考虑卸荷作用的黄土湿陷性评价方法研究

卸荷作用会导致湿陷性黄土部分湿陷量未发生,但目前黄土湿陷性评价方法中未考虑卸荷因素的影响。推导并建立了卸荷条件下黄土湿陷系数的表达式,并通过卸荷湿陷试验确定了表达式中的参数取值。首先定义湿陷完成比、卸荷应力比分别用来表征卸荷作用发生前黄土湿陷变形的完成程度及卸荷作用发生时卸荷量的大小。运用湿陷完成比及卸荷应力比推导出卸荷湿陷系数的计算公式。该公式揭示出卸荷湿陷系数是对湿陷系数一定程度的折减,而该折减与湿陷完成比及卸荷应力比有关。随后进行黄土在不同湿陷完成比和卸荷应力比下的卸荷湿陷试验,得到上述条件下黄土卸荷湿陷量的取值。对试验结果进行分析得到卸荷湿陷系数的具体表达式。该公式可用于计算在不同初始压力下,任意湿陷完成比及卸荷应力比下的卸荷湿陷系数。通过对比卸荷湿陷系数的试验值与计算值验证了所推公式的合理性及准确性。得到了考虑卸荷作用的黄土湿陷性影响系数的确定方法,进一步总结了卸荷作用对黄土湿陷性的影响规律。     

关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识

在总结诸多大型浸水现场试验成果的基础上,提出了一些关于湿陷性评价方法和剩余湿陷量合理控制等问题的新认识,目的是为了修正自重湿陷性黄土场地的自重湿陷量计算值与其实测值之间的差异,并减小地基处理深度。在获取自重湿陷量的计算值时,引进了一个深度修正系数?,使自重湿陷量和湿陷量的计算值接近实测值,这在一定程度上降低了较深部位黄土的剩余湿陷量。在获取湿陷量计算值时,提出了扩大湿陷系数阈值(0.015)的方案,并与深度修正系数?联合使用,达到了扩大湿陷量的计算值和降低较深土层的剩余湿陷量的目的。提出了大厚度自重湿陷性黄土场地的湿陷临界深度的概念,通过若干资料将其初步确定为20²5 m之间,结合深度修正系数和扩大湿陷系数阈值方法,使用湿陷临界深度概念,可以更为有效地降低较深土层的剩余湿陷量。新的研究思路可为自重湿陷性黄土场地的类似工程和黄土规范的修订提供一定的参考。     

大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形特性水分入渗规律及地基处理方法研究

为研究大厚度自重湿陷性黄土的湿陷变形特性、水分入渗规律以及地基处理合理方法等问题,选择典型大厚度自重湿陷性黄土场地,进行了布置沉降观测点和埋设水分计的浸水试验以及挤密桩、DDC（孔内深层强夯）桩地基处理试验。试验结果表明,在水分入渗过程中,深度22.5～25.0 m以上土体易发生湿陷,该深度以下土体则含水率增加缓慢,达不到湿陷起始含水率,不易发生湿陷,因此该深度考虑可作为现场湿陷性评价的临界深度,也可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时可参考的地基处理下限深度。DDC桩间距为1.0～1.4 m时,无论从挤密系数还是湿陷系数都能满足规范要求;挤密桩15 m试验区域沉降量较小,但其剩余湿陷量任未满足要求,这也佐证了关于22.5～25.0 m深度难于发生湿陷的结论。试验成果可作为今后大厚度自重湿陷性黄土地区工程建设以及黄土规范进一步修订的参考。     

增(减)湿时黄土的湿陷系数曲线特征

分别采用单线法和双线法对原状 黄土进行了增、减湿情况下的单轴压缩试验。根据试验结果,总结出了黄土的湿陷变形随饱和度及压力变化的规律,分析了湿陷性黄土在增（减）湿过程中的湿陷变形性状及不同应力路径对黄土湿陷变形特性的影响,指出湿陷系数曲线因为试验方法的不同而表现出不同的规律性：初始含水量较低时,单线法的湿陷性大于双线法;当初始含水量达到某个值时,两者的湿陷系数曲线出现交叉现象;当初始含水量超过该值后,单线法的湿陷性小于双线法;这种交叉现象是由黄土本身的特殊结构性所决定的。最后对湿陷系数与初始含水量的关系进行了探讨。     

对高压消除黄土湿陷性的探讨

湿陷性黄土具有很强的结构性,天然状态下处在欠压密状态。黄土湿陷变形的特点是：变形量大、速率快而又不均匀,往往使建筑物发生严重变形甚至破坏。当湿陷性黄土含水量较大时,压力便成为影响黄土湿陷性的一个主要因素。压力与黄土湿陷性之间的变化关系如何？能否通过高压来消除湿陷性黄土的湿陷性？在土质差异较大时,双线法试验的精度能否满足工程要求？本文通过理论分析及试验对这些问题进行了有益的探索。     

考虑渗流和变形耦合的黄土湿陷数值计算

以甘肃陇西地区自重湿陷性黄土作为研究对象,建立了渗流和变形耦合的黄土湿陷变形模型,然后利用Galerkin有限元法对基本方程进行空间离散,在时间域内用差分方法离散,并用Fortran语言编程计算。结合具体的试验条件计算得知：渗流计算结果与实际较为吻合;计算湿陷变形量比实测的大,并且土体非饱和程度越大,差异越大。因此,建议在建立湿陷变形本构关系时考虑时间因素。     

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.     

