北京地面沉降区土体变形特征

因过量开采地下水而引发的地面沉降问题已成为北京平原区最主要的地质灾害。北京地面沉降监测网络从2002年开始建设,到2008年底已经基本覆盖整个平原区。本文基于地面沉降分层标和地下水位监测资料,从土体变形与水位随时间的变化、土体变形和水位的关系出发,分析了不同岩性、不同深度土体在不同的水位变化模式下的压缩变形特征,最终将土体在水位变化下的变形特征概括为5类。结果表明:现阶段北京地面沉降区浅部土体压缩减缓,中深部土体和深部土体多以较快的速度持续压缩。砂层以弹性变形为主;不同埋深的粘性土体存在弹性变形、塑性变形和蠕变变形,具有显著的粘弹塑性。     

北京典型地面沉降区土体压缩特征研究

北京平原区地面沉降目前处于快速发展阶段,影响因素十分复杂,其中粘性土体的存在是其赖以形成的物质基础。以北京昌平八仙庄典型地面沉降区为研究对象,采取逐级加荷、逐级卸荷以及反复加卸荷,分析100 m以浅粘性土体在不同加卸载方式下的固结特征。实验结果表明：荷载从25 kPa分级加荷到1 600 kPa,粘土变形量大于粉土,分别为2.822 mm、1.000 mm;荷载从400 kPa分级卸除到50 kPa,粘土的回弹量大于粉土,分别为0.277 mm、0.121 mm;反复加卸荷条件下粉质粘土及粉土较之粘土更容易达到固结状态,蠕变时间效应为粘土>粉质粘土>粉土。建议在制定地面沉降灾害防治措施方案时,应充分考虑沉降区地层土体特征影响。     

天津地面沉降区土水比论述

天津市地面沉降分布广,沉降速率大。本文针对当前地面沉降研究和防治过程中所遇到的勘查资料严重缺乏、禁采难以全面实现等难题,提出了土水比指标量。通过概念分析和对多年数据的分析,认为土水比可以检验地下水开采量数据的统计精度,指示地下水资源补给及土层释水条件,并表明沉降的严重程度,反映地下水资源的保障程度。建议在沉降防治工作中,以土水比作为指标,通过相关分析模型来制定压采量。     

孔隙直径法判别无黏性粗粒土渗透变形类型适宜性统计分析研究

为验证孔隙直径法对于各类无黏性粗粒土渗透变形类型判别的适宜性,采用试验验证的方法,对收集的27个工程、145个试样的渗透变形试验结果进行分类统计分析研究。结果表明：（1）连续级配碎砾石与试验结果符合率最高为80.0;（2）不连续级配碎砾石与试验结果符合率较低,为55.0;（3）不同类型砂与试验结果符合率最低,仅为22.0。由此可见,孔隙直径法可较好地适用于连续级配碎砾石渗透变形类型的判别,但对于不连续级配碎砾石和不同类型砂土,则适宜性较差。     

无黏性有限土体主动土压力解析解

经典土压力理论的应用是基于半无限土体,但当墙后土体范围有限时经典土压力理论可能就不再适用,出现有限土体土压力问题。针对较复杂条件下无黏性土的有限土体土压力问题,建立了计算模型,并采用薄层单元法推导出解析公式,证明经典的郎肯土压力和库仑土压力皆为所提出的新公式的特解。在综合考虑不同计算条件后,制定土压力计算流程,涵盖了各个条件下土压力计算方法。通过计算分析表明：极限破裂角不为定值,随计算参数的变化而变化;不存在有限土体时,所提新公式解与库仑解较接近;出现有限土体时,新公式解趋近于模拟解,从而证明了新公式解的合理性。此时与库仑解相比,则存在明显差异。     

沧州典型地面沉降区土体压缩与固结特征研究

近年沧州市地面沉降主要发展于其市区地下水位降落漏斗中心及邻近郊县的水位漏斗区域.本文以沧州市区钻孔土样为研究对象,通过常规物理测试及不同压力等级下的高压固结试验,分析了土样各物理指标之间的关系,颗粒结构与土体压缩的关系.对土体在不同深度和压力变化下的压缩变形、压缩系数及固结特征进行了研究,得出压缩系数和固结压力在双对数坐标下能呈现出很好的线性关系.对沧州地区以粘性土压缩变形引起的地面沉降研究提供数据支撑.     

