湿陷性黄土工程性质简介课件

湿陷性黄土工程性质简介 一、湿陷性黄土的基本物理力学性质 黄土宏观呈淡黄色、灰黄或褐黄色，颗粒较细，其中粉土颗粒含量可 达5060以上，结构疏松，具有垂直节理，并含有大量碳酸盐的土 壤，形成于早更新世全新世时代，根据不同的形成时代，把黄土分 成全新世黄土（Q4）、马兰黄土（Q3）、离石黄土（Q2）和午城黄 土（Q1）。一般将全新世黄土和马兰黄土称为新黄土，将离石黄土和 午城黄土称为老黄土。新黄土一般较为疏松、湿陷性强，颜色较浅。 老黄土相对较为紧密，一般不具湿陷性，粘粒含量略高一些，颜色稍 带红色。除此之外，地域不同，黄土性质亦有差异。湿陷性就是指土 在自重或附加应力与自重共同作用下受水浸湿后产生急剧而大量的下 沉。只在土体自重作用下产生浸水湿陷的黄土称为自重湿陷性黄土， 而在土体自重与附加应力共同作用下产生浸水湿陷的黄土称为非自重 湿陷性黄土。 一、湿陷性黄土的基本物理力学性质 黄土的湿陷性和它本身所具有的大孔隙结构及其所含的易溶盐等 化学物质成分有关。大孔隙结构的四周由于有可溶盐浓缩所形成的 胶结物质的存在，增强了土粒间抗滑移的能力，阻止了土体在上覆 自重压力下的压密。另外，由于碳酸钙等物质的胶结作用，使颗粒 间的联结强度增加，因而在天然含水量状态下，未受水浸湿的黄土 具有较高的强度，较小压缩性。但当黄土受水浸湿后，结合水膜增 厚，结合水联结消失，颗粒四周的胶结盐类也溶于水中，因此颗粒 间联结强度降低，在上部建筑物荷重作用下，大孔隙结构破坏，颗 粒滑向大孔隙，孔隙体积减小，土体被压密，黄土则出现了湿陷变 形。 一、湿陷性黄土的基本物理力学性质 n1、黄土与其它粘土的区别在于黄土对含水量的变化极 为敏感，含水量低时，土的湿陷性强烈，但承载力很高 ；随着含水量的增加，土的湿陷性逐渐减弱，承载力随 之急剧下降，而压缩性得以提高。根据大量土样的试验 资料统计结果表明，黄土的湿陷性与其饱和程度成直线 反比关系，即饱和度愈低，土的湿陷性愈强，土的湿陷 性随着饱和度的增大而降低。 一、湿陷性黄土的基本物理力学性质 n2、土的压缩性，是指土在荷重作用下体积压密变小的 性能，是土的一项重要工程性质。它反映地基土在外荷 作用下产生压缩变形的大小。对湿陷性黄土地基来说， 压缩变形是指地基土在天然含水量条件下受外荷作用所 产生的变形，它不包括地基受水浸湿后的湿陷变形。黄 土的压缩性反映黄土地基在外荷作用下产生压缩变形的 大小，主要取决于土的密实程度和含水量。 一、湿陷性黄土的基本物理力学性质 n3、黄土的抗剪强度除与土的颗粒组成，矿物成分、 粘粒和可溶盐含量等有关外，主要取决于土的含水 量和密实程度。含水量越低密实程度越高，则抗剪 强度越大。浸水过程中土的抗剪强度比同种土在同 种压力下处于饱和状态时要低1015%。显然，黄土 在某一应力状态下受水浸湿后，湿陷处于发展过程 中的强度最低，也即地基在湿陷变形过程中的稳定 性最小。 二、人工压实黄土的强度特性 n黄土既可以作为建筑物的地基，也是一种便于就地取材的 天然建筑材料。用黄土修筑路堤，为了保证路基具有足够 的强度，在施工时必须用人工或机械进行压实（夯实）。 经验证明，黄土经压实，干容重达到16.016.5kN/m3时， 强度高，渗透性、压缩性小，一般不具有湿陷性。 n填土压实的控制标准是土的干容重d，而压实的效果与土 的含水量有密切关系。因此，必须在填土前进行土料的室 内击实实验或现场碾压实验，以求出黄土在一定压实功能 下的最大干容重dmax 及其相应的最优含水量wopt ，作为 施工质量控制标准和设计建筑物的干容重的选定标准。 二、人工压实黄土的强度特性 n压实黄土的抗剪强度：压实黄土的抗剪强度值，与土料击实 次数，土料开始的孔隙比以及试验方法有关。当黄土作为筑 坝材料，或天然黄土用重锤夯、土垫层、土压挤密处理后， 常常需要了解这种黄土在原状结构破坏后的强度。有关试验 表明，当压实黄土的干容重达到16 kN/m3时，内摩擦角可达 2326，内聚力达到2635kPa，干容重增加到17 kN/m3 时，内摩擦角和内聚力分别增加到29和60 kPa。 n压实黄土的湿陷性：黄土地区广泛使用黄土作为修建路堤建 筑材料，但黄土在压实后会不会产生湿陷变形问题这是一个 值得考虑的问题。压实黄土的湿陷性随含水量的减小而增加 ，随干容重的减小而增加。 二、人工压实黄土的强度特性 n试验方案简介： n试验所用黄土取自兰新铁路兰武二线K97+800K98+000区段。 n通过击实试验得到：dmax=1.91g/cm3，wopt=12.3%。 n为了研究人工压实黄土在不同压实度下和不同含水量下的强度变化规律， 设计了以下常规三轴试验方案： n压实系数：=0.85，0.89，0.91，0.95； n围压： 325kPa，50kPa，100kPa，150kPa； n含水量： w14%，饱和； n试件规格： 1020 cm； n仪器： 应变控制式大型高压三轴仪。 