黄土的独立物性指标及其与湿陷性参数的相关性分析

黄土的湿陷性是其重要的工程特性,常用一维压缩应力条件下的湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力等指标定量评价。影响黄土湿陷性的因素较多,包括土的粒度、密度、湿度等基本物理性质指标,且各因素之间并非完全独立,存在一定相关性。采用因子分析法,通过对西安地铁4号线黄土高台地和宝鸡-兰州高速铁路隧道黄土塬湿陷性黄土场地地层物性质指标的统计分析和相关性分析,首先确定了相对独立的含水比（含水率与液限之比）和孔隙比3个物性指标反映的两个因子。然后,依据湿陷性黄土场地的试验资料,通过多元线性回归分析,分别得到了两个场地黄土的自重湿陷系数、湿陷起始压力以及压缩模量与含水比和孔隙比之间的相关关系。最后,比较分析了两个场地黄土自重湿陷系数、湿陷起始压力和压缩模量计算值与实测值,验证了利用因子分析法寻找影响黄土湿陷性的独立因子,建立黄土湿陷性参数与独立影响因子之间相关关系的合理性和准确性。针对两个地区两类地貌单元湿陷性黄土场地,建立的黄土湿陷性参数的相关关系具有快速、准确的评价黄土湿陷性和黄土地基湿陷变形的实际意义。     

原状黄土显微结构特征与湿陷性状分析

基于原状黄土的显微结构扫描电镜及室内湿陷性试验,分析了黄土的微结构特性和不同压力不同含水量下黄土的湿陷性状及其之间的内在联系,结果表明:随着埋藏深度的增加,由支架大孔微胶结结构逐渐变为镶嵌微孔半胶结结构,支架大孔孔隙发育逐渐变为粒间孔隙发育,再为微孔孔隙发育;黄土在增湿情况下其湿陷系数-压力关系曲线由三部分组成,初始压缩变形阶段,是结构强度发挥阶段,变形较小,黄土微结构没有遭到破坏;曲线第一转折点s=0.015后,原有结构破坏,微结构发生变化,颗粒重新排列,湿陷速率增大,是湿陷变形主要阶段;达到峰值后,颗粒间形成了新的结构,湿陷变形幅度减小;随着骨架颗粒连接逐渐变为非架空的镶嵌排列,湿陷起始压力及峰值湿陷压力值随着埋藏深度的增加而增加,而峰值湿陷系数和湿陷变形量的压力范围随着埋藏深度的增加而变小;骨架颗粒特征和孔隙特征是黄土湿陷性的内在影响因素,而胶结物的多寡及胶结状态是黄土湿陷性强弱的主要影响因素之一。     

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。     

高能级强夯法在石油化工项目处理湿陷性黄土中的应用

对甘肃董志石油化工项目中3 000～15 000 kN m能级强夯处理湿陷性黄土地基的设计、施工、检测进行系统全面的研究,其中12 000、15 000 kN m能级均为国内处理湿陷性黄土的最高能级。通过标准贯入试验、室内土工试验、静力触探试验、瑞利波试验、平板载荷试验对强夯加固效果进行综合检测,得出有效加固深度、湿陷性处理效果等结论,并提出适应该地区强夯法处理深度的经验公式,为湿陷性黄土地基处理设计、施工、检测提供参考     

加载次序对湿陷性黄土中基桩承载力检测的影响

湿陷性黄土地区基桩承载力检测中桩顶荷载是在土体沉降后施加的,桩基使用条件下是桩顶荷载施加之后再出现土体沉降。简要分析了这两种加载次序之间桩土相互作用差异的机制。采用有限元方法分析了这种差异。计算结果表明,在这两种加载次序中,桩顶荷载的增加都会引起沉降增加,中性点下降,下拉力减小。结果还表明,与桩顶荷载先施加的相比,桩顶荷载后施加得到的中性点的位置比较低,桩基沉降比较小,下拽力也较小,这些差异随着桩顶荷载的增大而更加明显。在两种加载次序的各个加载阶段,桩周摩阻力的分布与发挥也会出现细微的变化。这会使湿陷性黄土地区桩的承载力检测结果略微偏于不安全     

