黄土湿陷机理研究现状及发展趋势

在回顾早期黄土湿陷机理研究成果的基础上,概述了黄土湿陷机理的发展历程,从微观结构、数理分析方法、土力学角度和建立本构模型4个方面总结了黄土湿陷机理的研究现状。通过工程实例研究提出了当前黄土湿陷机理发展中存在的问题;并对其发展趋势进行了分析。认为应以黄土微观结构研究为基础,结合先进测试仪器和分析软件,从非饱和土力学的角度出发,采用离散元分析手段,考虑溶盐因素,系统建立各种应力路径下黄土湿陷本构关系,从而完善黄土湿陷机理的研究。这对正确理解和研究黄土湿陷机理具有重大的理论意义和指导意义。     

季节冻土区压实黄土湿陷特性研究进展与展望

随着国家西部大开发的深入发展,国家重点基础工程向西部季节冻土区和湿陷性黄土地区推进,工程面临的黄土湿陷性问题和冻融灾害问题已成为研究和设计人员关注的焦点. 基于前期的研究基础,分析和总结了压实黄土湿陷机理、本构模型和强度理论、工程特性、干湿和冻融循环以及盐分对压实黄土工程特性的影响等方面的研究现状,提出季节冻土区黄土工程面临的问题和研究展望,为完善黄土地基湿陷机理解释和深化黄土力学与工程等研究提供新思路和新方法.     

从非饱和土力学角度探讨黄土湿陷机制

本文回顾了黄土湿陷概念的由来及其基于其微结构湿陷机制研究现状。对从非饱和土力学角度开展黄土湿陷机理研究的有关问题进行了讨论和分析,提出了广义湿陷性概念。黄土湿陷机制研究应根据具体湿陷路径针对性开展非饱和土应力路径试验研究,从而进一步建立黄土广义湿陷本构模型,为工程问题的定量分析和数值计算提供科学依据。非饱和黄土常剪应力增湿试验表明,黄土湿陷破坏之前发生了一定的微小变形,随后应变速率突然增加,偏应力也不再维持为常数。同时,观察到孔压突然上升1~2kPa,表明黄土湿陷过程发生了不完全排水剪缩破坏。     

黄土湿陷典型案例及相关问题

黄土湿陷除引发路基变形、房屋开裂等工程建设问题外,还会造成地表塌陷、地下潜蚀,以及由此诱发的黄土斜坡失稳等灾害.通过对甘肃永靖县黑方台灌区典型黄土湿陷案例的分析发现,应用现行规范推荐方法对黄土湿陷量进行评价,其计算值与实际观测值间具有较大差距,计算值不足实际值的50％.由此,对现行黄土湿陷性评价中的湿陷性黄土定义、湿陷量计算等有关问题进行讨论,认为湿陷性黄土为典型的非饱和土,含水量和结构组成是影响黄土湿陷的重要因素.从非饱和土力学角度出发,应用综合反映黄土含水量和结构的参数,即吸应力,开展黄土湿陷性研究,才能真正地实现由“为什么湿陷”到“怎么湿陷”的转变,进而建立黄土湿陷的本构关系,更好地服务于工程实践.     

陇东地区湿陷性黄土工程地质特性研究——以白龙江引水工程为例

陇东位于黄土高原腹地,为我国典型的黄土地貌发育区,结合甘肃省白龙江引水工程,对陇东地区黄土工程地质特性进行研究,重点对与工程关系密切且具有湿陷性的中更新统(Q2)离石黄土及上更新统风积(Q32)马兰黄土地质特性进行分析,针对湿陷性黄土分布、厚度、变化规律和研究场地湿陷类型、地基湿陷等级,通过试验研究湿陷性黄土的物理力学性质及随深度的变化规律,研究结果表明:陇东地区黄土湿陷性随深度增加湿陷性逐渐减弱;湿陷系数随干密度的增大而减小,随孔隙比变小而逐渐减小,一般干密度≥1.42 g/cm3或孔隙比小于0.9的黄土,基本上无湿陷性;湿陷性黄土主要存在地基湿陷变形和黄土边坡稳定问题,应采取地基处理措施和防水措施、合理设置开挖坡比和马道,采取坡顶、坡面及坡脚排水等措施解决工程地质问题。研究结果对陇东地区水利工程的顺利实施具有重要的意义。     

