西安地铁四号线南段大厚度湿陷性黄土浸水试验研究

结合西安地铁工程国家重点建设项目,在西安地铁四号线南段塬区进行了试坑浸水试验,揭示出该区域大厚度自重湿陷性黄土具有独特特点,室内试验上部Q3黄土不具自重湿陷性,而下部Q2黄土自重湿陷性较为强烈,现场试坑浸水试验结果各沉降标点均未发生明显沉降变形,反而略有抬升;根据TDR土壤水分计监测结果发现古土壤层具有明显的隔水作用,水分入渗至该层有径向扩大的趋势,浸水影响范围是以试坑直径为圆台顶面,浸水影响范围形状类似一个倒置的漏斗;当水体自上而下入渗时,垂直向渗透较快,但随深度及土层性质的变化,渗透速率随即减缓;土体中由于基质吸力存在,开始孔隙水压力为负值,随着注水量增加孔隙水压力也随之变化,孔隙水压力变化与坑内水头变化一致。     

基质吸力对非饱和重塑黄土崩解性影响试验研究

取陕北地区马兰黄土制成一系列干密度相同而含水率不同的重塑对比试验土样。用体积压力板仪测得土样的土-水特征曲线。利用自制的崩解试验仪器对不同初始基质吸力土样进行试验,得出平均崩解速度与初始基质吸力的关系曲线。试验结果表明,干燥黄土比湿润黄土更易发生崩解破坏,非饱和重塑黄土的初始基质吸力与平均崩解速度存在对数关系。基质吸力对非饱和重塑黄土崩解性的影响主要表现为两个方面：①基质吸力越大,水在土中的渗透速度越快,水快速入渗可提高土体内部孔隙水压力,同时溶解黄土颗粒间胶结物,使土体软化;②水快速占据土体内部孔隙,使土体内部气体以气泡形式挤出形成对外的压力。     

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。     

原状非饱和Q3黄土的土压力原位测试和强度特性研究

为了揭示原状黄土的土压力的分布规律及其在开挖过程和浸水过程中的变化规律,对兰州市一个高18 m的Q3黄土边坡进行了现场试验,量测了边坡的位移、土压力、基质吸力和含水率,观测了该边坡的破坏过程,同时进行了一组控制吸力的原状黄土的非饱和三轴剪切试验。研究结果表明：①原状Q3黄土的表观黏聚力和有效摩擦角与吸力之间均为非线性关系。②原状黄土边坡的土压力随着土坡开挖深度的增加而不断增大。边坡开挖结束后的土压力分布大致呈中间大,两端小的三角形,最大土压力位置在大约坡高的1/3位置处。与朗肯土压力理论计算结果相比,实测黄土边坡的土压力远小于计算值。在浸水条件下,非饱和黄土的边坡土压力增速较大,浸水是边坡产生破坏的直接原因。     

伊犁深厚湿陷性黄土浸水入渗及沉降变形特征分析

新疆伊犁黄土原位试验实测资料非常缺乏,为了研究其浸水入渗规律和自重沉降特征,开展了原状土和重塑土的现场浸水试验研究,并对表面沉降和水分进行观测。研究表明:浸水过程中,任一点的饱和度存在明显的暂态饱和区,封闭压缩气体上收缩膜承受的孔隙气压力、孔隙水压力和进气值的短暂力学平衡是其存在的主要原因;原状土因黄土结构性和地层结构性,其沉降特征具有明显的阶段性,其可用分段函数进行描述,重塑土因结构性破坏,其变形阶段性不明显;浸水21 d,湿润锋面到达8.8 m,重塑土(S4)的沉降量为120 cm,原状土(S5)的沉降量为78 cm,前者比后者大35%;鉴于软弱土层存在应力集中,湿润锋面以上相邻饱和土变形尚未稳定时,其下非饱和土不发生增湿变形,因此,原状土沉降变形为湿润锋面以上饱和土尚未变形稳定的沉降量,小于自重湿陷量的计算值85 cm。研究结果对伊犁黄土浸水变形机制和增湿变形计算奠定了基础。     

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。     

非饱和黄土基质吸力的滤纸法测试

黄土属于非饱和土,具有明显的大孔隙、垂直节理发育、湿陷性等特征,使得黄土地区工程地质灾害问题频发。由于黄土具有水敏性,因此水的因素成为诱发地质灾害的主要因素。基质吸力的变化是土体边坡稳定的重要因素。利用滤纸法对非饱和黄土的基质吸力进行试验研究,得出随着含水率的增加基质吸力逐渐减小;在土体含水率较小时基质吸力的变化比较敏感,含水率越高,其变化越小;在含水率达到饱和时基质吸力消失为零;并且随含水率的增加土体的抗剪强度逐渐减小。研究认为,滤纸法对操作过程中空气条件要求相对严格,是一种能够快速、简便测试非饱和土体基质吸力的方法。      

