這種現(xiàn)象稱為濕陷。它與一般土受水時(shí)表現(xiàn)的壓縮性稍有增加的現(xiàn)象不同。由于各個(gè)地區(qū)黃土形成時(shí)的

22、自然條件差異較大，因此，其濕陷性也有較大差別，某些濕陷性黃土受水浸濕后在土自重壓力作用下就產(chǎn)生濕陷，稱為自重濕陷性黃土，而另一些黃土受水浸濕后在自重壓力和附加壓力共同作用下才產(chǎn)生濕陷，稱為非自重濕陷。22凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)壓縮變形與濕陷變形 壓縮變形在荷載施加后立即產(chǎn)生，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸趨向穩(wěn)定。對(duì)于大多數(shù)濕陷性黃土地基來(lái)說(shuō)（飽和黃土和新進(jìn)堆積的黃土除外），壓縮變形在施工期間就能完成一大部分，在房屋竣工后三個(gè)月到半年即基本趨于穩(wěn)定，而且總變形量不大，多為25厘米。濕陷變形的特點(diǎn)是變形量大，常常超過(guò)正常壓縮變形的幾倍甚至幾十倍；發(fā)生快，受水浸濕約13小時(shí)就開(kāi)始濕陷就一般

23、濕陷事故來(lái)說(shuō)，往往12天內(nèi)就可能產(chǎn)生2030厘米的變形量，這種量大，速率快而又不均勻的變形往往使建筑物發(fā)生嚴(yán)重變形甚至破壞。濕陷的出現(xiàn)完全取決于受水浸濕的概率，有的建筑物在施工期間即產(chǎn)生 濕陷事故，而有的則在幾年甚至幾十年后才出現(xiàn)濕陷事故。23凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)濕陷變形的特征指標(biāo)濕陷系數(shù)：是單位厚度土樣在土自重壓力或自重壓力與附加壓力共同作用下受水浸濕后所產(chǎn)生的濕陷量，它通過(guò)室內(nèi)浸水試驗(yàn)確定，用 s表示。 我國(guó)規(guī)定： 當(dāng) s大于0.015時(shí)為濕陷性黃土，當(dāng)s小于0.015時(shí)為非濕陷性黃土。 根據(jù)濕陷系數(shù)的大小，可以大致判斷濕陷性黃土濕陷的強(qiáng)弱。 s0.03弱濕陷性0.03

24、s0.07中等濕陷性 s0.07強(qiáng)濕陷性24凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì) 為了正確反映濕陷性黃土地層的濕陷程度，并聯(lián)系結(jié)構(gòu)物和地基實(shí)際，合理地采用有效的防護(hù)措施，可用地基內(nèi)各土層的濕陷系數(shù)，求得地基的計(jì)算濕陷量s。ssihi式中：si地基內(nèi)第i層濕陷性黃土的濕陷系數(shù)；hi第i層濕陷性黃土的厚度(m)。濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)如表所示。 濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)地基的計(jì)算濕陷量(m)濕陷等級(jí) 0.05s0.15 0.15s0.35 s0.35 25凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)s只是濕陷性黃土地基的定性指標(biāo)，它并不代表地基的真實(shí)濕陷量。由于我國(guó)黃土上部土層的濕陷性比下部土層

25、大，而地基上部土層受水浸濕的可能性又較大，因此在上式中地基的計(jì)算濕陷土層厚度一般定為從基底算起至其下5m為止。由于被地下水浸泡的那部分黃土層一般不具有濕陷性，當(dāng)5m內(nèi)已見(jiàn)地下水，則算至平均年地下水位為至。在5m深度內(nèi)如有非濕陷性黃土層，則不將此層土的濕陷量累計(jì)在內(nèi)。濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)越高浸水后可能產(chǎn)生的濕陷量就越大，對(duì)結(jié)構(gòu)物的危害也越大，因此設(shè)計(jì)措施要求也越高。另外，我國(guó)建筑規(guī)范還規(guī)定當(dāng)基底下面土層包含有自重濕陷性黃土，可按下式判別是否屬自重濕陷性地基。zszsihi式中：zs地基的計(jì)算自重濕陷量(m)；si第i層土在上覆土的飽和自重壓力下，測(cè)得自重濕陷系數(shù)；hi第i層土的厚度(m)。

