改良黄土强度特性与工程处置试验研究

本文针对山西朔州典型黄土,利用素黄土与石灰粉煤灰、石灰水泥、水泥粉煤灰三种改良黄土,进行了击实特性、抗剪强度特性及崩解特性试验研究,提出了黄土改良的最佳方案,并采用该方案对山西某煤矿电梯井填方段进行了数值模拟分析,验证了石灰粉煤灰改良黄土工程应用的可行性。试验结果表明:粉煤灰与黄土形成致密的混合结构,石灰的掺入,激活了粉煤灰的活性,发生了一系列的水化反应,使改良黄土的强度大大提高,改良黄土在物理力学性质方面有明显改善。     

水泥改良黄土力学特性试验研究

利用多种室内试验手段对重塑黄土和不同配合比（4%、5%、6%、7%）水泥改良黄土的物理力学性质进行了研究,试验结果表明：未经改良的黄土的力学性质不能满足高速铁路路基的设计要求,不能直接作为路基填料使用;水泥改良黄土的工程性质较重塑黄土有大幅度的提高;配合比达到5%及以上的水泥改良黄土的力学控制指标均能达到高速铁路对路基填料的要求;建议改良黄土路基填料的水泥配合比为5%~6%。     

黄土化学改良试验研究

黄土的化学改良是黄土工程地基处理研究领域中的重要课题之一,开展这方面的研究对于治理黄土地基基础工程,从根本上解决黄土危害具有重要的理论价值和较好的工程应用前景。在我国西北、华北地区,经常要碰到填筑路基、渠道和边坡等黄土工程,由于黄土及重塑黄土具有许多特殊的物理力学性能,必须经过改良处理后才可应用。为了探讨化学材料对黄土特性的影响,本文以山西太原黄土为对象,通过掺加新型高分子土固化材料SH和水泥进行化学改良,就改良土试样进行抗压强度、直接剪切和渗透试验等分析研究。研究结果表明:SH和水泥均能改变黄土的工程性质。黄土加固后强度指标,抗渗性优于黄土本身。固化黄土的强度特性和渗透性能受固化材料掺量、密度和龄期的影响明显。随着掺量增加,密度增大和养护时间的延长,抗压强度提高,抗剪强度增强,渗透系数减小。考虑到大掺量会超过经济限度,建议两者较适宜掺量控制在10%左右。SH 为水溶性液体固化材料,固含量较少,成本较低,但固化后强度较大,渗透性小,浸水不崩解,化学改良效果优于水泥,实际应用时可根据具体情况考虑优先选用SH改良黄土。     

黄土渗透和强度性能的改良优化

为探寻适用于黄土地区海绵城市建设的具有较高强度和防渗性能的路基换填材料,通过对掺入水泥、聚丙烯纤维、膨润土的黄土进行强度和渗透性试验,并基于正交试验和田口方法的信噪比分析,获得了改良黄土各掺量的最优配比方案。结果表明:水泥掺量对改良黄土的无侧限抗压强度影响最显著,聚丙烯纤维掺量和长度对其渗透系数影响最大;改良黄土各掺量的最优配比为聚丙烯纤维长度取12 mm、聚丙烯纤维掺量取0.3%、膨润土和水泥掺量分别取3%和8%;在3、7、14 d养护龄期下,最优配比改良黄土的强度和渗透性能均优于不同配比的石灰改良黄土。改良的黄土各掺量最优配比可为黄土地区海绵城市道路建设中的路基处理提供参考。      

黄土抗剪强度与耐崩解性能综合改良试验研究

为提高黄土高原治沟造地区挖填体力学特性与水稳定性,开展石灰、纳米二氧化硅、聚丙烯纤维和瓜尔豆胶改良黄土强度和崩解试验研究,对比分析其综合改良效果。结果表明:单一材料改良黄土性能仅在某一方面效果提升明显,如石灰和纳米二氧化硅显著提高黄土抗剪强度,提升幅度分别为36.3%~250.6% 与9.0%~99.7%;但在提升黄土耐崩解性能方面改良效果有限;2种材料仅延缓了黄土崩解时间,对最终崩解量无影响。聚丙烯纤维和瓜尔豆胶显著提升黄土的耐崩解性,如瓜尔豆胶可将黄土的崩解率降低至11.5%以下,而聚丙烯纤维改良黄土较素黄土的崩解率降低幅度为11.2%~51.9%;但2种改良材料提升黄土强度性能效果不佳,强度提高幅度仅为1.5%~22.9%和2.8%~15.6%。石灰混合聚丙烯纤维、纳米二氧化硅混合聚丙烯纤维2类复合改良材料既提高黄土耐崩解性、又能提高黄土抗剪强度,克服了单一改良材料对黄土强度与耐崩解性综合性能提高有限的短板,达到黄土综合性能提高的改良目的;其中9%石灰混合0.6%聚丙烯纤维、2%纳米二氧化硅混合0.6%聚丙烯纤维2种复合材料掺比改良效果最优,使改良黄土抗剪强度最高分别提高了109.8%和68.3%、崩解率分别降低了61.3%和49.8%。      

黄土湿陷变形量计算方法的改进

论述了黄土湿陷变形特性,对工程中惯用的黄土地基湿陷变形量计算方法提出了改进,使其更符合工程实际.     

