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...     

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。     

典型黄土-古土壤系列浸水渗透及湿陷变形规律

为查明典型黄土-古土壤系列地层结构的水分运移及湿陷变形规律,依托西安北至机场城际轨道项目于渭北黄土塬区所进行的大型试坑浸水试验,采用现场实时观测的方法,跟踪测试了无渗水孔条件下的湿陷性土层浸水渗透及湿陷变形。结果表明：在浸水前期,渗透水流以垂直运动为主,整体形态似一不断加大的“秤砣”形,随着水分运移至埋深较大土层时（约15.0 m）,水平运动开始加大,直至达到水分入渗扩散角界限,最终,浸润区及饱和区均呈现形似倒置“漏斗”的形态;受水分扩散的影响,沉降过程可划分为：初始浸水段-剧烈湿陷段-湿陷稳定段-停水孔压消散段-固结沉降段-沉降稳定段;古土壤层阻碍了水分的垂直渗透速度,并对其上土层的侧向扩散起到一定促进作用,停水后,则起到隔绝水分向下快速扩散的作用。研究结果为认识典型黄土-古土壤系列场地水分运移及湿陷变形规律提供了参考,也可为该地区未来工程建设提供指导及借鉴。     

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。     

论湿陷起始压力

本文以实测数据为依据,以工程应用为主题,从七个方面对湿陷起始压力进行了广泛的讨论,为工程中多方面应用湿陷起始压力提供了系统允分的依据。     

黄土场地大型浸水试验湿陷沉降预测的Elman方法

收集郑西高速铁路湿陷性黄土场地现场大型浸水试验资料,运用MATLAB建立了黄土场地湿陷沉降的Elman神经网络预测模型。通过对样本的训练和预测,表明该模型预测的结果与实际湿陷沉降比较接近,是一种比较理想的预测方法。     

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.     

湿陷性黄土现场浸水试验研究进展

预浸水是黄土力学性质研究和地基处理的一种重要手段。简要分析了进行现场浸水试验的必要性,详细评述了我国现场浸水试验的研究历史和发展现状,重点介绍了浸水试验的关键技术、湿陷变形规律和湿陷性评价等方面所取得的成果,指出了现行规范中湿陷性判定、地基处理厚度、剩余湿陷量及停水标准等方面存在的问题并给出了相应建议,最后指出了今后研究工作的主要趋势。     

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。     

西安地铁五号线湿陷性黄土浸水特性研究

黄土的大孔隙结构使其在浸水后易发生破坏产生湿陷,从而对工程的安全性造成影响。本文以西安地铁五号线区内的湿陷性黄土为研究对象,通过现场浸水试验对其浸水特性开展研究。试验场地布设了直径为23.0m的渗水试坑,注水历时39d,停水后观测15d。试验结果表明：①随着浸水时间增长,坑内和坑外各水分计读数依次变化,浸水前期变化速率较快,后期趋于平稳,停水后逐渐降低;土体垂直渗透速率明显优于水平渗透速率。②地基土在浸水后的影响范围形状类似一个倒置的漏斗,在古土壤处略微向外突出;浸润区与饱和区的影响范围随深度的增加而逐渐增大,饱和范围总体小于浸润范围。③地表沉降总体上以中心Z0标点为中心大致呈对称发展,自重湿陷量随着距试坑中心点Z0距离增加呈减小趋势,组合测线沉降剖面呈不规则的U字形;各浅标点沉降速率呈现小大小稳定的特点。④湿陷量发展过程与水分扩散过程较为吻合,大致呈现4个阶段：湿陷迟滞段,湿陷突变段,湿陷缓和段,湿陷平稳段。本文的研究成果可为西安地铁五号线及区域内其他相关工程建设的开展提供技术支持和参考。     

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。     

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。     

黄土斜坡桩基竖向荷载传递规律现场试验研究

结合某黄土斜坡桥梁桩基工程,对同一坡度相近位置的两根桩基开展现场试验,研究其在不同竖向荷载工况下的桩身上、下坡面两侧的轴力、桩侧摩阻力及桩侧土压力的传递规律与分布特征。试验表明：桩基荷载传递具有明显的区域性,第1区域是从桩顶至约3倍桩径深度处,此区域上坡面桩侧轴力较下坡面相应位置小,且其轴力随深度递减幅度及侧摩阻力发挥程度均较下坡面桩侧大;第2区域是从约3倍桩径至10倍桩径深度处,桩身上坡面一侧竖向受力减小幅度小于桩基下坡面一侧,但此时下坡面桩侧摩阻力发挥幅度大于桩基上坡面一侧;第3区域是从约10倍桩径直至桩端,该区桩身两侧轴力差异不大,摩阻力发挥幅度相近,荷载平衡协调且向下传递稳定。针对斜坡桥梁桩基上、下坡面两侧所受土压力的不均匀性,对设计桩基竖向承载力进行了一定程度地折减,并对计算公式作了相应修正,研究结论可供类似工程参考、借鉴。     

浅薄层湿陷性黄土场地单桩承载特性试验

为了分析浅薄层湿陷性黄土场地荷载对桩基的影响规律,设计了单桩未浸水和浸水加载试验。结果表明：浸水后黄土湿陷对桩体产生了负摩阻力,在桩顶荷载条件下使桩体沉降,桩身轴力及桩侧摩阻力均发生了显著变化。较未浸水工况,浸水后的桩体沉降量明显增大,当接近设计极限荷载时,桩体的沉降量发生突变,残余沉降量增大。浸水后桩体的轴力最大值位置由桩顶转换至桩顶下湿陷性黄土层,且轴力的峰值大于桩顶的荷载,桩体中上部位置轴力普遍增大,轴力最大值位置与中性点位置相对应,浸水后桩侧摩阻力体现出双峰特征。由此可见,湿陷性黄土场地浸水后的荷载对桩体的变形和受力均有较大影响,应在桩体的设计中综合考虑安全和经济因素来对荷载进行取值。     

饱水黄土隧道变形规律研究

新松树湾隧道位于饱和的砂粘土中,土体的稳定性极差,施工难度较大。为此,在隧道施工期间,通过土工试验、隧道收敛和围岩内部位移的现场监测、隧道变形的三维有限元仿真计算等手段,对该隧道的变形规律进行了系统研究,获得了大量试验数据。研究成果对隧道的施工组织和支护参数的确定起到了重要作用,为此类隧道的施工积累了经验。     

超深基坑土压力监测成果分析

土压力是基坑支护结构上的主要水平荷载形式。实际工程中由于土压力的大小受各种因素的影响而与理论值相差悬殊,在基坑支护设计时土压力的取值直接与支护结构未来的安全稳定性相关。通过对润扬长江公路大桥北锚碇深基坑工程土压力监测资料进行分析,得出坑壁土压力随开挖进行具有不同的分布形式,这对同类工程可靠性设计以及研究土-结构相互作用机制均具有重要意义。     

开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究

现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布（以减小为主）,围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。     

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。