26、26凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)上式計(jì)算深度可自基礎(chǔ)底面算至基下10m為止。但其中zss0.015的土層不累計(jì)。根據(jù)大量的室內(nèi)外試驗(yàn)對(duì)比確定，當(dāng)zs0.07m時(shí)可定為非自重濕陷性黃土地基；zs0.11m時(shí)為自重濕陷性黃土地基；zs為0.070.11m時(shí)，可結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。在黃土地區(qū)修建結(jié)構(gòu)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。 27凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì) 濕陷起始?jí)毫Γ狐S土在受水浸濕后開(kāi)始產(chǎn)生濕陷時(shí)的相應(yīng)壓力，嚴(yán)格的說(shuō)，應(yīng)是濕陷系數(shù)

27、接近于零時(shí)的壓力。 （黃土本身具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，當(dāng)壓力較小時(shí)受水浸濕，由于它在顆粒接觸處所產(chǎn)生的剪應(yīng)力小于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，與一般粘性土一樣，只產(chǎn)生少量的壓縮變形。只有當(dāng)壓力增大到某一數(shù)值以至剪應(yīng)力大于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，下沉速度才突然加快，從而反映出濕陷的特點(diǎn)。當(dāng)濕陷性黃土實(shí)際所受的壓力等于或大于土的濕陷起始?jí)毫r(shí)，土就開(kāi)始產(chǎn)生濕陷；反之，如小于這一壓力，則只產(chǎn)生壓縮變形，而不發(fā)生濕陷變形。隨土性的差別，濕陷起始?jí)毫Φ淖兓^大，淺層黃土的濕陷起始?jí)毫Χ嘣?5125kPa之間。） 起始含水量：處于外荷或土自重壓力作用下，濕陷性黃土受水浸濕時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象時(shí)的最低含水量。（它與土的性質(zhì)和作用壓力有關(guān)，對(duì)

28、于同一種土，起始含水量并不是一個(gè)常數(shù)，一般隨壓力的增大而減小。）28凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)濕陷原因和機(jī)理對(duì)黃土濕陷的原因和機(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)因主要是由于土本身的物質(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。毛管假說(shuō)Terzaghi指出當(dāng)潮濕砂土內(nèi)的不連續(xù)水分積聚在顆粒接觸點(diǎn)時(shí)，相鄰顆?？紫吨兴涂諝饨唤缣幍谋砻鎻埩?，使土粒拉在一起。水浸入土中后，表面張力消失，于是砂土潰散。有的學(xué)者曾用這種觀點(diǎn)來(lái)解釋黃土的濕陷，以后遭到反對(duì)。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)

29、作用是存在的，但將其作為濕陷的主要原因值得商榷。常寶琦曾用風(fēng)干的擾動(dòng)土樣制成試件，雖然破壞了毛細(xì)管通道，消除了彎液面作用，仍然有很大的的濕陷性。29凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)濕陷原因和機(jī)理溶鹽假說(shuō)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(guó)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，較多的觀點(diǎn)認(rèn)為易溶鹽的溶解不是產(chǎn)生濕陷的主要原因。膠體不足說(shuō)認(rèn)為黃土的濕陷性是含有小于

30、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；如果有顯著數(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)現(xiàn)蘭州西盆地北岸二級(jí)階地上的黃土粘粒含量大于30%，卻濕陷性強(qiáng)烈。30凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)濕陷原因和機(jī)理水膜楔入說(shuō)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(yáng)離子的靜電引力較強(qiáng)，將表面帶負(fù)電荷的粘粒連接起來(lái)，形成一定的凝聚強(qiáng)度。當(dāng)水進(jìn)入土中時(shí)，結(jié)合水膜變厚，象楔子一樣將牢固連接的顆粒分開(kāi)，使土粒表面產(chǎn)生膨脹，體積增大，引力減弱，凝聚強(qiáng)度降低，因而產(chǎn)生濕陷。水膜楔入

31、說(shuō)能較好地解釋黃土在水一進(jìn)入就會(huì)立即發(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。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(guò)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，但由于土層薄，自重壓力小，未能得到有效壓密。隨黃土繼續(xù)堆積， 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(guò)程繼續(xù)進(jìn)行。由于水分減少，鹽類析出，膠體凝結(jié)產(chǎn)生了加固內(nèi)聚力。31凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)

