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。     

黄土地场自重湿陷量实测值与计算值差异的原因分析

在兰州和平镇做了一大型现场浸水试验,测定了场地自重湿陷量,并利用实验数据计算了其湿陷量。现场浸水试验时,必须考虑浸水时间和入渗深度的影响,当湿润峰未到达湿陷性土层底面时,则存在很大一部分剩余湿陷量,由此低估了实际湿陷量。该现场浸水试验湿陷土层深度24m,浸水61天,湿润峰深度达到12m左右。按平均下渗速率估算,达到湿陷土层底面,需要120天以上。在湿陷性土层完全浸水的情况下,兰州地区大厚度湿陷性黄土的实测值远大于计算值,二者的比值为2.0左右,大于规范给出的修正系数1.5。综上所述,在现场试验时,除确定试验场地地貌单元、湿陷土层厚度外,必须给定合理的浸水时间,以便使湿陷性土层充分湿陷,或浸水后,及时测定湿润峰深度,计算实际湿陷土层的湿陷量,以便得出更合理的修正系数。     

挤密桩处理湿陷性黄土地基的现场试验研究

湿陷性黄土地区的多层建筑大多数都会遇到地基处理的问题,用素土桩、灰土桩、碎石桩等各种桩处理地基的湿陷性是常用的方法。为检验挤密桩处理湿陷性黄土地基的效果,设计了现场试验,试验方案中考虑了桩心距、处理深度、处理范围及桩孔填料等不同影响因素,设置了8个试验点。各点处理后测得了两桩间和3桩间等距离的5个点上的土体密度变化数值。之后对各点加载200 kPa,做小面积（小坑）浸水测试和大面积（整个场地,28 m×16 m）浸水测试,测量两种浸水条件下各试验点的湿陷量。由此总结了该种工程方法处理地基湿陷性的效果和规律性。结果表明：桩心距应控制在2.5倍桩径以内,可保证消除挤密桩间所有面积的湿陷性,超出挤密桩长以下地层的湿陷性仍然存在;小面积浸水发生的湿陷为外荷湿陷,大面积浸水才能释放试验场地地基的全部湿陷量,而与处理深度无关;灰土填料显然优于素土填料,在地基主要持力层内须用灰土填料,但对于其下地层或自重湿陷不严重的部位强调使用灰土填料是不必要的。     

靖远地区大厚度黄土地基浸水湿陷过程及土中竖向应力特征试验研究

为了研究靖远大厚度黄土在浸水条件下的水分入渗规律和自重湿陷变形特征,在中兰铁路沿线的靖远北站黄土自重湿陷场地进行了不打注水孔的现场浸水试验,监测并分析了地表及地下湿陷变形、试坑周围裂缝、含水率和土中竖向应力变化情况,对水分扩散规律、自重湿陷特性和土中竖向应力变化规律进行了研究,并对地区修正系数β0值和浸润角进行了探讨。结果表明：体积含水率变化分为浸水稳定（2个）、快速增加（1个）和缓慢增加（1个）共4个阶段;浸水过程中,水分在21m处竖向入渗加快、径向扩散减缓,湿润峰最终形态呈现为椭圆状。根据探井和钻孔含水率测试结果,推算出浸润角最大为41°。该场地黄土自重湿陷过程历经剧烈湿陷、缓慢湿陷和固结稳定3个阶段。试验结束时共计发展了13圈环状裂缝,裂缝最远处距试坑边缘26m。根据室内试验和现场测试结果,建议地区修正系数沿土层深度进行修正,0～10m内β0值取1.05,10～27 m内β0值取0.95。在地表至21 m深度范围内,地基土浸水饱和且湿陷充分,土中竖向应力沿深度呈线性增加,土中竖向应力接近饱和自重应力,21m以下的地基土未能充分湿陷,土中竖向应力逐渐减小。该研究成果可应用于中兰铁路...     

