西宁地区黄土增湿变形特性及微观结构分析

针对西宁地区湿陷性黄土,通过侧限压缩试验,分析埋藏深度和增湿含水率对黄土在增湿条件下湿陷变形和压缩变形变化规律,并结合电镜扫描对不同增湿含水率黄土试样的微观结构进行定性定量分析,宏微观结合分析黄土试样微观结构与湿陷变形之间的相互关系。结果表明:（1）随着含水率的增大,同一压力下的增湿湿陷变形量和压缩量逐渐变小,且当含水率增加到一定程度时,土体被挤密、强度提高,压缩性减弱、湿陷性减弱或无湿陷性;（2）由于黄土应力历史影响其结构性和湿陷性,随着埋藏深度和含水量增加,5 m的黄土较于3 m的黄土所表现出的增湿湿陷变形量和压缩变形量相对较小;（3）浸水前后随着含水率的增加,孔隙的排列方式逐渐趋于稳定,颗粒分布逐渐集中且团粒化程度变高、孔隙面积比例逐渐减小、孔隙形态逐渐变得狭长与浸水前后黄土宏观增湿变形表现一致。     

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。     

增湿高能级强夯法处理湿陷性黄土地基的研究

湿陷性黄土在浸水过程中结构弱化,湿陷变形发展很快,量也很大,强度大幅度降低,在湿陷性黄土地区进行工程建设时,必须进行地基处理。通过分析黄土湿陷性机理及其影响因素,提出了将增湿高能级强夯法应用于湿陷性黄土地基处理的方法,以增湿高能级强夯法加固黄土的机理为理论基础,将该法应用于实践工程,经试验检测,其加固效果较好,消除了黄土湿陷性的同时,还提高了黄土的强度。验证了该法是一种湿陷性黄土地区地基处理的较好的技术。     

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。     

陕西洛川L_1～S_4黄土-古土壤湿陷性及其成因研究

利用工程压缩实验方法,对陕西洛川坡头黄土剖面L_1黄土至S_4古土壤进行了湿陷性的测定。结果表明,2kg压力下L_1~S_4湿陷系数变化在0.002~0.091之间,S_2古土壤及其以上层位都具有湿陷性,湿陷性土层分布深度为20m。L_1和L_2黄土分别为强湿陷性和中等湿陷,湿陷系数分别为0.071和O.056;S_1古土壤上部和S_2古土壤分别为弱湿陷和中等湿陷,湿陷系数平均分别为0.018和O.031。3kg压力下L_4黄土及其以上层位都具有湿陷性,分布深度达到了28.6m。在L_4黄土和其之上的层位都具有不同程度的自重湿陷性。在洛川坡头剖面L_3黄土之下的土层已不具有湿陷性,表明导致黄土湿陷的不稳定的土壤结构性孔隙在该层黄土及其以下已经受到了重力作用的破坏。洛川剖面在0~20m左右深度范围黄土湿陷系数、孔隙度和饱和度在垂向上随黄土与古土壤的交替呈波动变化规律,黄土层的湿陷性比古土壤湿陷性强,经受成壤作用弱的s:古土壤比经受成壤强的s。古土壤湿陷强,这是当时的冰期与间冰期成壤作用强弱不同造成的,也表明第四纪气候变化是导致黄土剖面湿陷性强弱变化、饱和度及孔隙度变化的主要原因,同时表明第四纪气候变化理论研究成果在黄土工程性质、工程性质产生原因和垂向变化规律研究方面具有重要应用价值。孔隙度与湿陷系数之间呈指数函数正相关关系,饱和度与湿陷系数之间呈指数函数负相关关系。孔隙度与饱和度具有指示黄土湿陷性强弱的作用。     

太原市湿陷性黄土及其分布

太原市湿陷性黄土及其分布林景贤，曹希胜（山西冶金岩土总公司）笔者在太原地区进行工程地质勘察时，对工作区的探井样品进行了物理性质的分析测定，获得了有价值的资料。１湿陷类型和湿陷等级湿陷系数３Ｓ值大于０．０１５时定为湿陷性黄土，计算湿陷性系数民值按）一～...     

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。     

基于微结构参数主成分的黄土湿陷性评价

黄土的湿陷性与其微观结构特征密切相关,它的微结构又受其应力状态和所处的含水状态影响。通过改变含水率与固结压力,对西安原状黄土进行了湿陷性试验,由此分析了不同含水率与固结压力条件下湿陷性的差异与联系,同时通过电镜扫描（SEM）获取了湿陷前、后黄土试样的微结构照片,进而获取了相应条件下的SEM照片的简单微结构参数。分析了湿陷前、后微结构参数的变化,探讨了简单微结构参数间相关关系,基于主成分分析法构建了合成微结构参数。研究表明：随着固结压力的增大,颗粒体所占比重越来越大,第1主成分近似线性增大,黄土湿陷系数与其累积主成分呈线性关系。根据这一重要认识,建立了主成分得分的湿陷系数计算方法,进而建立了黄土湿陷性评价方法。该研究对定量研究黄土湿陷性的微结构效应做了有益的探索。     