水泥窑灰改性黄土的湿陷性和强度特性研究

对水泥窑灰改性黄土进行压缩、湿陷和无侧限抗压强度试验,研究水泥窑灰对黄土压缩性、湿陷性和强度特性的影响。同时进行压汞试验和扫描电镜试验,分析改性前后黄土的孔隙分布特征、颗粒接触形态和结构的变化,探索微观特征与宏观性质之间的关系。结果表明,向黄土中添加水泥窑灰能够显著降低其压缩性和湿陷性,使黄土由中压缩性降低为低压缩性,由中等湿陷降低到轻微湿陷乃至湿陷性消失,同时抗剪强度得到显著提高。微观试验结果表明,水泥窑灰改性后的团聚体间的孔隙消失,转化成为团聚体内的孔隙,且总孔隙比降低,土体更加密实;颗粒间连接作用增强,土体结构更加稳定。     

对黄土基本动力特性的认识

黄土高原是多地震地区,黄土体的地震灾害是工程建设中迫切需要解决的工程问题.依据人们对我国黄土动力特性的研究成果,阐述了黄土的动强度特性、黄土的循环动应力应变特性、震陷变形特性及黄土场地震害小区划研究,从而为正确地认识黄土工程的地震灾害提供基础.     

生石灰改良黄土的微观机制试验研究

为探究石灰掺量对黄土强度的影响规律及其微观机制,采用不同比例的生石灰对黄土进行改良。开展了直剪试验、压汞试验及扫描电镜测试,定性和定量分析素黄土及不同石灰掺量改良黄土的强度特性和微观结构变化规律,并对石灰改良黄土的微观机理进行较为深入的分析。结果表明:石灰改良黄土的抗剪强度参数随着石灰掺量的增大出现先增大再减小的变化规律,在石灰掺量约为8%时,其黏聚力和内摩擦角达到最大值;石灰的掺入使黄土骨架颗粒之间及其表面附着的胶结物逐渐增多,孔隙被胶结物质填充,土体中的不稳定孔隙逐渐减少,整体性增强;但当石灰掺量过大时,多余的石灰会堆积于团粒之间,影响团粒之间的胶结。石灰改良黄土强度提高的原因是石灰水化反应生成的胶结物质增强了土颗粒之间的胶结程度,增大颗粒间的相互摩擦,使土体结构更加稳定,提高土体强度;石灰掺量过高时,改良黄土抗剪强度降低是因为过量的石灰影响了土颗粒之间的胶结作用。研究成果既是对黄土强度特性及微观结构理论研究的丰富与充实,又可以为改良黄土工程设计的相关参数选取提供参考依据。      

震后黄土动力学特性试验研究

为了研究地震区震后黄土的动力性质,为黄土地区灾后重建提供合理可靠的地震安全性评价参数,本文通过对甘肃省永登地震区震后黄土的动力特性试验研究,探讨了震后黄土的土动力学特性,研究结果表明,震后黄土在动荷载作用下的动力学性质与该地区原状黄土的动力学性质有较大的差异,主要表现在动弹性模量地降低和残余变形(震陷)的明显增大特性。     

饱和黄土的性质与非饱和黄土流变模型

对西安地区相关数据统计分析，把西安市饱和黄土、软黄土的工程性质与一般黄土进行详细对比，指出它们之间的工程性质差异。同时重点介绍推导非饱和黄土加载体积流变模型过程以及模型的适用条件，对该模型的应用作了分析。     

黄土地质灾害相关科学研究问题探讨

黄土地质灾害防治是一个刚起步的学科,其学科基础理论的建立有赖于黄土科学的进步和自身的逐步完善。与黄土地质灾害相关的黄土科学研究问题,大的方面至少包括黄土地质灾害本身、黄土科学基础理论和黄土高原环境三大方面。黄土覆盖区社会经济的飞速发展,对黄土科学技术的发展提出了严峻的挑战和更为深广的需求。结合多年工作经验总结,在查阅文献资料的基础上,探讨性的推荐出关于黄土、黄土高原、黄土地质灾害的32个研究专题,亟待多学科、多专业的联合攻关,提出指导性强的综合创新成果。     

中国黄土研究的历史、现状和未来——一次事实与故事相结合的讨论

地质科学研究要以人为本,从可持续发展出发,开拓地质多样性,有所为有所不为.中国黄土研究经历了发现研究、比较研究和目的研究3个层次阶段,今后需要加强目的研究.中国已有条件从黄土所保存的各种信息,以揭示新生代以来全球干旱化的机制、规律和人类活动影响为目的,从区域性走向全球性研究,提出黄土"地质生态系统”研究的概念.基础研究方面,讨论了1)黄土序列连续性和间断性的间断平衡(PUNCTUATED EQUILIBRIUM)问题;2)黄土全球分布形成机制一元论问题;3)黄土地貌形态与地壳运动表现问题.应用研究方面,讨论了1)健康与黄土区域地球化学与地质生理学(GEOPHYSIOLOGY)问题;2)建设城乡与黄土地质生态结构问题;3)农业与黄土区域生态系统管理评价(REGIONAL ECOSYSTEM ASSESMENT).认为在黄土研究中会遇到社会和技术发展方面的挑战,但关键是科学工作者自己的挑战.     

