工程地质湿陷性黄土的工程性质ppt课件.ppt

网院辅导教师 邵强2009年9月23日 湿陷性黄土的工程性质 湿陷性黄土的工程性质 一 湿陷性黄土的成因及主要特征 湿陷性黄土的定义黄土是一种第四纪沉积物 具有一系列内部物质成分和外部特征 不同于同时期的其它沉积物 黄土具有以下全部特征 1 颜色以黄色 褐黄色为主 有时呈灰黄色 2 颗粒组成以粉粒 0 05 0 005mm 为主 含量一般在60 以上 几乎没有粒径大于0 25mm的颗粒 3 孔隙比较大 一般在1 0左右 4 富含碳酸钙盐类 5 垂直节理发育 6 一般有肉眼可见的大孔隙 当缺少其中一项或几项特征的称黄土状土 黄土的分类黄土安成因分为原生 或典型 黄土和次生黄土 一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土 原生黄土经过流水冲刷 搬运重新沉积而形成的具有层理含较多砂粒以至细粒的黄土称次生黄土 一 湿陷性黄土的成因及主要特征 次生黄土的结构强度比原生黄土低 湿陷性较高 地质界常将原生黄土称为黄土 次生黄土称为黄土状土 从工程建设角度看 主要是土的物理力学性质 因此不区别黄土或黄土状土 而通称为黄土 黄土的成因1 风成说在当时干旱的大陆性气候作用下 高度风化的黄土物质受到强大的反旋风作用 从中部呈离心状吹向荒漠边缘地区 当遇到异向风或降雨沉落于地面 经风化作用形成黄土 一般认为我国黄土材料是从中亚西亚搬运来的 形成黄土的自然环境是干旱或搬干旱地荒漠草原 我国黄土的颗粒组成 矿物和化学成分都有自南向北逐渐变化的趋势 黄土颗粒自东南向西北逐渐变粗 在同一区域内 高山和低地都有黄土分布 而且黄土堆积常有坡向性 在迎风面堆积量大 背风面少 黄土地形于下伏基岩有密切关系 常随古地形起伏而起伏 且与下伏基岩性质无关 成分复杂 呈不整合或假整合接触 在构造上 黄土无层理 柱状节理发育 这与具有层理的冲 洪积形成的黄土状土有明显差别 一 湿陷性黄土的成因及主要特征 2 水成说认为黄土是由冲积 洪积 湖积等的假说 认为黄土的整个堆积过程于整个地形地貌的发展过程密切相关 早期随盆地四周山坡降水下流而汇集于山间或三角洲处的黄土冲积物堆积成黄土高原 在一定盆地内有一定的分布高度 称为黄土线 黄土线就代表着过去河流淤积的最高地面 超过这一高度就没有黄土分布 陕西高原黄土来自上游大小盆地 晚期在新构造运动作用下地层上升切割形成的河谷中 黄土沉积物堆积成阶地性状 在大陆性干旱气候下 这些沉积物在风化和成土作用下形成黄土 该学说将原生黄土与次生黄土的沉积过程与地貌形成过程统一起来 将黄土堆积物概括为两大类 较古老的高原黄土 年青的阶地黄土 3 多种成因说认为各地区黄土形成的地质地理环境以及这些环境的演化历史是不同的 利用地层 地貌 岩性 古地理 地球化学 土的物质成分等分析方法的假说 一 湿陷性黄土的成因及主要特征 该假说将物质来源 堆积方式 黄土的形成以及演化看做是一个统一的过程 划分成因类型的主要标志是地质因素 根据之一原则 将我国黄土划分为十种类型 冲积 洪积 坡积 风积 冰水沉积 湖积 洪积 坡积 冲积 洪积 残积 坡积 冲积 坡积 河谷平原类型内的黄土状土的成因主要是冲积类型 另外 还有土壤残积假说 黄土成因虽有不用的假说 但分歧主要是对分布于高原和高分水岭上的黄土 而分布于河谷地带的黄土则意见较为一致 都认为是冲积类型 也间有洪积 坡积类型 目前 我国大部分建筑工程多兴建在河谷地带的一 二级阶地上或是靠山 近山的洪 坡积地带 在高原上较少 一 湿陷性黄土的成因及主要特征 黄土的分布黄土分布很广 面积达1300万平方公里 约占陆地总面积的9 3 世界各大洲黄土覆盖面积占总面积的比例为 欧洲7 北美5 南美10 亚洲3 此外 在澳大利亚 北非也有零星分布 我国黄土分布面积635280平方公里 