天津地面沉降严重区分布特征及变化规律

天津市地面沉降历史悠久,自1923年至今共经历了6个不同的阶段。截至2020年,天津市大面积的地面沉降已基本得到控制,但局部还存在年沉降量大于50 mm的沉降严重区,从大面积治理到小区域精准防控,天津市地面沉降分布特征已体现出新形势,地面沉降防治工作也面临着新的要求。为准确掌握新形势下地面沉降发展规律,精准施策,针对性治理,文中收集并分析2010—2020年天津市地面沉降水准测量、地下水位、地下水开采量等数据,对2010—2020年天津市地面沉降严重区分布特征及演化规律进行归纳总结。研究结果表明：2010—2020年,天津市地面沉降经历了沉降波动期（2010—2012年）、稳中向好期（2013—2016年）和快速减缓期（2017—2020年）三个时期,地面沉降平均沉降量下降了37%,沉降严重区面积减小了67%。各阶段沉降变化均与地下水开采量密切相关,截至2020年,天津市现存集中分布于西南部的5个沉降严重区,分布范围与深部含水组地下水漏斗分布范围基本一致。     

非黏性土泊松比试验研究

土体泊松比是反映土体侧向变形的重要参数,但是目前的研究应用与模型参数的重要性不相符.通过基于局部变形测量的三轴试验,分析了泊松比的变化规律:在相同的成样方法和控制密度条件下,同一种材料的颗粒排列组合结构基本类似,在不同围压条件下的试样变形规律基本保持一致;随主应力比的增加,切线泊松比也随之增加,建立泊松比与主应力比之间的关系更符合泊松比取值规律.     

天津滨海地区晚新生代地层自然固结与地面沉降研究

天津滨海地区地处渤海湾西岸,晚新生代沉积了巨厚的松散沉积物。地下水位下降、地层自然固结、地表载荷的加速增长等复合因素造成了严重的地面沉降。利用在天津滨海新区塘沽地区施工的一眼1 226 m全取芯钻孔,通过原状样品测试分析,系统研究了晚新生代土层的物理力学性质、黏性土固结特征,并结合欠固结黏性土层沉降量计算等方法阐述了土层固结状态空间特征,探讨了土层固结特征与地面沉降的相关关系。结果表明：该地区0～100 m深度土层具有低天然密度、高孔隙比、高含水率、高压缩性等特点,表现出软土的性质,在地表荷载增大的情况下,易发生地面沉降;100～550 m的黏性土大都处于超固结和微超固结状态,主要是由于过去地下水的大量开采造成的;550 m以下的黏性土多为正常固结,局部存在欠固结黏性土夹层。钻孔中存在合计约218 m的欠固结黏性土夹层,这些欠固结黏性土夹层在自重应力下的最终沉降量为1 985 mm,沉降量最大的土层对应于第1、6含水组,分别达614 mm和665 mm,这一沉降过程完成所需时间为数十年甚至上百年。     

济南富水孔隙黏性土地层渗透性试验研究

以济南市轨道交通R1线大杨庄站主体基坑降水工程为例,研究表明发育于济南区域孔隙黏性土地层黏性土内具有独特的空间网状孔隙、孔洞结构。通过4种渗透性试验成果对比分析,室内试验、声纳渗流试验测定的渗透系数均较小,与实际地层渗透能力相差很大;抽水试验与回灌试验测定的渗透系数相近,远远大于一般黏性土的渗透性,渗透系数随着回灌压力的增加而呈线性提高,回灌引起周边地下水位上升较小,影响范围有限,符合济南孔隙黏性土地层的富水性强和渗透性好特性,具有独特性和鲜明的区域特点。相关试验成果可以为相关区域基坑降水与回灌设计、施工和泉水环境保护提供参考。     

