大厚度黄土场地勘察的湿陷性与抗震评价课件

大厚度黄土场地勘察的湿 陷性与抗震评价 中国市政工程西北设计研究院 华遵孟 刘若琪 大厚度湿陷性黄土与填土场地 湿陷下限深度大于1520m、一般地基处理 方法难以满足规范和设计要求的级 自重湿陷性土层，可称为大厚度湿陷性黄 土或填土。 随着工程建设场地的扩展，大厚度黄土成 为当前黄土地区工程建设研究的重点。 一、大厚度湿陷性黄土与填土场地的成因 类型 类黄土塬坪与高阶地工程场地 兰州理工大学彭家坪校区：地面高程15901600 m；时代成因全新世风积； 地质环境原始地貌未破坏，经历约30年的灌溉；深部地层结构弱非湿陷黄 土（Q3）厚20m左右，早更新世冲洪积卵石埋深3848m；湿陷土层下限深度 625m；湿陷类型与等级级非自重 级自重湿陷性。 类黄土山前冲洪积平原工程场地 兰大榆中夏官菅校区 ：场地高程1800m左右 ；冲洪积成因；原始地貌未破坏，经 历约30年的灌溉；冲洪积碎石与粉土互层，埋深2834m； 级自重湿陷 性。 类黄土梁峁坡麓区填挖改造工程场地 四库全书藏书楼工程：整平后场地高程1800m左右 ；近1030年分期人工挖 填 ；黄土梁峁及冲沟原始地貌已破坏 ；Q2老黄土埋深020m，下部为冲洪积卵 石及前寒武系变质岩 ；湿陷土层下限深度 325m ；非湿陷 级自重湿陷 性。 类黄土沟谷填挖改造区工程场地 九洲开发区第一看守所 ：整平后场地高程1540m左右 ；近520年人工 分期挖填 ；原始黄土沟谷地貌已破坏 ；局部分布的黄土37m；砂砾层 厚2.33.5m；第三系砂岩埋深028m。；填土厚度528m ；级自重 湿陷 性。 四库全书藏书楼工程 建设中的四库全书藏书楼工程 九洲开发区 二、大厚度湿陷性黄土与填土场地的工程 性质 1、大厚度黄土湿陷性质变化的复杂性 原始地形地貌未受破坏的工程场地，一般均属高阶地或 黄土梁峁（类及类），多为非农作荒地或旱作农田 ，呈现大厚度、强湿陷性和大孔隙、低含水量、低压缩 性。 随深度增大，含水量变化很小，而孔隙比随深度 逐渐减小，湿陷性随深度逐渐减弱的规律性十分明显， 深部可见有时代较老的非湿陷性黄土地层。s0.015 的湿陷性样品分布连续， 湿陷类型等级与下陷深度在 同一地貌单元或场地上变化不大。 经受农业或绿化灌溉后，场地与地基土的工程特性指标 变得复杂化：含水量随灌溉时间的长短，已有不同程度 的增大；湿陷性样品分布不连续，场地湿陷性已有不同 程度退化 ；场地浅部自重湿陷性已明显退化 ；湿陷下 限深度与计算总湿陷量、自重湿陷量差别较大； 场地 湿陷类型和等级从I级非自重到IV级自重变化很大 ，勘 探点间距不足时，湿陷性分区规律性不强。 2、大厚度松散填土 自重湿陷变形和压密变形的严重性 当堆填年代较短时，结构松散，湿陷性强 烈而又敏感，具有更强的湿陷性和更高的 压缩性自重压密固结作用在缓慢进行中， 数十年仍不能充分完成； 沟谷填土中含有多量软岩块石时，探井取 样困难，其工程性质积累的资料很少，认 识不足。 3、勘察工作抗震评价的任务 和大厚度黄土场地抗震评价的复杂 性 抗震评价对勘察的主要要求： 一是准确确定场地抗震类别，为结构抗震设计和 验算提供依据； 二是划分场地与地基土对抗震有利、不利或危险 地段，判定场地稳定性和饱和砂土与粉土的液化 与震陷等地震效应，为地基抗震措施设计提供依 据； 三是调查局部突出地形产生放大作用的地形地质 条件，为设计人员考虑选用地震动参数放大系数 提供依据； 四是在有活动性构造断裂带通过的场地，查明断 裂带位置，并根据区域地质构造基础资料分析断 裂性质和对场地的影响，提出建筑物布置调整建 议。 3.1场地抗震类别评价中的问题和大厚度黄土场地波 速特征 图1 兰州市区剪切波速随深度变化散点图 碎石土波速测试统计图 对浅埋大厚度碎石土或软岩不加分析地一律认为 是密实、坚硬场地土，以表层覆土厚度作为覆盖 层厚度，覆土厚度薄就判定为类场地 。 大厚度黄土场地特征 大厚度黄土场地在地震时的地面运动特征与低阶地有明显不同。 一是有效峰值加速度较低阶地大，二是加速度反应谱周期加长, 三是波速随深度增长而增大有明显的规律性。不同时代成因黄土 的剪切波速随深度增长的幅度不同 ，20m深度范围内的等效剪 切波速计算值差别较大 ： 兰州理工大学西校区（判为类场地） 兰州市殡仪馆（判为类 场地） 长庆油田倒班房波速测试 散点图（判为类场地） 3.1场地抗震类别评价中的问题 和大厚度黄土场地波速特征 大厚度场地抗震类别判定时 ，准确判释剪切 波速和准确确定覆盖层厚度至关重要。