黄土湿陷微观机理研究现状及发展趋势

黄土特有的湿陷性使其具有遇水软化和工程扰动的强致灾特性,从根本上认清黄土的湿陷机理,是解决黄土地区地质灾害及工程地质问题的迫切需求。文章搜集整理黄土湿陷机理方面的研究成果,从黄土的胶结物组成、性质及胶结方式,微结构特征和颗粒间作用力等三个方面归纳总结黄土湿陷微观机理的研究现状。通过实例分析初步探讨了延安新区马兰黄土的湿...     

增湿高能级强夯法处理湿陷性黄土地基的研究

湿陷性黄土在浸水过程中结构弱化,湿陷变形发展很快,量也很大,强度大幅度降低,在湿陷性黄土地区进行工程建设时,必须进行地基处理。通过分析黄土湿陷性机理及其影响因素,提出了将增湿高能级强夯法应用于湿陷性黄土地基处理的方法,以增湿高能级强夯法加固黄土的机理为理论基础,将该法应用于实践工程,经试验检测,其加固效果较好,消除了黄土湿陷性的同时,还提高了黄土的强度。验证了该法是一种湿陷性黄土地区地基处理的较好的技术。     

结构性黄土一维湿陷特性的离散元数值模拟

针对结构性湿陷性黄土大孔隙和胶结特性,应用离散元生成了不同含水率结构性黄土试样,研究试样的一维湿陷特性。首先,根据已有的结构性黄土试验资料和胶结颗粒材料离散元数值试验成果,建立胶结强度和初始饱和度之间的关系。其次,采用蒋明镜等提出的分层欠压法[1]和胶结模型[2]制得不同含水率结构性黄土离散元试样,然后进行不同含水率双线法和同一含水率4个压力下单线法湿陷试验的离散元数值模拟。数值模拟结果表明,提出的离散元分析方法能模拟天然结构性湿陷性黄土的主要力学性质,随着含水率的减少,结构屈服应力和最大湿陷压力增加,湿陷系数随着压力先增加后减小,湿陷起始压力为饱和试样的结构屈服应力,单线法湿陷后压缩曲线与饱和试样的压缩曲线接近。此外,模拟结果还表明,不同含水率结构性黄土离散元试样的最大湿陷系数与天然结构性湿陷性黄土相差较远,但在最大湿陷系数与孔隙比的比值上相接近;结构屈服对应着胶结的逐步破坏,湿陷伴随着大量的胶结破坏。提出了基于胶结点数目的损伤变量,研究了其在加载和湿陷过程中的变化规律。研究成果为认识黄土复杂力学特性和建立其本构理论提供了基础。     

西峰塬黄土的湿陷性研究

采用双线法对西峰塬原状Q3黄土进行增湿、减湿情况下的压缩试验。分析了黄土的湿陷变形随湿度及压力的变化规律。利用SEM技术测试了黄土湿陷前后的微结构变化,采用微结构定量化分析方法和分形分维集合方法分析了黄土试样微观孔隙的变化规律。结果表明:(1)黄土湿陷性的产生是构成黄土架空孔隙的刚性结点变异导致。(2)同级压力下超越湿陷率随初始含水量的增加而变大; 初始含水量在同一水平下,随压力的增加超越湿陷率逐渐变大。(3)黄土湿陷过程伴随孔隙数量大幅增加,平均孔径减小,孔隙面积缩小,大中孔隙数量骤降; 孔隙结构变得更加复杂。本文提出了黄土超越湿陷率的概念及受外界因素的影响规律,分析了非饱和黄土的湿陷机理,即水分和外力不同组合情况的湿陷性。     

