黄土湿陷性与土体物性指标的相关性研究

为充分应用现有的试验资料,构建出一套快速准确的预测评价黄土湿陷性的新方法。笔者基于咸阳黄土塬区多年积累的岩土勘查数据资料,采用因子分析理论同偏最小二乘法及回归分析法相结合的研究方法,深入挖掘试验数据,应用黄土湿陷机理理论基础分析土体物性指标与黄土湿陷系数相关性及主要影响指标,分别构建了基于PLS方法及LogisticCum函数的黄土湿陷系数预测模型。结果表明,采用LogisticCum函数所构建的黄土湿陷系数与饱和度、孔隙比的三维曲面方程在预测黄土湿陷性方面是可靠的,模拟结果更加接近实际,可以满足工程应用的需要。     

湿陷性黄土的术语和基本概念

从黄土的湿陷性、黄土的湿陷特性曲线、湿陷特性曲线、湿陷类型和湿陷等级、增湿变形机理和力与水的作用次诒等５个方面列出了有关湿隐性黄白的３０条术语,并阐明了它们的基本概念。     

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。     

冀南黄土状土湿陷性与物性指标相关性分析及预测

湿陷系数与湿陷起始压力是评价黄土状土湿陷性的重要指标.影响黄土状土湿陷性的因素较多,包括饱和度、孔隙比、含水率、塑性指数等基本物性指标,且各指标之间并非完全独立,具有一定的相关性.本文通过定性和偏相关分析给出了黄土状土基本物性指标与湿陷系数、湿陷起始压力的相关程度,并进行了排序,确定了饱和度、湿密度、塑限/塑性指数为黄土状土湿陷系数、湿陷起始压力主要的独立相关性因素.提出了黄土状土湿陷系数、湿陷起始压力BP神经网络预测模型,选取冀南黄土状土实测数据为样本进行了训练和预测,结果表明黄土状土湿陷系数、湿陷起始压力实测值与预测值误差分别在6%、11%以内,精度较高,符合工程需要,在工程实践中具有一定推广价值.     

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。     

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。     

黄土的多级湿陷性研究

在野外现场渗水试验和室内实验的基础上,探讨了黄土湿陷性与湿度的关系,提出了黄土广义湿陷系数和潜在湿陷系数等新概念,定量分析了这些参数与湿度的关系。据此,作者认为黄土可以不是一次完成浸水湿陷,具多级湿陷特性。     

黄土的孔隙与湿陷性研究

实验资料表明，0.02-0.08mm之间的架空孔隙是引起极强湿陷和强湿陷的主要原因；0.008-0.02mm之间的支架孔隙是引起中等湿陷和弱湿陷的主要原因；不同湿陷性的黄土孔隙组合不同，极强湿陷和强湿陷黄土的突出特点是架空孔隙组合成网格状；湿陷后减少的孔隙数量在0.8-20%之间；宏观孔隙对湿陷也有一定影响；黄土的湿陷性是在干旱与半干旱地区的土壤化过程中产生的。     

湿陷性黄土试坑浸水试验中土压力变化特征分析

通过在山西运城湿陷性黄土地区进行的现场试坑浸水试验,首次将土压力数据传感器引入浸水试验当中,较为精确记录了试验过程中不同深度土层的土压力的变化特征,并将此变化特征与试验沉降观测数据进行了对比分析,了解了二者之间的变化方式及规律,从而阐明了湿陷性黄土遇水发生湿陷而产生沉降变形的临界条件及时间点,即沉降或突降的发生一般是在土层压力变化至最小或接近最小的时段。     

湿陷性黄土变形的微结构突变模型研究

根据湿陷性黄土的湿陷特点,分析了其主要影响因素,包括外部因素：水、荷载与内部因素微结构及其力学性质。从湿陷性黄土的湿陷性影响出发,建立了湿陷性黄土结构失稳突变模型,并从模型基本假定、微结构模型应力特性和湿化于微结构失稳的突变关系3个方面进行了理论分析研究,在一定程度上揭示出湿陷性黄土变形机制和规律。通过微结构突变失稳理论发现：当应力状态满足孔隙微结构失稳判别式时,微结构元的变形状态将诱发微结构失稳崩塌。微结构的稳定性与结构刚度 和受力状态 密切相关。地下水不仅改变了颗粒的受力情况,更重要的是使颗粒间连接刚度降低,从而导致微结构失稳。     