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。     

兰州轨道交通扰动场地黄土浸水试验研究

由于受长期地表降水与排水下渗、前期施工、拆迁等加卸载作用及车辆交通荷载的扰动影响,城市拆迁场地土体的特性与处于原始地形地貌和地层分布的土体情况有所不同。目前尽管已经发表了大量黄土浸水试验的成果,但基本都是在原状黄土场地进行,而在这类扰动场地黄土中开展浸水试验的研究尚不多见。在兰州东岗轨道交通车辆段建设场地进行了累计观测时间超过100天的试坑原位浸水试验。结合室内土工试验和现场测试结果,讨论了该扰动场地黄土浸水产生沉降变形的特征。结果表明:该扰动场地浸水发生沉降变形的时间发展过程具有"缓慢增长-突增-趋于稳定"的特点,其总沉降也远小于既有原状黄土场地的实测结果,应理解为广义的浸水增湿湿陷,其变形包括压缩变形和湿陷变形两部分,二者比例近似为7:3;前期扰动导致的较低的孔隙比和试坑开挖造成的卸荷是其总变形量较小的原因,但是其浸水沉降变形增长过程中突增的湿陷变形和土层空间分布不均匀引起的差异沉降值得引起注意。研究结果对于进一步加深对黄土湿陷变形与水稳定性的理解,选择扰动场地黄土地基处理和防排水措施具有一定的参考价值。      

接触角对非饱和土中基质吸力的影响

接触角是研究三相界面的一个基本物理量。非饱和土是典型的三相体,然而在非饱和土力学中对接触角的研究还比较少,目前还停留在假设阶段,通常假设接触角为某一固定值,甚至忽略接触角的影响。实际上接触角是随外界环境的改变而变化的。通过化学方法对砂土表面改性,从而提高砂土的接触角,使砂土由亲水性变为斥水性。在亲水性砂土中加入斥水性砂土以提高砂土的表观接触角,以此为基础制备不同接触角的试样进行吸力测量试验。试验结果表明,接触角对非饱和土中的基质吸力有重要影响,含水率相同时,随着接触角的增大基质吸力是不断减小的,当含水率增大到一定值时,基质吸力不受土体（亲水状态下）接触角的影响。当接触角增大到一定值时,非饱和土体中的基质吸力消失,即非饱和土体中不再存在负的孔隙水压力。     

永靖非饱和黄土抗剪强度试验研究

以甘肃省永靖非饱和马兰黄土为研究对象,利用非饱和直剪仪对研究区不扰动黄土进行控制基质吸力和净竖向压力为常数的固结慢剪试验,得到了不同基质吸力和净竖向压力下的非饱和黄土抗剪强度,分析探讨了非饱和黄土抗剪强度与基质吸力的关系。结果表明:随着基质吸力的增加,土体的抗剪强度增大,其中黏聚力c随基质吸力呈线性增长,而内摩擦角随基质吸力变化很小,且在本次试验控制的吸力范围内研究区非饱和黄土φb可近似为一常数并小于内摩擦角,说明在该范围内研究区非饱和原状黄土的抗剪强度随着基质吸力以一恒定的斜率持续增长。     

黄土深基坑潜水区降水诱发地面沉降的简化算法

针对黄土地区深基坑降水导致地层不均匀沉降,危及坑周建筑物的问题,论文基于基坑降水诱发地面沉降机理分析,以分层总和法和剪切位移法为基础,推导出降水引起地面沉降的简化计算公式。在忽略群井效应和土层侧向变形的前提下,依据Dupuit公式得出基坑降水曲线方程,将坑周土体以降水曲线为界分为疏干区和饱和区。引入修正系数,对黄土地区不同性质土层因孔隙水压力减小产生的有效应力增量修正,同时考虑桩-土界面侧摩阻力对土体的约束作用,分别计算距井轴不同距离处的沉降量,叠加后得出最终的沉降值。对比数值模拟计算结果及工程实例监测值,分析表明:在桩-土交界处,侧摩阻力对土体竖向沉降的约束作用最明显;在1.5倍降水深度范围内的沉降计算值精度远高于规范算法,能够较好的预测降水期间黄土地区坑周不同距离处的地面沉降量。     

重塑黄土在不同基质吸力下的真三轴剪切试验

为研究重塑黄土在控制吸力真三轴条件下的剪切特性,利用非饱和土固结仪测试了重塑黄土的土-水特征曲线,得到基质吸力与含水率的对应关系,利用真三轴仪对重塑黄土进行了控制基质吸力为50、100、200 kPa的固结排水剪切试验。在剪切试验中同时控制净平均应力为300 kPa,中主应力参数b值分别为0、0.25、0.50、0.75、1.00。试验结果给出大主应变、中主应变和小主应变与偏应力的关系曲线,研究了基质吸力和b值对土体应力-应变响应的影响。结果表明,重塑黄土的抗剪强度随基质吸力的增大而增大,随中主应力参数的b值增大而降低;应力-应变曲线随b值增大逐渐从应变硬化型向理想弹塑型转化。给出了重塑黄土在π平面上的强度破坏线,其随着基质吸力的增大而向外扩展,基质吸力会影响其位置、大小及形状,且重塑黄土不同基质吸力的试验结果与Lade-Duncan破坏准则的预测结果更接近。     