二、人工压实黄土的强度特性 二、人工压实黄土的强度特性 n随着黄土从一般潮湿状态到饱和状态，其抗剪强度明显 降低，说明人工压实黄土的水稳定性较差，黄土的这种 性质与黄土中矿物颗粒周围水分子的活动性有关。当黄 土含水量很低时，矿物颗粒周围的水膜很薄，水的吸附 能力很强，水膜不活动。含水量继续增加，水膜膨胀， 活动性增强，厚层水膜的润滑作用使摩擦阻力减少，因 而内摩擦角减小。内聚力的变化主要是由包裹颗粒的不 活动水膜与外部比较活动的水层之间的作用引起的，在 饱和点上孔隙水压力变为正压力，因此内聚力值急剧降 低。 n但随着压实系数的提高，人工压实黄土的水稳定性有所 改善。 二、人工压实黄土的强度特性 n通过对以上的试验结果分析，可以对人工压实黄 土的强度特性得出以下结论： n人工压实黄土在压实度小的情况下，强度很低， 具有较强的水敏感性。但随着压实度的提高，人 工压实黄土的强度随压实度呈指数关系而增大， 并且其水敏感性变弱，即水稳定性增强。因此在 具体施工时，一定要严格控制路基填料的压实度 ，以满足强度要求，保证其稳定性 。 三、人工压实黄土的压缩特性 n压实黄土的压缩性质，也用土的压缩系数、压缩模量等 指标表示，在室内用压缩仪测定。根据有关资料表明， 西北黄土在击实情况下，当垂直压力为0.10.4MPa时， 其压缩系数平均值介于（0.1370.199）MPa-1之间，为 中等压缩性土，其平均压缩模量介于1.1824.2MPa之间 。当垂直压力为0.41.6MPa时，其平均压缩系数为（ 0.0570.175）MPa-1之间，多数为低压缩特性；其压缩 模量介于42.4423.67MPa之间，平均固结系数介于 1.09210-15.5010-1cm2/s之间。 三、人工压实黄土的压缩特性 n分别将该土样制成压实系数=0.81、0.84、0.89、0.91 ，w=12.3%（最优含水量）的试样，进行单向压缩试 验。每组制作三个土样，然后取二个代表性土样的试验 结果进行算术平均计算。土样面积为30cm2，高为2cm ，试验仪器采用南京土壤仪器厂生产的WG-1A型三联固 结仪。试验分五级加荷，分别为25、50、100、200、 300kPa，最后得到压缩参数如表： 三、人工压实黄土的压缩特性 压实系数 压缩系数 体积压缩系 数 压缩模量 0.810.16490.09510.5 0.840.16730.10010.0 0.890.07100.04522.2 0.910.03900.02540.0 压压 缩缩 参参 数数 表表 三、人工压实黄土的压缩特性 n当压实系数为0.81 和0.84时，压缩系数在0.10.5MPa-1之间，属 于中压缩土。当压实系数为0.89 和0.91时，其压缩系数小于 0.1MPa-1，属于低压缩土。 n从上表很明显可以看出，压实系数控制着压实黄土的压缩性，随着 压实系数的提高，压实黄土的压缩系数在减小，从中等压缩土变为 低压缩土，在压实机具的作用下，路基填土的土块、土粒重新排列 和互相紧靠；小颗粒挤入大颗粒的孔隙中，使单位土体内的固体颗 粒增加，孔隙减少，从而提高了填土的密度、强度和承载力，并且 可减少变形和沉降，增强路基的稳固性。 n 从而再次说明，在路基工程的具体施工时，一定要按照施工规范 ，严格控制压实度。 四、黄土路基的工程特性 n黄土地区其它土料很少，因此这一地区的铁路路基一般 都用黄土填筑。黄土是一种特殊土质，由于湿陷性黄土 及其重塑黄土具有许多特殊的物理、力学性能，所以由 黄土做填料构筑的路基结构有其自己的特点。 n黄土遇水易崩解、冲蚀、湿陷。黄土与其它粘性土的根 本区别在于对含水量变化的敏感性特别强。含水量的高 低直接影响土的强度特性和地基承载力的高低，对于路 基工程而言，还会影响路基本体变形、基床承载力以及 边坡稳定性。 四、黄土路基的工程特性 n总的来说，含水量的增加将降低路基的物理力学性能， 控制含水量是保证黄土路基稳定性的主要因素。因此首 先，要严格按铁路路基设计规范选取构筑填料，同 时要设计合理，施工严格。其次，最有效的途径是提高 路基的压实度。试验表明，填土的工程性质，主要决定 于压实度，从衡量指标来说，决定于填土的干容重。黄 土路基最好分层填筑，分层填筑的压实度要达到95， 压实后的干容重应控制在17.018.0kN/m3。 四、黄土路基的工程特性 n伍石生，武建民阐述了影响压实黄土工程性质的主要因素为含水量、干容 重及荷载大小，指出： n(1)压实黄土与原状黄土的含水量、干容重均相同时，压实黄土的湿陷性大 ；压实黄土的含水量相同而干容重有所提高时，仍具有湿陷性，在一定压 力范围内，随压力增加而增大。 n(2)压实黄土的湿陷性随含水量的减少而增加，而随干容重的增大而减小。 n(3)在压实度为0.95的情况下，干容重一般可达到17.5KN/m3以上，此时黄 土已没有湿陷性，压缩性也已很小。 n(4)压实功能小的压实黄土的湿陷性大。因此，用黄土来填筑路堤时，必须 按标准击实试验所得出的最佳含水量来进行填筑，同时按最大干容重来进 行质量控制，这