32、濕陷原因和機(jī)理雖然上覆土層壓力增大，但不足以克服土中形成的加固內(nèi)聚力，因而成為欠壓密狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù)，使得堆積的欠壓密土層越來(lái)越厚，一旦水浸入較深，加固內(nèi)聚力消失，就產(chǎn)生濕陷。當(dāng)降水量少，干旱期長(zhǎng)時(shí)，欠壓密稱度大，而且欠壓密土層也較厚；反之，黃土欠壓密程度就弱，形成的欠壓密土層也較薄。欠壓密論易于解釋我國(guó)黃土為什么西北部濕陷性強(qiáng)，東南部弱這一規(guī)律。欠壓密理論沒(méi)有涉及到具體的機(jī)理和作用，而是把復(fù)雜的物理化學(xué)作用籠統(tǒng)地歸結(jié)為欠壓密狀態(tài)，避開(kāi)了某些爭(zhēng)論不休而暫時(shí)不能作出結(jié)論的假說(shuō)。事實(shí)上，黃土高孔隙度的產(chǎn)生不是簡(jiǎn)單的物理壓密不足過(guò)程形成的，它與黃土形成過(guò)程中的風(fēng)化成土作用以及鹽類淋溶、凝聚作用分不

33、開(kāi)，后者將改變bbaaabba32凌云書(shū)屋三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)濕陷原因和機(jī)理 土的表面活性，影響土的液限和塑限。因此，黃土欠壓密狀態(tài)的形成不僅與物理壓密過(guò)程有關(guān)，也受到風(fēng)化成土過(guò)程中膠體化學(xué)變化的影響。結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)這一學(xué)說(shuō)通過(guò)對(duì)黃土的微觀結(jié)構(gòu)的研究，從土中骨架顆粒形態(tài)，接觸關(guān)系，排列方式，膠結(jié)物種類與賦存狀態(tài)，膠結(jié)類型等結(jié)構(gòu)特征，來(lái)闡明濕陷現(xiàn)象的產(chǎn)生以及濕陷強(qiáng)弱程度差別的原因。綜上所述，黃土的濕陷現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過(guò)程，濕陷的原因和機(jī)理不是目前已提出的哪一個(gè)假說(shuō)所能完全解釋清楚的，它受到多方面因素的制約與影響。33凌云書(shū)屋四、濕陷性黃土地基的工程處置措施 濕陷性黃土地基處理

34、的方法很多，在不同的地區(qū)，根據(jù)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jí)、類別后，通過(guò)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。最后選擇一個(gè)最合適的地基處理方法，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條 件的要求。所采用的有：重錘表層夯實(shí)和強(qiáng)夯土墊層土擠密樁樁基礎(chǔ)化學(xué)加固法其它加固方法(預(yù)浸水法、熱加固法、水下爆破法、電火花加固法）34凌云書(shū)屋四、濕陷性黃土地基的工程處置措施灰土和素土墊層法1. 將基底以下濕陷性土層全部挖除

35、或挖至預(yù)計(jì)的深度，然后以灰土或素土分層回填夯實(shí)。墊層厚度一般為1.03.0m。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，經(jīng)這種方法處理的灰土墊層的地基承載力可達(dá)到300kPa(素土墊層可達(dá)200kPa)且有良好的均勻性。2. 施工中應(yīng)注意的問(wèn)題：(1)地基土的含水量，對(duì)于含水量較大，或曾局部基坑進(jìn)水者，要采取相應(yīng)的措施(如涼曬等)，嚴(yán)格控制灰土(或素土)的最佳含水量，對(duì)接近最佳含水量時(shí)，寧小勿大，偏大時(shí)土體強(qiáng)度則顯著下降，變形明顯增大。(2)墊層處理的寬度要達(dá)到規(guī)范

36、要求，使碾壓設(shè)備能充分碾壓到位，還使形成的墊層壓實(shí)度產(chǎn)生差異。(3)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，施工中碾壓分層的厚度不宜大于30cm，并逐層檢測(cè)壓實(shí)度，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。 35凌云書(shū)屋四、濕陷性黃土地基的工程處置措施強(qiáng)夯法 1.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。 2.施工中注意的問(wèn)題(1)首先在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮濕陷性黃土處于哪一種類別、等級(jí)，以及場(chǎng)地等因素，因?yàn)閺?qiáng)夯的夯擊能量，夯點(diǎn)布置，夯擊深度，夯擊次數(shù)和遍數(shù)等因場(chǎng)