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.     

张夏黄土组成特征及其成因分析

大沙河沿岸阶地、山麓地带广泛发育厚度不一的黄土层堆积，笔者对张夏黄土剖面研究后认为，张夏黄土物质来源复杂，既有西风漂流、西北气流、莱州湾气流搬运来的物质，又有近地生成的颗粒，堆积期间又经过明显的水流作用。张夏黄土、古土壤的堆积、发育与晚更新世气候变化相吻合，同时又受到当地微地貌的影响，缺失黑垆土和全新世堆积。张夏、淄博均在山东省中部，其黄土成分较细，使山东黄土在宏观上没有规律可循，更加显示出黄土的复杂多样。     

冻融循环对黄土二次湿陷特性的影响研究

在黄土地区公路路基建设中, 通常会采用预湿陷等办法来对湿陷性黄土进行处理以达到工程要求.但是在季节冻土区, 处理过的黄土路基却在运营几年后, 仍发生大量的不均匀沉降、 塌陷等病害.为分析冻融循环作用对黄土二次湿陷的影响, 采用室内试验方法, 使大体积黄土样品先完成一次湿陷, 再进行冻融循环和黄土二次湿陷.试验结果表明: 重塑黄土与原状黄土的二次湿陷系数随着冻融循环次数的增加趋向于同一个特定值; 重塑黄土和原状黄土的二次湿陷系数皆大于0.015, 说明二者皆满足湿陷条件, 在冻融条件下具有二次湿陷性.     

陕北黄土地层地貌特征及工程特性综述

陕北地区作为我国能源基地、农牧业生产基地和旅游基地,工程活动正在不断加强,但对于陕北黄土地区的区域工程特性研究较少。因此,结合野外调研以及相关勘察资料,对陕北黄土地层地貌及工程特性进行了综合分析。研究结果表明: 陕北黄土地层可划分为全新统风积沙、上更新统黄土、中更新统黄土、新近系岩石和古近系岩石; 陕北黄土地貌可划分为黄土侵蚀-构造堆积地貌、黄土现代构造(变形)地貌、黄土湿陷地貌和黄土侵蚀地貌; 因沉积年代和赋存环境的不同,陕北南部和北部黄土的工程特性(主要包括湿陷性、渗透性以及力学性质)迥异。陕北黄土地层地貌特征及工程特性的研究不仅与陕北地区的工程地质、水文地质和环境地质等研究有着密切的联系,而且对于陕北黄土分布区的生态、经济以及国防等国计民生建设具有重要的指导意义。     

黄土体工程地质的研究体系及若干问题探讨

针对黄土的结构性、水敏性和裂隙性等特殊性质,建立了适合黄土体特征及特性的黄土体工程地质研究体系--研究对象、理论基础、内容、路线和方法,指出其研究对象是黄土体。黄土体结构面及其相关问题是黄土体工程地质研究的薄弱环节。探讨了黄土体结构面的分类和分级、黄土体结构类型、洞室围岩类别和黄土体的水敏性等问题,并根据结构面的规模、活动特征及其对工程的危害程度,将黄土体结构面分为6级。 依据黄土的沉积特点、结构面的特征和工程黄土体的范围将黄土体结构分为均质结构、层状结构、柱状结构、块裂结构和碎裂结构。认为加强和突出黄土体工程地质研究,有助于正确认识黄土体工程地质特征和解决相关的工程地质问题。     

陇东黄土塬区地裂缝灾害形成机理分析

对陇东黄土塬区地裂缝灾害的调查表明,在该区不断发生的地裂缝灾害实际上是在黄土构造节理的基础上,黄土潜蚀灾害的一种表现形式,是黄土塬区边缘一种特有的地质灾害现象,其形成除受黄土构造节理控制外,还受黄土本身的湿陷特性及塬面坡度、降水强度、地面硬化等条件制约。本文在灾害现状剖析的基础上,分析了黄土塬区地裂缝灾害的形成机理。     

阜平大沙河沿岸黄土组成特征及成因研究

阜平大沙河段位于太行山中北部地区,黄土类型与西部黄土高原一致,是黄土高原向东延伸的一部分。构成黄土高原的东部边缘,该区黄土复杂多样,厚度变化较大,成点状或片状分布。阜平沙河沿岸阶地之上、山麓背风地带、断裂带出露区发育有厚度不一的黄土层堆积。阜平沙河黄土物质来源复杂、既有西北风搬运来的物质,又有近地表生成的颗粒,堆积期间又经过明显的流水作用的干扰。大沙河黄土、古土壤的堆积、发育与更新世气候变化关系密切,同时又受到本区地貌和构造的影响。