关中平原湿陷性黄土渗透特性试验研究

黄土的湿陷性和渗透性相互影响,黄土的湿陷是由水的渗透浸润引起的,而渗透特性又直接决定着湿陷的发生和发展。本研究采用现场双环渗透试验以及原状样室内变水头渗透试验,对关中平原湿陷性黄土渗透特性进行了研究。研究发现黄土的结构、构造以及土体成分是影响黄土渗透性的重要因素,黄土的干密度和孔隙比对其渗透系数影响较大,黄土湿陷后,渗透系数明显变小。现场渗透试验测得的非饱和渗透系数大于室内试验测得的饱和渗透系数,现场渗透试验更贴近于工程实际。     

宁夏南部黄土的特殊工程性质及防治综述

黄土高原北部的宁南黄土以其强的Ⅱ-Ⅲ级自重湿陷性在我国黄土中占独特地位。究其原因:黄土内部的孔隙结构,粒度组成和胶结类型间的紧密联系,是引起黄土湿陷性强弱或湿陷敏感性高低的内因。影响场地土湿陷敏感性的外因如土层厚度、埋藏深度、水平垂直向渗透系数等又与土的孔隙度和结构类型有关,结构差异将导制湿陷敏感性的差异。黄土湿陷性及湿陷敏感性随深度的增加而递减,通过对该区黄土产生湿陷性机理进行的分析,提出相应的工程防治措施。     

增(减)湿时黄土的湿陷系数曲线特征

分别采用单线法和双线法对原状 黄土进行了增、减湿情况下的单轴压缩试验。根据试验结果,总结出了黄土的湿陷变形随饱和度及压力变化的规律,分析了湿陷性黄土在增（减）湿过程中的湿陷变形性状及不同应力路径对黄土湿陷变形特性的影响,指出湿陷系数曲线因为试验方法的不同而表现出不同的规律性：初始含水量较低时,单线法的湿陷性大于双线法;当初始含水量达到某个值时,两者的湿陷系数曲线出现交叉现象;当初始含水量超过该值后,单线法的湿陷性小于双线法;这种交叉现象是由黄土本身的特殊结构性所决定的。最后对湿陷系数与初始含水量的关系进行了探讨。     

灌溉引起的黄土工程地质性质变化

引水灌溉改变了黄土的原生环境,使黄土在增湿乃至饱和的过程中,微结构、物理、力学及水理性质都不同程度地发生了变化,成为诱发黄土灾害的重要条件.以甘肃省黑方台灌区为研究区,开展从原位试验到室内测试、从传统土力学到非饱和土力学、从微观到宏观的多角度系统研究,揭示灌溉引起的黄土工程地质性质变化.研究结果表明,灌溉造成黄土原生结构破坏,孔隙总量和孔隙度普遍减小,造成天然含水量、天然密度、干密度等物理性质指标增高,天然孔隙比降低,黄土压缩性和湿陷性趋低,抗剪强度降幅尤为明显;从非饱和土力学角度看,灌溉使得黄土含水量增加,基质吸力降低,非饱和黄土强度参数也随之呈递减趋势;从黄土时效变形分析看,灌溉使得黄土更易发生蠕变变形和破坏.     

湿陷性黄土处理的探讨与研究

湿陷性黄土在我国主要分布在山西、陕西、甘肃的大部分地区,是一种非饱和的欠压密土,具有大孔和垂直节理,在天然湿度下,其压缩性较低,强度较高。但遇水浸湿时,土的强度显著降低,在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形,是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形,对建筑物危害性大。本文从湿陷性黄土发生的原因、评定以及处理措施等方面进行本工程湿陷性黄土处理的探讨与研究。     

考虑结构性的冻融作用对黄土湿陷系数的影响

结构性是黄土的基本属性,黄土的湿陷特性与其结构性之间有着必然的联系。针对冻融作用对不同结构性黄土湿陷性的影响,以水泥作为模拟土颗粒间的联结材料制备了人工结构性土,开展了不同水泥含量的人工结构性土与相应的原状土、重塑土的湿陷试验,分析了结构性、冻融作用、初始含水率、湿重度及荷载大小对湿陷系数的影响规律。试验结果表明：冻融前后,人工结构性黄土的湿陷系数均比原状土、重塑土的湿陷系数小,且随着水泥含量的增加,湿陷系数有所减小;冻融之后,各土样的湿陷系数几乎均有所增加,但增加的程度和土样初始结构、含水率、干密度（压实系数）及竖向荷载关系密切,尤其当含水率接近最优含水率和土样为重塑土或水泥含量较低的人工结构性土时,冻融后湿陷系数增大幅度显著。在标准荷载200 kPa下,冻融前后原状土、重塑土的湿陷系数与其湿重度之间基本呈较好的线性负相关关系,而人工结构性黄土湿陷系数与湿重度之间并不呈线性关系;竖向荷载为50 kPa时,重塑黄土和5%水泥含量黄土的湿陷系数与冻融次数之间存在着较好的对数关系。以水泥作为土颗粒间联结材料,制备的人工结构性土是否能很好地代替原状土反映结构性黄土的湿陷特性,还需更进一步深入研究。     