华北平原典型黏性土体固结特性的试验研究

针对华北平原地面沉降区衡水市漏斗中心分层标处所采土样,在其压缩固结试验基础上分析了典型黏性土体的固结特性,即压缩系数.根据黏性土结构、矿物成分及阳离子交换量的测试结果,得出黏性土的孔隙分维值、矿物质量分数与压缩系数呈正相关关系,阳离子交换量与压缩系数随埋深变化基本呈正相关关系.通过分析影响黏性土固结特性的内在因素和数量关系,阐明了黏性土物理化学性质对黏性土体固结特性的影响.     

细颗粒珊瑚砂、石英砂、黏性土蠕变特征对比研究

珊瑚砂吹填地基主要由耙吸或绞吸吹填的珊瑚砂、珊瑚枝、礁灰岩碎块构成,珊瑚砂颗粒大小不均、分布无规律,颗粒存在棱角和内孔隙,珊瑚砂地基的长期缓慢变形是建构筑物变形控制的重点。通过室内135天的蠕变试验,将细颗粒珊瑚砂、石英砂、黏性土的蠕变特征进行对比分析发现,细颗粒珊瑚砂与石英砂的蠕变特征相似,与黏性土存在明显区别,在较低荷载水平下,细颗粒珊瑚砂地基的长期变形可依据石英砂的研究成果进行估算。     

阜阳市地面沉降区水位改正分析

安徽省阜阳市因地下水超采引起地面沉降,使区域内水准点高程处于不断变化中,破坏了水位资料系列的一致性。本文根据收集的实测成果资料,建立地面沉降区内水准点考证系列和实际高程系列,分析使用的各水准点之间的关系和沉降规律,给出地面沉降后历年水位订正值,并进行综合合理性检验分析,阐述水位改正分析经验和建议,为地面沉降区水位改正提供技术参考。     

土体渗透稳定性判定准则

土体的渗透稳定性是指在渗流条件下宽级配土体内粗颗粒阻止细颗粒流失的能力,土体的渗透稳定性受几何条件、水力条件和物理条件的影响。从几何条件出发,通过对收集的167种土的室内渗透侵蚀试验结果的分析,基于对土体渗透稳定性控制变量地研究,将土分成良好级配土和间断级配土两大类;基于细粒（小于0.063 mm）含量的不同,将每类土又细分为3类,针对不同细类土提出了不同的渗透稳定性几何判定准则。从水力条件出发,研究了应力状态对土体渗透侵蚀起动及破坏水力梯度的影响。试验结果表明,起动水力梯度和破坏水力梯度都随着围压的增大而增大,是由于增大围压使得颗粒间的摩擦力增大的结果。     

黏性土渗透性温度效应实验研究

由于全球气候变暖、城市热岛效应加剧和核废料地质处置等原因,温度对黏性土工程性质的影响日益受到关注。本文在实验的基础上,采用直接测量法,对南京下蜀土、淤泥质土以及混合土3种试样,进行了5°～45°温度下的变水头渗透实验,分析了温度对黏性土渗透性的影响。实验结果表明:温度对3种试样的渗透性均有较大影响。温度越高,渗透性越大;试样的密度越大,渗透系数随温度变化率越低;在3种试样中,混合土的渗透系数高于淤泥质土和下蜀土的对应值,而淤泥质土的渗透系数又略大于下蜀土。最后对黏性土渗透性的温度效应机理进行了分析,认为水的动力黏滞性,黏粒的双电层厚度以及土的微结构三方面因素的共同作用引起了黏性土渗透性的温度效应。     