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。     

大厚度自重湿陷性黄土地基处理深度和剩余湿陷量问题的合理控制

为研究大厚度自重湿陷性黄土地区地基处理深度与剩余湿陷量的合理控制关键技术难题,对采用不同处理深度的挤密地基进行了大面积深层浸水载荷试验。试验结果表明：对采用挤密地基处理在6～12 m深度以下进行深层浸水后均发生不同程度的地基湿陷下沉,而地基处理在15 m深度时（剩余湿陷量远大于200 mm）地基整体实际下沉量相对较小,说明现行的《湿陷性黄土地区建筑规范》对乙、丙类建筑地基关于最小处理深度的规定过于严格,不符合现有的经济技术水平,建议在采取一定措施的情况下将12~15 m作为乙、丙类建筑在大厚度自重湿陷性黄土地区地基处理的合理深度。并针对现行规范中对乙、丙类建筑剩余湿陷量控制的不合理之处,提出了“剩余湿陷量折减系数” 这个概念,并提出了该折减系数的建议值,可为同类工程建设和规范修订提供一定的参考。     

郑西高速铁路豫西段黄土现场浸水自重湿陷特征研究

通过现场浸水试验,研究了郑西高速铁路豫西段典型黄土场地浸水后的自重湿陷特征,分析了湿陷土层深度随浸水时间的演化规律,判定了浸水水平向影响范围。研究表明：浸水边界对沉降的影响十分明显,浸水后的湿陷速率呈现出慢-快-慢直至稳定的特点,在浸水10 d后已完成总沉降量的60%,浸水30 d时完成总沉降量的约90%;该场地实测因地区土质而异的修正系数 为1.30,大于规范推荐的0.9,说明该地区黄土的湿陷程度比以往认识地更为强烈;该场地自重湿陷土层下限深度室内试验值是19 m,而现场实测值是16 m,前者是后者的1.2倍。通过综合判定,该场地浸水后的湿陷变形范围为距试坑边缘20 m,与试坑的直径相当,建议在郑西高速铁路沿线此类黄土场地,线路两侧20 m范围内不得积水。该研究成果已在郑西高速铁路建设中得到应用,也可为该地区类似工程提供参考。     

宁夏南部黄土的特殊工程性质及防治综述

黄土高原北部的宁南黄土以其强的Ⅱ-Ⅲ级自重湿陷性在我国黄土中占独特地位。究其原因:黄土内部的孔隙结构,粒度组成和胶结类型间的紧密联系,是引起黄土湿陷性强弱或湿陷敏感性高低的内因。影响场地土湿陷敏感性的外因如土层厚度、埋藏深度、水平垂直向渗透系数等又与土的孔隙度和结构类型有关,结构差异将导制湿陷敏感性的差异。黄土湿陷性及湿陷敏感性随深度的增加而递减,通过对该区黄土产生湿陷性机理进行的分析,提出相应的工程防治措施。     

桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法初探

为确定桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量的合理取值,开展桩−土界面大型剪切试验,研究桩间黄土卸荷湿陷状态下桩−土界面剪切强度、剪切位移及桩−土界面法向力之间的相关关系。结果表明：在桩间土中性点深度范围内,不同竖向应力和含水率状态下的桩−土界面剪切强度可代表桩侧负摩阻力。利用卸荷量与桩侧负摩阻力互为作用力与反作用力的力学原理,并在分析卸荷量随湿陷深度和湿陷进程变化规律的基础上,提出黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法,通过对比卸荷量计算值与不同黄土地区桩侧负摩阻力现场实测值,以验证其合理性。该方法不仅为科学评价黄土卸荷湿陷特性提供卸荷作用量化手段,还为相关黄土工程的优化设计提供理论参考依据。     

黄土非饱和湿陷变形的计算模型

针对黄土含水量增加可发生变形的特点,提出一种考虑黄土非饱和湿陷变形的计算模型。该模型将基质吸力作为湿陷的原因,以非饱和渗透和非饱和变形理论为基础,并考虑了水分在土层内的分布对湿陷变形的影响。以甘肃黑方台灌区自重湿陷性黄土为研究对象,进行了不同含水率的侧限压缩试验和土水特征曲线的测试,建立非饱和渗透模型,利用上述计算模型得到了不同时间的场地湿陷变形总量和年变形量。其总湿陷量同实际结果基本一致,且2007~2011年湿陷量和累积湿陷量同文献中采用INSAR技术得到的结果相近。通过和规范建议的湿陷系数法计算结果对比表明,考虑黄土的非饱和湿陷变形会得到较为符合实际的结果。     