占世界黄土分布总面积的4 9 左右 主要分布在北纬33 47度 以34 45度之间最为发育 属于干旱 半干旱气候类型 我国湿陷性黄土分布面积约占我国黄土分布总面积的60 左右 为27万平方公里 大部分在黄土中游地区 北起长城附近 南达秦岭 西自乌鞘岭 东至太行山 即北纬34 41度 东经102 114度之间 湿陷性黄土一般都覆盖在下卧的非湿陷性黄土层上 厚度以六盘山以西地区较大 达30米 六盘山以东地区稍薄 如汾渭河谷多为几米至十几米 再向东至河南西部则更少 并且有非湿陷性黄土位于湿陷性黄土层之间 一 湿陷性黄土的成因及主要特征 一 湿陷性黄土的成因及主要特征 我国黄土地层的化分由于我国各地黄土堆积环境 地理 地质和气候条件不同 致使其在堆积厚度 土的物理 力学性质等方面都有明显的差别 如湿陷性具有自西向东 自北向南逐渐减弱的规律 二 湿陷性黄土的基本性质 物理性质 1 湿陷性黄土的物理性质黄土是由固 液 气三相组成的 其三相组成间重量和体积的比例关系 可以反映出一系列物理性质 这些性质常用以下一系列指标表示 颗粒组成 土粒比重 含水量 重度 孔隙比 饱和度 液限 塑性指数 颗粒组成土的颗粒是指那些岩石 矿物和非晶体化合物的零散碎片或碎屑 颗粒本身可以是矿物的结晶构造 也可以是非结晶构造 如二氧化硅和氢氧化铁 不同地质时代的黄土 其颗粒组成不同 第四纪早期的黄土比晚期黄土中的粘粒含量高 而砂含量则低 湿陷性黄土以粉粒为主 含量达60 以上 其中细粉粒 0 05 0 01mm 占7 9 粗粉粒 0 01 0 005mm 占45 65 我国由西北向东南方向 砂粒减少而粘粒增多 这与我国湿陷性黄土由西北向东南递减的趋势大体相关 二 湿陷性黄土的基本性质 物理性质 土粒比重和天然重度黄土的土粒比重一般为2 51 2 84 平原区为2 62 2 76 比重大小与土的颗粒组成有关 当粗粉粒和砂粒含量较多时 比重常在2 69以下 粘粒含量多 则在2 72以上 黄土的颗粒组成与其液限 塑限有一定关系 湿陷性黄土天然重度一般在13 3 18 1kN m3之间 它不仅取决于颗粒的大小和含量的多寡 还与土的含水量有关 一般工程常用干重度和孔隙比反映土的密实度 二 湿陷性黄土的基本性质 物理性质 干重度和孔隙比干重度是衡量黄土密实度的一个重要指标 与土的湿陷性有较明显的关系 一般干重度小 湿陷性强 反之 则弱 其变化范围在11 4 16 9kN m3之间 干重度除与本身密实度有关外 还与土中各种矿物成分的含量和含盐量有关 一般而言当干重度超过15kN m3以上 一般属于非湿陷性黄土 但也有例外 如合阳糖厂位于黄河一级阶地 地基由14 5m新近堆积黄土组成 颗粒较粗 塑性指数3 3 8 6 5 2 干重度14 3 16 9kN m3 15 6kN m3 仍具有强烈湿陷性 湿陷性黄土孔隙比在0 85 1 24之间 大多数在1 0 1 1之间 一般以孔隙比0 8作为化分湿陷性和非湿陷性的界限 当然 对于某些砂粒含量较多的次生黄土是例外 大多数情况下 土的孔隙比随埋藏深度增加而降低 但也有例外 二 湿陷性黄土的基本性质 物理性质 含水量和饱和度湿陷性黄土的天然含水量在3 3 25 3 之间 其大小与场地地下水位埋深和年平均降雨量有关 大多数情况下 黄土的天然含水量都较低 在塬 梁 峁上的黄土地下水位较深 含水量在6 8 之间 低级阶地上的黄土 含水量较高在11 21 之间 不同季节取样含水量可相差2 5 之间 经验表明 含水量在 25 时就不具有湿陷性 而压缩性则恰恰相反 湿陷性黄土的饱和度在15 77 之间 多数在40 50 处于稍湿状态 随饱和度增加 湿陷性减弱 当饱和度接近80 时 湿陷性基本消失 5 稠度指标稠度指标包括液限 塑限 液性指数和塑性指数 他们反映了水对土的性状的影响 湿陷性黄土的液限 塑限分别在20 35 和14 21 之间 