郑西客运专线湿陷性黄土区试验路堤的沉降观测与预测研究

郑西客运专线路堤工后容许沉降量为15 mm,湿陷性黄土区路堤地基处理的沉降控制是关键性技术难题,为此,选择湿陷性黄土代表性地段进行了不同地基处理措施路堤工程沉降观测试验研究。研究结果表明,路堤本体的压缩沉降量只有3 mm,并在路堤竣工后的15 d内趋于稳定,路堤沉降主要由地基沉降控制,而地基沉降则决定于3种不同地基处理措施层以下土层的沉降量大小。在沉降量大小、地基处理和浸水效果方面,22 m深湿陷性土层全部处理的柱锤冲扩桩区段最好,15 m深湿陷性土层的挤密桩区段较好,6 m深湿陷性土层的强夯区段最差,而且采取合理的防排水措施防止坡脚附近积水浸泡非常必要。采用双曲线法、三点法和Asaoka法预测结果的平均值作为路堤的最终沉降量,柱锤冲扩桩区段、挤密桩区段的路堤分别需要恒载预压5个月、8个月便可卸除荷载铺设无碴轨道,强夯区段路堤的预压荷载可能需要持续很长的时间。     

湿陷性黄土地基综合处理新技术的现场试验与效果分析

针对湿陷性黄土地区的铁路、公路路基及堤基浸水湿陷的工程问题,在业已提出的处理方法（IDITI）,即浅层阻水、浅层排水、浅层防水、封闭截水、深层导水的基础上,首先进行了湿陷性黄土地基处理的现场浸水试验。试验表明,浸水后探井不同深度采取土样的含水量变化小,IDITI法具有明显的阻水、排水效果。其次,用数值分析方法模拟了连续多日强降雨情况下经处理后地基的渗流场,围封处理范围内地基土体的含水量增长较小。验证了IDITI法抑制湿度增长,利用天然土承载能力,处理湿陷性黄土地基的可行性。     

湿陷性黄土地基侧向防渗结构模型试验研究

水分对于湿陷性黄土地基具有重要影响。本文通过室内土工试验,得到兰州黄土和灰土的物理力学参数;并通过室内模型试验研究了不同侧向防渗结构对于路基的侧向防渗效果;同时对路基进行了沉降监测。试验结果表明:灰土的渗透系数远小于黄土的渗透系数;经过灰土挤密桩和灰土防渗墙处理的工况,其土中含水量远小于不作侧向防渗处理的情况,且路基的湿陷变形情况明显改善。其中灰土防渗墙的防渗效果比灰土挤密桩的更好。试验结果可有效地指导湿陷性黄土路基的防渗处理,为湿陷性黄土地基处理提供新的思路。     

高能级强夯处理湿陷性黄土设计施工检测应注意的问题

对3 000～15 000 kN.m高能级强夯加固湿陷性黄土的工艺进行了详细地探讨,讨论了设计、施工、检测各个环节可能存在及所需要注意问题,供类似工程优化设计和现场指导施工、检测借鉴。     

Ⅳ级自重湿陷性黄土区客运专线铁路路堤处理地基的现场试验研究

试验段为自重湿陷性Ⅳ级黄土场地,分3种不同地基处理措施试验分区,分区之间设地基不处理过渡段。柱锤冲扩桩段对22 m深湿陷性黄土层全部处理,水泥挤密桩段仅处理上部15 m深湿陷性黄土层,强夯段处理上部6 m深湿陷性黄土层。结果表明,处理深度范围内黄土的湿陷性已消除,地基承载力均大于标准值。柱锤冲扩桩与水泥土挤密桩复合地基沉降量小于15 mm,满足高速铁路对工后沉降量的要求,而强夯地基的沉降量不满足要求。柱锤冲扩桩区段,桩间土的最小和平均挤密系数不低于0.88和0.93的标准,但是桩身平均压实系数和压缩模量却分别低于0.97和100 MPa的标准。水泥挤密桩区段,桩间土的最小和平均挤密系数、桩身平均压实系数和压缩模量也低于同样的标准值。强夯地基的压缩模量小于15 MPa的标准。检测标准的合理取值有待深入研究。     

桩基负摩阻力沿桩长变化的试验研究

结合中国移动甘肃定西分公司新城区移动通信综合楼项目,在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行长时间的桩基浸水载荷试验（试桩直径为800 mm,桩长26 m,试坑深度为2 m）,对不同深度下、不同范围内的桩侧负摩阻力的变化特征以及土体的沉降过程进行分析。试验结果表明,特殊浸水条件下桩侧负摩阻力沿桩身出现多个峰值,并且正、负摩阻力出现交错分布的现象,无法给出建筑桩基技术规范[1]规定的平均负摩阻力值;桩周土体沉降量亦沿桩身出现多个峰值,并且其变化趋势直接影响桩侧正、负摩阻力沿桩身交替变化的走势;中性点位置并未得出建筑桩基技术规范[1]所提供的单一参考值而是沿桩身出现了多个中性点;黄土的实际湿陷情况是分段发生湿陷的,而不是如传统观点所述在单一中性点以上突然出现整段湿陷。