目前 对大厚度场地的抗震类别的认识还不够深入 ，需要继续加强波速测试；相比而言，面波 法是比较简便、容易实施的方法今后，应加 强大厚度黄土场地的波速测试，特别是深钻 孔测试资料的积累和与面波法测试资料的对 比，研究提高激震力的设备与方法。 大厚度黄土场地的地震效应评价 地下水位以下有饱和粉土时，应遵照抗震规范的二步 评价法进行液化判定，注意地层时代和粉土粘粒含量 分析等初判条件。 理论研究、室内试验与现场实践都证明黄土场地的震 陷现象是存在的，一般黄土场地震陷与湿陷变形都是 大孔隙结构和颗粒间低胶结强度在水或地震力作用下 的产物，震陷变形与湿陷变形相比，后者大于前者， 工程勘察设计对湿陷变形的评价和处理，在一定程度 上包含了震陷变形。值得重视的是大厚度湿陷性黄土 场地不作处理采用桩基穿越时震陷变形对基础的影响 ，特别是松散填土场地的震陷对桩基稳定性的危害问 题，应该引起足够重视，也是震陷研究的重点对象。 3.3局部突出地形产生放大作用的地形条件调 查 高阶地边缘地带及沟谷填挖改造区属于抗 震不利地段，鞭梢效应产生对地震动参数 明显的放大作用 ； 工程场地勘察时，应查明突出地形的坡高 、坡度、岩性组成及建筑物与最近坡缘的 距离等现场情况，并在勘察报告中明确表 述，以便设计人员考虑选用地震动参数放 大系数，确保建筑物在地震力作用下的安 全。 4、大厚度黄土的含盐量与腐蚀性 分析 对混凝土干旱气候条件下，大厚度黄土易 溶盐含量普遍较高，土中侵蚀性离子含量 较大，具不同程度腐蚀性； 由于农灌水的渗滤作用，盐份逐渐向下部 迁移，浅部含盐量减小而深部含盐量增大 ，腐蚀性离子在不同基础深度范围内含量 分布是有差别的。 。地基土腐蚀性取样、试验和评价，应针 对基础埋置深度范围进行，根据腐蚀性离 子含量分布特点，对土的腐蚀性等级作出 分段评价，为设计根据情况有针对性地分 段采取不同防护措施提供依据。 三、大厚度湿陷性黄土或填土场 地的勘察与评价方法 1、场地与地基复杂程度划分与勘察工作量大厚度黄土场 地复杂程度应视人类灌溉或填挖活动地质环境破坏程度而 定： 简单场地 未经填挖改造、未受农田灌溉等人类活动影响的黄土塬坪 及高阶地大厚度湿陷性黄土场地未经填挖改造、未受农田 灌溉等人类活动影响的黄土塬坪及高阶地大厚度湿陷性黄 土场地 ； 复杂场地 人类活动改变了土的湿度状态和原始结构， 原始地形地貌已受破坏的黄土梁峁和沟谷填挖改造整平后 的场地； 湿陷性发生不同程度的退化； 湿陷土层厚度及类型和等级变化复杂； 大厚度湿陷性黄土或填土场地的 勘察要求 湿陷性黄土场地勘察应遵照规范规定保证 取样探井数量和取样深度。 控制性取样探井应穿透湿陷性下限深度。 尝试采用原位测试技术预估湿陷性下限深 度 ： 兰州黄河南岸四级阶地原生黄土 T183土工试验 主要物理力学性质指标 深 度 m 湿 陷 程 度 含水 量 （） 孔隙 比 湿陷 系数 压缩 模量 Mpa 锥尖 阻力 Mpa 1.0 强 9.71.0550.0864.92.84 2.06.90.9350.0575.71.43 3.0 中 6.40.9460.01121.51.94 4.06.31.0200.01821.63.37 5.06.61.0340.02916.83.63 6.09.61.0930.02510.73.09 7.08.11.0600.0455.23.04 8.07.21.0340.0686.43.36 9.08.11.0520.04610.75.19 10.58.30.9880.02815.84.4 12.09.30.9950.03713.33.8 13.5 弱 9.70.9670.02422.24.1 15.010.30.9660.02616.44.13 16.511.70.9120.01715.14.28 18.012.90.9880.02112.44.54 19.5 无 11.50.8940.01118.94.85 21.013.20.9550.01014.05.52 22.511.80.9070.00717.35.25 24.0 非 13.60.8840.00817.15.19 25.516.80.8170.00315.16.3 27.015.30.8350.00920.45.19 28.513.50.8870.00113.57.29 30.017.50.7590.00122.05.45 