I 为3 3 17 5 大多在9 12左右 液性指数在零上下波动 大多数湿陷性黄土处于坚硬和硬塑状态 承载力较高 压缩性属中等或偏低 少部分 二 湿陷性黄土的基本性质 化学性质 新近堆积黄土 属于可塑或软塑状态 当夜限在30 以上时 失陷一般较强 国外有认为液限是用扰动土测定的 它并不能反映与原状土强度的关系 由西向东 由北向南 含水量 重度逐渐增加 孔隙比逐渐减小 液限塑性指数稍有增大 湿陷系数减小 湿陷性降低 湿陷性黄土的化学性质1 化学成分全量湿陷性黄土中的化学成分有 SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOK2ONa2OFeOMnOTiOSO3P2O5等 其化学成分主要是二氧化硅 倍半氧化物 碳酸盐类 二氧化硅存在于由粗颗粒到胶粒的各级粒组中 为主要成分 钙 镁呈固态 液态存在于黄土中 为重要胶结物 三氧化二铝 三氧化二铁以镁 铝胶体形式存在 一部分能被盐酸溶解的二氧化硅以无定形硅酸盐形式存在 都属胶体物质 二 湿陷性黄土的基本性质 化学性质 水溶盐水溶盐根据其在20摄氏度水中的溶解度分为三类 易溶盐 氧化物 硫酸镁 碳酸钠中溶盐 石膏难溶盐 碳酸钙水溶盐与土的湿化 收缩 膨胀和透水性关系密切 并影响土的黏性合强度 易溶盐 含量在0 003 1 74 之间 个别在4 8 常见值为0 32 含量不大 当土中易溶盐含量 0 5 对黄土的性状影响甚微 易溶盐含量由西向东 由北向南逐渐减少 因为降雨量大 地下水 地表水活动强 一部分易溶盐溶解并流失 中溶盐 含量在0 01 1 44 之间 平均0 3 含量不大 偶见3 的 研究表明 浸水压缩试验前后土中石膏含量由0 24 0 67 似乎对湿陷性有一定影响 当石膏呈碎屑颗粒分布时 对土粒既无胶结作用 受水浸湿时也不易溶解 对黄土的湿陷性也就没有什么影响了 二 湿陷性黄土的基本性质 化学性质 难溶盐 碳酸钙占全部碳酸盐的90 以上 碳酸镁占10 以下 碳酸钙含量在0 38 25 5之间 平均10 呈多种形态存在 有碎块状 颗粒状 膜壳状 细晶状 菌丝状 结核状等 一般碳酸钙含量大时 土的强度也高 2 黄土的酸碱特征黄土的酸碱特征以水土比为1 5的悬液PH值表示 PH值取决于粘粒所吸附的离子类型和黄土所含的可溶盐成分 黄土的PH值在6 0 9 2之间 平均7 8 大多数在7 5以下 一般干旱地区PH值大 湿润地区PH值小 PH值高的湿陷性强 3 离子交换黏土矿物和有机质是黄土中胶体颗粒的组成部分 胶体物质都有离子交换的特征 胶体表面吸附着一定量的阳离子 由于胶粒表面电荷不平衡便引起交换现象 黄土中的阳离子交换量随矿物类型 含量和有机物含量不同而不同 交换量定义为介质PH值等于7时 每100g土样中所吸附阳离子的当量数 二 湿陷性黄土的基本性质 化学性质 黄土的阳离子交换量为8 1 27 61毫克当量每100g土 主要矿物为伊利石 4 有机质黄土中有机质含量在0 02 2 之间 平均0 64 在各级粒组中的含量随粒径减小而增多 有机物持水性强 表面能大 常能于二价钙离子结合而产生凝聚现象 多凝聚在大孔壁上 也有分散于粘粒中 当呈分散分布时 则成为土中的胶结成分 受水浸湿时会吸收大量水分而崩解 黄土的烧失量在0 79 16 9 之间 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 湿陷性黄土的力学性质湿陷性黄土的力学性质主要包括压缩性 湿陷性 抗剪强度 透水性等 1 压缩性反映地基土在外荷载作用下产生压缩变形的大小 对湿陷性黄土地基而言 压缩变形是指地基土在天然含水量条件下受外荷载作用时所产生的变形 它不包括地基土受水浸湿后的湿陷变形 一般在中更新世末期和晚更新世早期形成的湿陷性黄土多为中等偏低 少量为低压缩性土 晚更新世末期和全新世黄土多为中等偏高 