非饱和黏性土的电阻率特性及其试验研究

在讨论黏性土导电特性的基础上,假定非饱和黏性土中存在3种电流流通路径,针对已有的非饱和土电阻率结构模型存在的缺陷,推导了适用于非饱和黏性土的电阻率结构模型,探讨了土电阻率的主要影响因素,并将其归纳为3类。最后,通过对合肥膨胀土相关试验研究,分析了含水率、孔隙水电阻率、温度以及孔隙率对膨胀土的电阻率的影响特征,探讨了非饱和膨胀土的电阻率基本特性。     

不同应力路径下某高速公路路基黏性土湿化变形试验研究

针对某高速公路黏性填土路基浸水湿化的情况,进行了大量室内试验研究。为了研究土在实际应力路径下的湿化变形规律,分别在常规三轴应力路径、常规三轴K0固结应力路径、K0固结+常规三轴压缩应力路径以及使用真三轴仪的平面应变下K0固结 + 平面应变剪切应力路径和平面应变等应力比路径下进行了黏性土的湿化试验。通过对试验数据的分析,得到了湿化附加轴向应变与湿化时应力水平的幂函数关系。通过总结研究不同应力路径下应力-应变曲线的规律,提出了不同应力路径下的应力-应变关系的公式。     

固结比对黏性土动剪切模量影响的研究

采用共振柱试验方法,对固结比对黏性土最大动剪切模量和对动剪切模量比与剪应变非线性关系的影响进行了研究,并通过土层地震反应计算,初步给出了这种影响对地表反应谱作用的估计。通过对粉质黏土和粉土的系统试验,提出了计算不同固结比粉质黏土和粉土最大动剪切模量的建议公式,并与Hardin公式进行了对比。结果显示,固结比kc >1.0时的最大动剪切模量较kc=1.0时的增长程度明显比Hardin公式要大。与砂土试验结果相比,固结比对黏性土最大动剪切模量影响程度更大。同时,分析了固结比对动剪切模量比与剪应变非线性关系及对地表反应谱的影响。结果表明,固结比对黏性土动剪切模量比与剪应变非线性关系有一定影响,随固结比增加,动剪切模量比非线性关系曲线有一定提高,动剪切模量比值增大,在强地震动作用下的土层反应分析中应考虑实际固结比的影响。     

天津市地面沉降区地下水开采指标综合评定方法研究

实行地面沉降控制和地下水资源的统一管理,是天津市地面沉降防治工作的特色。本文针对地下水超采是影响天津市地面沉降主要因素的现状,通过对多年地面沉降监测以及地下水资源开发利用数据的分析,首先在全市范围内初步确定各乡镇2007年地下水开采指标或维持2005年实际开采水平,或选用一元回归分析方法建立地面沉降预测模型。在建模过程中,应用地质系统科学理论,综合考虑2001～2005年各年度地面沉降和地下水水位动态,将天津市划分为若干个子系统,每一子系统作为一个回归分析单元。为了将各计算单元的预测结果具体到各乡镇地下水资源开采指标制定中,结合各乡镇地面沉降现状和地下水替换水源条件,并根据计算单元内各乡镇地下水开采强度、地下水超采程度、沉降敏感度以及地下水位超限程度等因素进行压采规模的综合分级。这一方法已得到我市相关水资源管理部门的认同,并取得了较好的实践效果。     

黏性土卸载屈服特性试验研究

通过扰动的粉质黏土室内固结排水卸载剪切试验,分别得到真三轴和普通三轴侧向卸载条件下的应力-应变曲线。对这些曲线分析可知,它们表现为应变硬化和非线性,其初始阶段呈直线状,很快转变为曲线;真三轴试验（轴向应力 为常量、减围压 、保持应变 0）相比普通三轴试验（ 为常量、减 ,且中主应力 ）,真三轴试验屈服发生在应力差（ ）值较高、轴向应变值 较小处;将试验取得的各屈服点进行整理分析,认为这种土在卸载条件下的屈服表现较适宜于Matsuo-Nakai屈服强度准则。