32.018.80.7310.00121.69.57 34.019.30.7290.00121.64.51 榆中和平开发区冲洪积黄土 皋兰忠和乡梁峁原生黄土 兰州黄河北岸五级阶地 兰州西固区低阶地场地饱和黄土 大厚度黄土触探指标特征 大厚度黄土湿陷系数随着深度增大而减小，锥尖阻 力随着深度增大而增大： 不同场地含水量条件下，锥尖阻力随着深度增长幅 度不同，含水量较大的场地，增长幅度较小；含水量 较小的场地，增长幅度则大； 在深部黄土沉积时代变化界线上，锥尖阻力或侧摩 阻力曲线有比较明显的跳跃； 时代较老的黄土含有钙质结核较多时，曲线有比较 明显的锯齿状形态，而回填时代较短的素填土内，锥 尖阻力或侧摩阻力曲线随深度增大不明显； 平均含水量大于12的场地锥尖阻力大于约6 7Mpa以上，平均含水量小于10的场地锥尖阻力大 于约89Mpa以上时，取样试验结果已不具湿陷性， 可根据锥尖阻力判定为湿陷性下限深度。 2、大厚度湿陷性黄土湿陷程度 垂直分带与湿陷性下限深度判定 兰州理工大学西校区湿陷系数随深度变化散点图 2、大厚度湿陷性黄土湿陷程度 垂直分带与湿陷性下限深度判定 湿陷系数随着深度增大而减弱，具有明 显的垂直分带性，强中等湿陷性土层主要 分布在上部610m之内； 在上部的土样孔隙比大、含水量低时， 表现出强湿陷性和高湿陷敏感性；经历过 灌溉浸水后，一定深度范围内湿陷性已经 发生退化，湿陷程度降低。 大厚度湿陷性黄土地基处理 根据大厚度湿陷性黄土湿陷性强弱的垂直分 带性分析，地基处理的重点应是浅部强中等 湿陷性土层。在切实消除浅部强中等湿陷性 ，并同时了提高上部强度和防渗性能后，深 部处理应遵照规范和根据建筑物等级需要确 定，可适当放宽。 3、重视大厚度黄土深部浸水可能性的分 析 灌溉农田相邻的场地，应考虑灌溉及水渠的长期 入渗与向深部侧渗的可能影响；灌溉农田相邻的 场地，应考虑灌溉及水渠的长期入渗与向深部侧 渗的可能影响； 沟谷填挖区应考虑周边山体坡面雨水的深部泾流 排泄积聚条件及原始沟谷地下水位上升的可能， 提出避让或治理措施建议； 大厚度填土场地，采用以弱透水软岩或非湿陷性 土层上的桩基础，不做场地防渗处理时，也应对 松散填土深部浸水的可能性进行分析。 四、大厚度湿陷性黄土或填土场 地的地基基础方案选型设计 深部为弱湿陷性土并且没有产生深部侧向 浸水的可能条件，也没有区域地下水位上 升的可能时，深部湿陷变形就不可能发生 ，优先考虑采用地基处理后的浅基础型式 ，应是施工方便、技术合理、经济节约的 选择。 深入分析地基处理后剩余湿陷量的基础上 ，提出地基处理浅基础选型建议与场地处 理以及场地排水的综合治理措施。 工 程 名 称 孔 号 湿 陷 等 级 湿 陷 类 型 计算总 湿陷（ ） 湿陷性 样品 最大下 限深度 （） 满足剩 余湿陷量 的下限处 理深度 （） 基础开 挖深度 内的湿 陷量 （） 计算处 理厚度 湿陷量 （） 处 理湿 陷量 (cm) 兰 州 理 工 大 学 西 校 区 T89 自 重 135.522.314.837.710.877.7 T91 自 重 109.819.210.254.46.228.7 T93 自 重 104.124.517.829.913.848.0 T94非50.014.86.025.22.08.9 T96 自 重 152.524.519.244.615.287.9 T98 自 重 95.624.514.813.510.862.1 T10 7 自 重 103.720.814.823.110.855.6 T11 1 自 重 126.623.819.230.015.276.6 平 均 87.821.814.632.310.655.7 湿陷性下限深度与处理深度比较湿陷性下限深度与处理深度比较 湿陷性下限深度与处理深度比较 工 程 名 称 孔 号 湿 陷 等 级 湿 陷 类 型 计算总 湿陷量 （） 湿陷性 样品 最大下 限深度 （） 满足剩 余湿陷量的 下限处理深 度 （） 基础开 挖深度 内的湿 陷量 （） 处 理 湿 陷量 (cm) 兰 州 大 学 榆 中 校 区 图 书 馆 T1 自 重 136.123.518.512.9 T2 自 重 81.213.57.522.4 T3 自 重 60.018.55.520.4 T4 自 重 84.320.516.512.7 T5 自 重 53.018.56.53.6 T6非42.320.55.55.1 平 均 76.219.210.012