有的甚至为高压缩性土 新近堆积黄土的压缩性多数较高 2 抗剪强度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 抗剪强度越大 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 含水量与抗剪强度的关系 当黄土的天然含水量低于塑限时 水分变化对强度影响最大 含水量由7 8 增加到18 2 时 内摩擦角和内聚力都降低1 4左右 当天然含水量超过塑限时 抗剪强度降低幅度小 而在天然含水量超过饱和含水量时 抗剪强度变化不大 干重度与抗剪强度关系土的含水量相同 则密实程度越大 抗剪强度越大 湿陷过程中与饱和后的抗剪强度比较试验结果表明 在浸水过程中土的抗剪强度比同种土在同样压力下处于饱和状态时要低10 15 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 地基在湿陷变形过程的稳定性最小 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 压实黄土的抗剪强度当黄土作为筑坝材料 或天然黄土用重锤夯实 土垫层 土桩挤密处理后 常需要了解黄土在原状结构破坏后的强度 有关研究资料及试验表明 当压实黄土的干重度达到16kN m3时 内摩擦角可达23 26度 内聚力为260 350kPa 当干重度达到17kN m3时 内摩擦角可达29度 内聚力为600kPa 黄土的各向异性对抗剪强度的影响由于黄土存在垂直节理和大孔构造 因而不同的剪切方向得出的抗剪强度有较大差异 试验表明 当剪切面平行于大孔方向时 强度最低 天然含水量低的黄土受各向异性影响的程度比饱和黄土要大 3 透水性透水性反映水在土中通过的速度 黄土的渗透系数变化较大 一般黄土竖向和水平方向的渗透系数分别为0 16 10 5cm 0 3 10 5cm s和0 8 10 6 0 1 10 5cm s之间 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 透水性随时间的变化黄土的渗透系数不是一个常数 它随渗透溶液的性质 水头梯度 渗透时间等变化 水头梯度越大 渗透系数越大 透水性与孔隙比和原始含水量的关系渗透系数随孔隙比的减少而降低 二者之间呈对数函数关系 原始含水量越大 渗透系数越小 当原始含水量增加到某一数值时 渗透系数就不再降低 土的各向异性对渗透系数的影响黄土竖向渗透系数总大于水平方向渗透系数 二者之比在3 30之间变动 当浸水湿陷后 由于土体压密 竖向渗透系数显著降低 二者之差也将大大缩小 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 起始水力梯度问题黄土既属于粘性土 是否与一般粘性土一样 只有当水力梯度超过某一数值后 才开始在土中流动 试验表明 黄土中不存在起始水力梯度文 当水力梯度大于零时 水就开始在土中渗透 这是由于土中存在角度大孔隙的缘故 因此 与砂土一样 水在黄土中的渗透复合达西定律 4 湿陷性在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下受水浸湿时将产生急剧而大量的附加下沉 这种现象称为湿陷 它与一般土受水时表现的压缩性稍有增加的现象不同 由于各个地区黄土形成时的自然条件差异较大 因此 其湿陷性也有较大差别 某些湿陷性黄土受水浸湿后在土自重压力作用下就产生湿陷 称为自重湿陷性黄土 而另一些黄土受水浸湿后在自重压力和附加压力共同作用下才产生湿陷 称为非自重湿陷 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 压缩变形与湿陷变形压缩变形在荷载施加后立即产生 随着时间的增长而逐渐趋向稳定 