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。     

基于广义塑性力学的黄土湿陷变形本构关系

分析了黄土湿陷变形的塑性特性,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构关系。将增湿含水量作为内应力,应用常规三轴浸水试验拟合得出了湿陷体积屈服面和剪切屈服面,并且给出了黄土湿陷变形的起始屈服面。该模型能够反映湿陷性黄土在不同湿陷作用,即水和力的不同组合作用下的湿陷变形特性,考虑了湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对它们的交叉影响。     

聚类分析和因子分析在黄土湿陷性评价中的应用

影响黄土湿陷性等级的因子之间存在着相关性,针对这一问题,利用聚类分析和因子分析理论研究了因子之间的相关性,并建立了分析模型。选用天然重度、干重度、孔隙比、含水率、塑性指数5项指标作为评价因子,以湿陷系数作为评价指标,通过聚类分析和因子分析表明黄土的天然重度、干重度、孔隙比对黄土湿陷性等级影响具有共性,可归为一类因子;含水率和塑性指数分别为一类,这样就将相关的原始因子转换为相互独立的因子。将聚类分析和因子分析引入黄土湿陷性系数等级评价中,不仅保留了原始因子的信息,而且还消除了多重共线性的影响,减小了误差,提高了分析结果的准确性。工程实例分析表明,提出的分析模型与实际工程相吻合,具有重要的工程实际意义。     

基于主成分分析法的Q2黄土湿陷特性研究

Q2黄土由于埋藏深,结构相对致密,其湿陷性问题常常被忽视。湿陷系数作为评价黄土湿陷程度的定量指标,其影响因素众多,包括土的含水率、干密度、孔隙比等。由于各因素之间存在一定相关性,所建立的湿陷系数与物理指标之间相关关系往往准确度较低。为降低黄土湿陷指标多重相关性对数据回归分析结果的影响,提高预测精度,以彬州渭化乙二醇项目场地Q2黄土为研究对象,在统计分析场地地层物性指标及湿陷系数与物性单一指标之间相关性的基础上,筛选了7个与湿陷系数相关性较好的指标。采用主成分分析法,通过多元线性回归分析,建立了以累积方差贡献率为基础的Q2黄土湿陷系数计算模型。模型计算值与实测值对比结果表明,该方法有效较低了湿陷系数影响因子之间的多重相关性和相互影响问题,证实了所建立的Q2黄土湿陷系数与独立影响因子之间相关关系的合理性和准确性。     

离石地区湿陷性黄土地基强夯参数的试验研究

针对离石地区超高填方下深厚湿陷性黄土地基强夯加固参数及效果开展了系列试验研究,分析了强夯前、后各试验区平均夯沉量和土体主要物理力学指标的变化规律,并给出2 000、3 000、6 000 kN•m 能级条件下强夯加固的夯点中心距、最佳击数、停夯标准及有效加固深度等主要参数,在此基础上确定了强夯有效加固深度的估算方法。试验结果表明,离石地区深厚湿陷性黄土地基强夯处理后加固效果显著,有效加固深度范围内黄土湿陷性基本消除;离石或类似地区湿陷性黄土地基采用2 000 kN•m及其以上能级进行强夯处理后,地基承载力特征值均可达到300 kPa以上,土体变形模量大于25 MPa,强夯有效加固深度可采用修正Menard公式进行估算,修正系数可取0.35～0.37;2 000、3 000、6 000 kN•m 能级强夯最佳击数分别为11、10、10击,有效加固深度分别为5、6、9 m,夯点中心距分别为4、4、5 m,且分别可将点夯最后两击的平均夯沉量不大于5、5、10 cm作为停夯标准。试验研究成果可为同类工程的设计与施工提供参考。     

PHC管桩在湿陷性黄土中的应用

结合工程实例,对高强预应力混凝土管桩(PHC)在湿陷性黄土地区的应用进行了理论计算及试验研究。结果显示,在考虑土塞效应后,根据规范公式计算的单桩极限承载力值偏于保守。此外,根据单桩静载荷试验,验证了当Q-S曲线为缓变型时,采用多项式拟合法推测单桩竖向承载力标准值以及采用S-lgQ法确定单桩总极限侧阻力值的方法,与实际情况较为吻合。     

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。