西峰塬黄土的湿陷性研究

采用双线法对西峰塬原状Q3黄土进行增湿、减湿情况下的压缩试验。分析了黄土的湿陷变形随湿度及压力的变化规律。利用SEM技术测试了黄土湿陷前后的微结构变化,采用微结构定量化分析方法和分形分维集合方法分析了黄土试样微观孔隙的变化规律。结果表明:(1)黄土湿陷性的产生是构成黄土架空孔隙的刚性结点变异导致。(2)同级压力下超越湿陷率随初始含水量的增加而变大; 初始含水量在同一水平下,随压力的增加超越湿陷率逐渐变大。(3)黄土湿陷过程伴随孔隙数量大幅增加,平均孔径减小,孔隙面积缩小,大中孔隙数量骤降; 孔隙结构变得更加复杂。本文提出了黄土超越湿陷率的概念及受外界因素的影响规律,分析了非饱和黄土的湿陷机理,即水分和外力不同组合情况的湿陷性。     

豫西东部黄土工程特性研究

豫西东部堆积了第四纪不同时期的风成黄土及冲积、冲洪积黄土状土,全新统黄土、上更新统黄土具有湿陷性,为弱—中等湿陷。中更新统黄土一般不具有湿陷性。黄土的微观结构与土的形成时代、成因类型关系密切,全新统黄土颗粒间为开放或次开放式架空结构,具有较高的湿陷性,上更新统黄土接近接触式胶结,存在粒间架空孔隙,潜在弱—中等湿陷性;中更新统黄土为不等粒基底胶结结构,存在骨架接触式孔隙,一般不具有湿陷性;同时,黄土的渗透性又具有各向异性。     

黄土湿陷机理研究现状及发展趋势

在回顾早期黄土湿陷机理研究成果的基础上,概述了黄土湿陷机理的发展历程,从微观结构、数理分析方法、土力学角度和建立本构模型4个方面总结了黄土湿陷机理的研究现状。通过工程实例研究提出了当前黄土湿陷机理发展中存在的问题;并对其发展趋势进行了分析。认为应以黄土微观结构研究为基础,结合先进测试仪器和分析软件,从非饱和土力学的角度出发,采用离散元分析手段,考虑溶盐因素,系统建立各种应力路径下黄土湿陷本构关系,从而完善黄土湿陷机理的研究。这对正确理解和研究黄土湿陷机理具有重大的理论意义和指导意义。     

干湿循环作用下压实黄土湿陷特性试验研究

压实黄土作为重要的填筑材料,广泛应用于我国西北、华北公路、铁路、机场等基础设施建设中.由于降雨及蒸发的周期性变化,黄土路基及基础经历着强烈的干湿交替作用.基于此,开展压实黄土风干干燥-滴水增湿条件下的干湿循环试验,利用双线法测试最佳含水量条件下不同初始压实度的黄土土样干湿循环前后的湿陷系数.结果表明：没有经历干湿交替作用的土样,湿陷系数随着压实度的增大而快速减小,当压实度达到90%,提高压实度对于黄土湿陷变形特征的影响较小;5次干湿循环作用后,不同压实度下的试样的湿陷系数均明显增大,且压实度越大,干湿作用对其湿陷变形的影响越显著;压实度K=95%试样在经历5次干湿循环作用后土样上部出现肉眼可见的细微孔隙,体积膨胀,有可溶盐析出,湿陷系数达到0.017,土样出现二次湿陷.     

黄土湿陷区长输管道暗悬长度探析

统计分析研究区2014、2015年度管道地质灾害调查结果,得到黄土湿陷最为发育,占灾害总量的58%。黄土湿陷形成的碟形地、裂缝、落水洞、陷穴、暗穴等轻则造成管区填土不均匀沉降或局部塌陷,重则导致管道出露或暗悬。长距离暗悬管道,在自身重力和外加荷载作用下,可能发生弯曲变形、甚至断裂,严重威胁管道运营安全。本次研究依据实际情况构建管道暗悬受力模型,合理选取模型参数,计算得到在强度和挠度条件下暗悬管道的极限跨度依次为15.41m、14.69m,并确定管道的安全跨度9.54m,为管道的应急抢险和安全运营提供依据,为管道黄土湿陷灾害防治提供技术保障。