对于大多数湿陷性黄土地基来说 饱和黄土和新进堆积的黄土除外 压缩变形在施工期间就能完成一大部分 在房屋竣工后三个月到半年即基本趋于稳定 而且总变形量不大 多为2 5厘米 湿陷变形的特点是变形量大 常常超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍 发生快 受水浸湿约1 3小时就开始湿陷就一般湿陷事故来说 往往1 2天内就可能产生20 30厘米的变形量 这种量大 速率快而又不均匀的变形往往使建筑物发生严重变形甚至破坏 湿陷的出现完全取决于受水浸湿的概率 有的建筑物在施工期间即产生湿陷事故 而有的则在几年甚至几十年后才出现湿陷事故 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 湿陷变形的特征指标湿陷系数 是单位厚度土样在土自重压力或自重压力与附加压力共同作用下受水浸湿后所产生的湿陷量 它通过室内浸水试验确定 用 s表示 我国规定 当 s大于0 015时为湿陷性黄土 当 s小于0 015时为非湿陷性黄土 根据湿陷系数的大小 可以大致判断湿陷性黄土湿陷的强弱 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 为了正确反映湿陷性黄土地层的湿陷程度 并联系结构物和地基实际 合理地采用有效的防护措施 可用地基内各土层的湿陷系数 求得地基的计算湿陷量 s s si hi 式中 si 地基内第i层湿陷性黄土的湿陷系数 hi 第i层湿陷性黄土的厚度 m 湿陷性黄土地基的湿陷等级如表所示 湿陷性黄土地基的湿陷等级地基的计算湿陷量 m 湿陷等级 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 s只是湿陷性黄土地基的定性指标 它并不代表地基的真实湿陷量 由于我国黄土上部土层的湿陷性比下部土层大 而地基上部土层受水浸湿的可能性又较大 因此在上式中地基的计算湿陷土层厚度一般定为从基底算起至其下5m为止 由于被地下水浸泡的那部分黄土层一般不具有湿陷性 当5m内已见地下水 则算至平均年地下水位为至 在5m深度内如有非湿陷性黄土层 则不将此层土的湿陷量累计在内 湿陷性黄土地基的湿陷等级越高浸水后可能产生的湿陷量就越大 对结构物的危害也越大 因此设计措施要求也越高 另外 我国建筑规范还规定当基底下面土层包含有自重湿陷性黄土 可按下式判别是否属自重湿陷性地基 zs zsi hi 式中 zs 地基的计算自重湿陷量 m si 第i层土在上覆土的饱和自重压力下 测得自重湿陷系数 hi 第i层土的厚度 m 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 上式计算深度可自基础底面算至基下10m为止 但其中 zs s 0 015的土层不累计 根据大量的室内外试验对比确定 当 zs 0 07m时可定为非自重湿陷性黄土地基 zs 0 11m时为自重湿陷性黄土地基 zs为0 07 0 11m时 可结合当地实践经验确定 在黄土地区修建结构物 应首先考虑选用非湿陷性黄土地基 它较经济可靠 如确定基础位于湿陷性黄土上 则应尽量利用非自重湿陷性黄土地基 因为这种地基的处理与自重湿陷性黄土地基相比 要求较低 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 湿陷起始压力 黄土在受水浸湿后开始产生湿陷时的相应压力 严格的说 应是湿陷系数接近于零时的压力 黄土本身具有一定的结构强度 当压力较小时受水浸湿 由于它在颗粒接触处所产生的剪应力小于其结构强度 与一般粘性土一样 只产生少量的压缩变形 只有当压力增大到某一数值以至剪应力大于其结构强度时 下沉速度才突然加快 从而反映出湿陷的特点 