重塑黄土在不同基质吸力下的真三轴剪切试验

为研究重塑黄土在控制吸力真三轴条件下的剪切特性,利用非饱和土固结仪测试了重塑黄土的土-水特征曲线,得到基质吸力与含水率的对应关系。利用真三轴仪对重塑黄土进行了控制基质吸力为50、100、200 kPa的固结排水剪切试验。在剪切试验中同时控制净平均应力为300k Pa,中主应力参数b值分别为0、0.25、0.50、0.75、1.00,试验结果给出大主应变、中主应变和小主应变与偏应力的关系曲线,研究了基质吸力和b值对土体应力-应变响应的影响。结果表明,重塑黄土的抗剪强度随基质吸力的增大而增大,随中主应力参数的b值增大而降低;应力-应变曲线随b值增大逐渐从应变硬化型向理想弹塑型转化;给出的重塑黄土在π平面上的强度破坏线,其随着基质吸力的增大而向外扩展,基质吸力会影响其位置、大小及形状,且重塑黄土不同基质吸力的试验结果与Lade-Duncan破坏准则的预测结果更接近。     

庆阳地区超高层巨厚层黄土地基工程地质特征

为了更深层次地了解黄土的地质特征,以庆阳地区某超高层巨厚层黄土地基为研究对象,对陇东黄土的物理和力学性能进行了深入探究。主要通过原位试验与室内试验,从地层结构、分布深度、液限、塑限、塑性指数、孔隙比、湿陷变形、剪切波速、地基土承载力、抗剪强度等方面对该地区黄土的工程性能进行了综合分析与评价,结果表明：5.0 m以内的马兰黄土湿陷性较强烈,黏聚力小,压缩性大;随着黄土厚度逐渐增大,离石黄土及午城黄土黏聚力增大,压缩性减小,呈轻微-中等湿陷性;受压超过400 kPa的马兰黄土、受压大于600 kPa的离石黄土及受压大于200 kPa的午城黄土均无湿陷性;15.0 m以内土体最大干密度为1.67~1.76 g/cm³,最优含水率为16.6%~17.7%;含水率高值相对集中在地下水位62.0 m以下、饱和度90.0%以上地区。     

南京下蜀黄土的非均匀性研究

下蜀黄土分布在不同高程的多种地貌单元, 如山顶、阶地、山麓及盆地, 由黄土层和红土层两部分组成, 具有成分和结构差异, 尤其是水稳定性。它是-种非均匀性土层。当其位于地下水位以上或开放性状态时, 土层出现非饱和状态和负孔隙水压力, 产生较大的基质吸力。工程施工中, 可利用这-特性, 但必须控制各种向下净流量, 以抑制土体饱和度增大的趋势。     

非饱和重塑黄土基质吸力变化特征与物理性质的关系

本文以兰州重塑黄土为对象,通过室内试验分析6组非饱和重塑黄土土-水特征曲线分段特征值与主要物性指标的统计关系,探讨了非饱和重塑黄土物理性质对其基质吸力变化特征的影响。结果表明,对于非饱和重塑黄土,分段特征含水量、特征饱和度、特征基质吸力与干密度关系密切,与颗粒级配关系较弱。随干密度增加,过渡区特征饱和度、残余饱和度线性增加,饱和含水量、过渡区特征含水量线性降低,残余基质吸力及过渡区特征基质吸力分别为线性及非线性增加。过渡区特征饱和度、残余饱和度与土体中粘粒含量线性正相关,与粉粒含量负相关。饱和含水量与粉粒含量线性正相关,残余基质吸力与其线性负相关。重塑黄土的微观结构显示这些关系受制于土体的孔隙结构和颗粒间的相互关系。     

非饱和黄土渗透性的试验研究

通过对甘肃陇西地区的湿陷性黄土做现场浸水试验和室内渗透试验、粒度分析试验，得到了陇西黄土的渗透系数（K20）随孔隙比（e）和吸力（s）的变化规律，为研究黄土浸水入渗规律，求解湿陷性黄土非稳态渗流方程做了必要的准备。     

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。     

饱和黄土卸载特性影响因素研究

黄土边坡开挖过程中常遇到边坡发生变形甚至破坏的情况,不同的开挖速率导致边坡的变形特征也不相同。通过饱和黄土的卸载三轴试验,研究固结围压及卸载速率对卸载状态下饱和黄土的应力-应变特性、孔隙水压力的发展及应力路径的影响。试验表明,固结围压越大,土体破坏所需的偏应力越大,抗剪强度越大;卸载速率越大,对应的偏应力峰值越大,抗剪强度越大。卸载速率相同时,土体卸载初期的超静孔压为负值,增大至正值后孔压的增长速率在其增大过程中逐渐减小;固结围压越大,土样剪切过程中对应的孔隙水压力越大。卸载三轴试验中,土体均表现为应变软化的特性;饱和黄土破坏时的应变均为1%~3%,且固结围压越高,破坏时的应变越小。固结围压相同时,卸载速率越大,孔压增长速率越快,但孔隙水压力值越小。