碎石土湿陷性试验研究

采用不同工况的载荷试验、室内常规土工试验和易溶盐试验,分析了碎石土的荷载-沉降曲线特征,探讨了碎石土的湿陷性与湿陷机理。结果表明：碎石土在200 kPa稳定后浸水,再加荷到400 kPa,载荷试验荷载-沉降曲线呈折线型,明显分为三个阶段：压缩变形阶段,湿陷变形阶段,复合变形阶段。场地中4 m厚碎石土具有湿陷性,且湿陷性不均匀。 碎石土湿陷的机理在于其结构是疏松的单粒架空结构。骨架颗粒间存在架空孔隙,且部分架空孔隙由砂质颗粒集合体充填;骨架颗粒间呈点与点接触,或者主要通过黏粒、黏土矿物、易溶盐组成的胶结物而联结在一起;在浸水加荷过程中,黏粒周围薄膜水增厚、粘土矿物自身产生膨胀、易溶盐溶解,导致胶结物的胶结强度丧失,结构失稳,发生湿陷。     

碎石土地基湿陷性研究

主要以甘南330 kV变电所碎石土地基的现场浸水载荷试验和室内实验为基础,根据湿陷变形的特征,分析了影响碎石土地基湿陷变形的主要影响因素,探讨了碎石土地基的湿陷机理。认为碎石等大骨架颗粒与细粒胶结物相填充的特殊结构是碎石土地基湿陷最主要的原因。碎石土由于浸水骨架颗粒之间抗剪、抗压强度降低而导致碎石土结构破坏,随之填充在骨架颗粒之间的细颗粒产生二次湿陷,两者引起土体体积减小所导致。     

巴基斯坦某黄土场地湿陷特性试验

巴基斯坦某地区的黄土为第四纪全新统冲洪积层,对该地区的研究和现有地质资料都比较少,需要做专门的研究。为了确定该区域的黄土地层分布情况及湿陷特性,根据工程场地建筑分布,分别选取典型位置的钻孔,取土样进行土工室内试验研究。利用构度指标定量描述黄土的结构特征,确定黄土的自重湿陷系数和湿陷系数,计算场地自重湿陷量和总湿陷量,并与规范方法进行比较。试验结果表明,该区域场地黄土的干密度和湿陷系数（上覆压力200 kPa）随深度几乎不变,天然含水率随深度整体呈增加的趋势。黄土的构度随综合物理特征量的增加而呈指数形式减小,压缩屈服应力p_sc随含水量的增加而减小,并且与构度呈线性关系。判定该区域黄土的场地为自重湿陷性场地,修正系数建议取小于1,地基湿陷等级为Ⅲ级严重。      

现场试坑浸水试验在湿陷性黄土地区地铁工程中的应用

大厚度湿陷性黄土地基处理是黄土地区地铁建设中所面临的主要技术难题,采用传统的室内试验评价湿陷性的方法具有一定的局限性。本文采用数值模拟方法分析了地铁工程基底湿陷性黄土应力特征,在此基础上,通过现场试坑浸水试验,准确判定了黄土场地湿陷类型及自重湿陷下限深度,研究了大厚度湿陷性黄土场地浸水过程中的自重湿陷变形特征、水分场的时空运移、土压力(竖向及侧向)、侧向位移的变化规律,查明了浸水影响范围及地面裂缝影响范围,确定了自重湿陷的地区土质修正系数β0,为湿陷性黄土地区地铁工程的地基处理提供依据。     

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。     

董志塬大厚度自重湿陷性黄土场地浸水试验研究

为探明庆阳董志塬地区大厚度自重湿陷性黄土场地的各项湿陷性评价指标,推动场地湿陷性评价体系的发展,在这一地区的代表性场地开展了原位大型浸水试验。采用直径20 m的圆形试坑,利用辐射状布置的机械式沉降观测标对浸水过程中地表和地下各深度土层的沉降进行了观测,利用全站仪对浸水试验前后整个场地的地面变形进行了测量。试验共历时177d,其中试坑注水过程93d,共注水44 119 m~3,浸水引起了试坑内外黄土不同程度的自重湿陷。基于监测数据分析并解释了距试坑中心不同距离处地表湿陷量的发展规律与差异,通过地面沉降等值线得出浸水影响半径为31 m,通过计算各土层原位实测自重湿陷系数获得该场地自重湿陷下限深度为13 m,远小于通过室内试验获得的17 m下限深度,用面积权重法计算得该场地的修正系数β0为1.02,小于规范推荐值1.2。给出了详细的试验设计方案,并在分析讨论的基础上提出了数据处理方式和结果呈现方法,对指导该地区未来的黄土地基勘察设计具有直接的应用价值。     