黄土湿陷性与土体物性指标的相关性研究

为充分应用现有的试验资料,构建出一套快速准确的预测评价黄土湿陷性的新方法。笔者基于咸阳黄土塬区多年积累的岩土勘查数据资料,采用因子分析理论同偏最小二乘法及回归分析法相结合的研究方法,深入挖掘试验数据,应用黄土湿陷机理理论基础分析土体物性指标与黄土湿陷系数相关性及主要影响指标,分别构建了基于PLS方法及LogisticCum函数的黄土湿陷系数预测模型。结果表明,采用LogisticCum函数所构建的黄土湿陷系数与饱和度、孔隙比的三维曲面方程在预测黄土湿陷性方面是可靠的,模拟结果更加接近实际,可以满足工程应用的需要。     

灌溉引起的黄土工程地质性质变化

引水灌溉改变了黄土的原生环境,使黄土在增湿乃至饱和的过程中,微结构、物理、力学及水理性质都不同程度地发生了变化,成为诱发黄土灾害的重要条件.以甘肃省黑方台灌区为研究区,开展从原位试验到室内测试、从传统土力学到非饱和土力学、从微观到宏观的多角度系统研究,揭示灌溉引起的黄土工程地质性质变化.研究结果表明,灌溉造成黄土原生结构破坏,孔隙总量和孔隙度普遍减小,造成天然含水量、天然密度、干密度等物理性质指标增高,天然孔隙比降低,黄土压缩性和湿陷性趋低,抗剪强度降幅尤为明显;从非饱和土力学角度看,灌溉使得黄土含水量增加,基质吸力降低,非饱和黄土强度参数也随之呈递减趋势;从黄土时效变形分析看,灌溉使得黄土更易发生蠕变变形和破坏.     

西安某地裂缝两侧黄土物理力学性质试验

概述了西安地裂缝的成因、分布规律和活动速率等特征,然后对某条地裂缝特定地段附近的Q3黄土及其下面第一层古土壤进行了原状土样的常规土工试验和重塑土样的三轴流变试验。常规土工试验表明,以地裂缝为中心,越靠近地裂缝土样的天然密度、含水量、液塑限越大,孔隙比、内聚力和内摩擦角越小,均以地裂缝为中心近乎呈对称分布。重塑土样的三轴流变试验表明,地裂缝带内土的三轴流变特性较地裂缝附近黄土的流变特性明显的多。这从另一角度证明了地裂缝为一宏观不连续软弱结构面,为从力学角度研究地裂缝对工程结构的影响分析研究提供参考。     

硫酸钠盐渍土土-水特征曲线的试验与理论研究

土-水特征曲线（SWCC）在非饱和土力学中扮有重要的角色,是非饱和土力学研究的核心问题。以西北地区黄土中含有的典型硫酸钠盐为变化因素,采用滤纸法测得了兰州黄土及不同含盐量黄土状硫酸钠盐渍土的基质吸力并绘制土-水特征曲线,通过试验测试和理论分析来解释硫酸钠盐分对黄土状硫酸钠盐渍土基质吸力的影响规律,以期为工程实践提供一定的理论依据。结果表明：相同含水率下硫酸钠盐渍土的含盐量越高,基质吸力越大。以非饱和土力学理论和表面物理化学理论为基础,考虑了土中的盐分对基质吸力的毛细部分及吸附部分的影响,得到了土中含盐量与基质吸力关系的半经验公式。利用该公式计算得到不同含盐量硫酸钠盐渍土的土-水特征曲线,计算曲线与试验曲线吻合程度较高,表明该公式可以很好地描述盐渍土中不同含盐量与基质吸力的关系。     

Earth Fissuring and Land Subsidence in Western Saudi Arabia

The present investigation deals with the engineering geological evaluation of earth fissuring associated with land subsidence in Wadi Al-Yutamah. The investigations include surface mapping and sampling, in situ and laboratory soil testing, water well inventory, geophysical survey, and monitoring of open fissures and the level of the wadi floor.The earth fissures in the area developed as a result of land subsidence due to man-induced water level declines caused by pumping water from the wadi aquifer above a safe yield. This situation has produced a compaction of underlying unconsolidated sediments and formed hair fissures above ridges and steps of buried surface bedrock. These hair fissures enlarged later after flood erosion and possible enhancement with hydrocompaction.The wadi soil in the study area consists mainly of silt of low plasticity, low density and high void ratio and it was classified as loess like material and collapsing soil. The settlement in the area is greatly increased by excessive wetting under constant pressures. The calculated coefficients of subsidence (collapse) show that the wadi soils were considered to pose moderate problems when wetted.Monitoring of the existing open earth fissures using extensometers indicates that the width of the fissure increases after flooding or rain falls. Monitoring of the ground level using GPS techniques, shows a good relation between the declination of the water table and the subsidence of the ground of the wadi floor.     