37、地而異，土的含水量、孔隙比及夯擊的單位面積夯擊能對(duì)濕陷性黃土的強(qiáng)夯有效加固深度起著重要的作用。在經(jīng)過(guò)試夯后確定出設(shè)計(jì)參數(shù)，確定施工設(shè)計(jì)方案，因此不經(jīng)試夯確定施工參數(shù)往往會(huì)給工程造成后患。(2)由于強(qiáng)夯影響深度內(nèi)土的含水量差異，會(huì)導(dǎo)致局部處理效果不佳，對(duì)于此種情況必須采取土的增濕或減濕措施，以免出現(xiàn)橡皮土情況。如有此種情況，應(yīng)立即停止夯擊，當(dāng)涼曬一定時(shí)間后，在夯擊坑內(nèi)加入碎石類的粗骨料，繼續(xù)夯擊。(3)施工中在控制關(guān)鍵工序上嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，因?yàn)橐环菰O(shè)計(jì)提供后，錘重、落距、夯點(diǎn)布置等是沒(méi)有隨意性的，而唯一可能被36凌云書(shū)屋四、濕陷性黃土地基的工程處置措施 人為改變的是夯擊次數(shù)，因在試夯時(shí)根據(jù)最后夯擊的

38、沉降量來(lái)確定夯擊次數(shù)的，當(dāng)別的參數(shù)已確定后，它就成為影響處理的唯一因素，所以施工中應(yīng)以它為質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序管理點(diǎn)。 (4)強(qiáng)夯結(jié)束后，檢測(cè)的重點(diǎn)是判定它的有效加固深度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因?yàn)橛行Ъ庸躺疃鹊牡谝粯?biāo)準(zhǔn)應(yīng)是消除濕陷性，也就是以s0.015作為判別指標(biāo)。所以檢驗(yàn)手段應(yīng)采用探井取不擾動(dòng)土試樣進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)這一指標(biāo)達(dá)到要求后，一般情況下對(duì)承載力的要求等也均可滿足。深層攪拌樁法1. 探層攪拌樁是復(fù)合地基的一種，近幾年在黃土地區(qū)應(yīng)用比較廣泛，可用于處理含水量較高的濕陷性弱的黃土。它具有施工簡(jiǎn)便、快捷、無(wú)振動(dòng)，基本不擠土，低噪音等特點(diǎn)。深層攪拌樁的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。

39、其加固機(jī)理是將水泥摻入粘土后，與粘土中的水分發(fā)生水解和水化反應(yīng)，進(jìn)而與具有一定活性的粘土顆粒反應(yīng)生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，這些新生成的化合物在水中或空氣中發(fā)生凝硬反應(yīng)，使水泥有一定的強(qiáng)度，從而使地基土達(dá)到承載的要求。 37凌云書(shū)屋四、濕陷性黃土地基的工程處置措施 深層攪拌樁的施工方法有干法施工和濕法施工兩種，干法施工就是“粉噴樁”，其工藝是用壓縮空氣將固化材料通過(guò)深層攪拌機(jī)械噴入土中并攪拌而成。因?yàn)檩斎氲氖撬喔煞郏虼吮厝粚?duì)土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量較低時(shí)，很容易出現(xiàn)樁體中心固化不充分、強(qiáng)度低的現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至根本沒(méi)有強(qiáng)度。在某些含水量較高的土層中也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。因此，應(yīng)用粉噴樁的土層中含水量應(yīng)超過(guò)30%，在飽和土層或地下水位以下的土層中應(yīng)用更好。 濕法施工是將水泥攪拌成漿后注入土中的方法。水泥漿通過(guò)柱塞式泥漿泵強(qiáng)制注入，除非特殊情況很少斷漿，施工中一般采用預(yù)攪下沉?xí)r就噴漿的工藝，因此樁體的均勻性比干法施工好。但噴漿增加了水泥土的含水量，強(qiáng)度會(huì)受到一定影響，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需根據(jù)土的工程性質(zhì)，尤其是含水量情況作出適當(dāng)?shù)倪x擇。 38凌云書(shū)屋四、濕陷性黃土地基的工程處置措施 施工中應(yīng)注意的問(wèn)題(1)必須在設(shè)計(jì)或施工中采取有效措施來(lái)保證攪拌樁復(fù)合地基各參數(shù)能達(dá)到各自的設(shè)計(jì)值，否則設(shè)計(jì)的可靠度會(huì)降低，如樁端為硬土，或樁長(zhǎng)超過(guò)臨界樁長(zhǎng)時(shí)，(樁間土承載力拆減系數(shù))取