砂井载荷浸水试验在深层黄土湿陷性评价中的应用

针对深层湿陷性黄土自重湿陷量室内试验结果不准确、测试黄土地基湿陷量的原位试验方法少等不足,基于已有的砂井浸水试验,提出了新的现场试验方法—砂井载荷浸水试验方法。其核心是井底地层在试验压力作用下沉降稳定后,利用井中砂砾石的强透水性,将水直接导入井底湿陷性黄土地层及砂井周围土体,使其快速浸水饱和,以此来测定砂井井底地层的湿陷量和砂井周围黄土的自重湿陷量。通过2组砂井载荷浸水试验,测试了不同压力和浸水条件下不同深度地层的湿陷变形,对比分析了砂井载荷浸水试验和临近场地大型试坑浸水试验,结果表明砂井载荷浸水试验的判定结果与试坑浸水试验一致,说明砂井载荷浸水试验是可行的。砂井载荷浸水试验具有周期短、费用低、场地条件要求低、用水量小等优点,适用于深层黄土湿陷性的研究,对黄土地区（尤其是深层黄土）工程的湿陷性评价有一定的参考意义。     

湿陷性黄土场地湿陷下限深度与桩基中性点位置关系研究

湿陷性黄土场地的湿陷下限深度与桩基中性点位置密切相关,为了解决桩基设计方案不当问题,如何准确判定湿陷下限深度显得十分重要。在系统分析并总结宁夏固原桩基系列浸水试验、兰州和平镇黄土浸水试验及其他地区桩基浸水试验研究成果的基础上,揭示了黄土湿陷下限深度与桩基中性点位置确定的相互关系,得出了以下研究成果：（1）指出了均质黄土现场浸水试验水的竖向渗透深度是有限的（一般为20～25 m）,现场黄土湿陷发生的下限深度也是有限的,不宜按室内试验的湿陷系数确定的下限深度来直接评判;（2）给出了室内湿陷性评价试验中湿陷系数 或自重湿陷系数 随地区和深度变化的取值建议,同时,建议在湿陷量计算时引入深度修正系数和地基土浸水机率系数,初步给出大厚度湿陷性黄土场地不同地区湿陷下限深度评价系数 ,可以有效减小湿陷性评价的室内外差异;（3）由室内试验计算确定的湿陷下限深度偏于保守,导致桩基设计过分夸大了负摩阻力的不利作用,造成桩基设计承载力偏低;（4）大厚度湿陷性黄土场地桩的中性点最深位置不宜大于20～25 m,湿陷性评价下限深度小于20 m的场地,宜按评价深度确定中性点位置;给出了桩侧负摩阻力估算方法,并建议桩基负摩阻力平均值取20～35 kPa为宜。     

深厚黄土地基浸水湿陷变形及竖向土压力作用分析

黄土地基浸水后的湿陷变形对黄土地区的工程建设具有重大影响,但以往研究对深厚黄土地基土浸水过程的湿陷特性及其土压力变化规律研究不够充分。以中兰铁路兰州新区南站某场地为例,开展现场浸水试验,对深厚湿陷性黄土场地的地表位移及地基深层湿陷变形进行监测,同时埋设土压力盒,对浸水湿陷过程中地基土的竖向土压力的变化规律进行分析。研究...     

山东菏泽冲积平原地区粉土湿陷成因探讨

影响黄河下游冲积平原地面塌陷的原因很多,属于次生黄土的粉土、砂土等在菏泽地区地表广泛分布,次生黄土湿陷作用是诱发地面塌陷主要原因。造成粉土湿陷的原因可以归纳为内因和外因两种原因。内因与本身的物质成分有关,如:颗粒组成、矿物成分、化学成分等;外因主要是水分和压力作用。黄河冲击平原各种微地貌的存在增加了发生湿陷的可能性。