阴离子表面活性剂对黄土力学特性的影响

土体污染问题日趋严重,土体中污染物的环境效应已成为当前的研究热点问题之一,但对土体工程性质的影响关注不足。以黄土为对象,试验研究了阴离子表面活性剂对黄土力学性能的影响。阴离子表面活性剂具有弱化作用,可导致黄土黏聚力的下降、压缩性提高、渗透性降低,但可降低黄土的湿陷性。结合土-水特征曲线和扫描电子显微镜观察,进一步解释了污染物对土体力学性能产生影响的作用机制。在工程实践中,既要防止阴离子表面活性剂对黄土力学特性的劣化,同时又要注重其降低黄土的湿陷性。     

工程切坡诱发黄土滑坡成因机制研究

伴随着城镇化进程的提速,黄土地区由于工程切坡诱发了大量的工程滑坡。为了研究典型工程黄土滑坡的成因机制,以宝鸡市扶风县飞凤山滑坡为例,开展了野外地质灾害详细调查,同时进行原位渗水试验和原状黄土、古土壤试样土-水特征曲线测试。试验结果表明：当黄土存在小孔洞等结构性问题时,渗透系数可达10-4 cm/s量级,为中等渗透性等级;土-水特征曲线试验求得古土壤的进气值为11.5 kPa,大于黄土的9.0 kPa,同时曲线也显示了古土壤和黄土干湿交替过程中,强度和变形的演化出现分化。在试验结果分析基础上,指出工程切坡是滑坡发生的主要诱发因素,由此触发了土体一系列物理化学链锁反应,尤其是强化了土-水耦合作用的影响,催化了滑坡的发生。最后,提出了飞凤山滑坡的破坏模式为滑带双向发展、兼具滑塌灾害部分典型地质特征的渐进式破坏。     

黄土地质灾害研究中的关键问题与创新思路

我国黄土高原不仅是中华民族的发源地,也是世界上惟一的最年轻、且正在堆积的高原,它记录着240万年以来全球自然环境和气候变化以及地表灾害演化的丰富信息,每年全国有近三分之一的地质灾害发生在这一地区。本文概述了黄土地质灾害的危害现状,分析了目前黄土地质灾害研究方面存在的关键科学问题,并提出了当前应重点开展的研究思路和课题:研究黄土地质结构和黄土介质力学行为对灾害孕育的协同控制规律,概化黄土重大灾害的基本成灾模式;破解复杂动力作用下黄土重大灾害发生、突变、演化机制和灾害链演变规律;建立黄土重大灾害超前判识、预警预报与风险控制的理论及技术方法体系,形成黄土地区重大灾害减灾示范。     

黄土高填方坡体加载过程变形-力学响应特征研究

大型工程项目在我国黄土丘陵地区的开展日益增多,为了在有限的空间得到足够的可利用面积,通常需要挖山填沟造地形成了大量高度超过40m的高填方边坡。高填方边坡地质条件复杂,填料物理力学性质差异大,施工困难。高填方边坡的变形与稳定问题突出。高填方边坡工程已成为黄土地区最具危险性的人类工程活动之一,其严重影响黄土地区的经济建设和城市化进程。本文以国内某高填方边坡为研究对象,结合野外调查和勘察资料,结合研究区的地质概况建立高填方边坡加载过程的概化模型;通过研究区高填方边坡回填加载支挡结构变形与监测分析;借助数值分析高填方坡体加载过程力学-变形响应特征,对研究黄土高填方边坡抗滑桩、桩间板支挡结构变形和锚索的受力分析具有重要的理论和工程实践意义。