当湿陷性黄土实际所受的压力等于或大于土的湿陷起始压力时 土就开始产生湿陷 反之 如小于这一压力 则只产生压缩变形 而不发生湿陷变形 随土性的差别 湿陷起始压力的变化较大 浅层黄土的湿陷起始压力多在25 125kPa之间 起始含水量 处于外荷或土自重压力作用下 湿陷性黄土受水浸湿时开始出现湿陷现象时的最低含水量 它与土的性质和作用压力有关 对于同一种土 起始含水量并不是一个常数 一般随压力的增大而减小 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 湿陷原因和机理 对黄土湿陷的原因和机理的各种不同论点 可以归纳为内因和外因两个方面 内因主要是由于土本身的物质成分 颗粒组成 矿物成分和化学成分 和其结构 外因则是水和压力的作用 毛管假说Terzaghi指出当潮湿砂土内的不连续水分积聚在颗粒接触点时 相邻颗粒孔隙中水和空气交界处的表面张力 使土粒拉在一起 水浸入土中后 表面张力消失 于是砂土溃散 有的学者曾用这种观点来解释黄土的湿陷 以后遭到反对 J G Dudley认为毛细压力是黄土中形成细粉粒粘结和絮凝粘粒粘结的重要因素 黄土中的毛细作用是存在的 但将其作为湿陷的主要原因值得商榷 常宝琦曾用风干的扰动土样制成试件 虽然破坏了毛细管通道 消除了弯液面作用 仍然有很大的的湿陷性 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 湿陷原因和机理 溶盐假说黄土中存在大量的可溶盐 当黄土的含水量较少时 易溶盐处于微晶体状态 附着在颗粒表面 起着一定的胶结作用 这种胶结作用是黄土加固内聚力的一部分 受水浸湿后 易溶盐溶解 这部分强度就丧失了 因而产生湿陷 我国湿陷性黄土中的易溶盐含量都较少 不是组成加固内聚力的主要部分 难溶盐含量虽高 但其溶解很缓慢 因此 较多的观点认为易溶盐的溶解不是产生湿陷的主要原因 胶体不足说认为黄土的湿陷性是含有小于0 05mm颗粒含量小于10 的土所固有的性质 这种土缺少胶体部分 如果有显著数量的胶体 则膨胀可防止湿陷的发生 朱海之认为当粘粒含量大于15 20 时黄土不具有湿陷性 但发现兰州西盆地北岸二级阶地上的黄土粘粒含量大于30 却湿陷性强烈 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 湿陷原因和机理 水膜楔入说低含水量黄土在细颗粒 主要是粘粒 表面上包裹着的结合水膜一般很薄 溶解在其中的阴 阳离子的静电引力较强 将表面带负电荷的粘粒连接起来 形成一定的凝聚强度 当水进入土中时 结合水膜变厚 象楔子一样将牢固连接的颗粒分开 使土粒表面产生膨胀 体积增大 引力减弱 凝聚强度降低 因而产生湿陷 水膜楔入说能较好地解释黄土在水一进入就会立即发生湿陷这一现象 但是 还不足以解释各种复杂的湿陷现象的 如湿陷性的强弱 自重湿陷与非自重湿陷等 产生 欠压密理论黄土是在干旱或半干旱气候条件下形成的 风成黄土在沉积过程中 表面受大气降水的影响 在干燥少雨的条件下 大气降水浸湿带的厚度常少于蒸发影响带的厚度 a a线以上土层在降水期 土中含水量较高 处于最优压密条件 但由于土层薄 自重压力小 未能得到有效压密 随黄土继续堆积 a a线提高 在新的a a线与b b线之间的土层 大气降水影响不到 但蒸发过程继续进行 由于水分减少 盐类析出 胶体凝结产生了加固内聚力 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 湿陷原因和机理 虽然上覆土层压力增大 但不足以克服土中形成的加固内聚力 因而成为欠压密状态 如此循环往复 使得堆积的欠压密土层越来越厚 一旦水浸入较深 加固内聚力消失 就产生湿陷 当降水量少 干旱期长时 欠压密称度大 而且欠压密土层也较厚 反之 黄土欠压密程度就弱 形成的欠压密土层也较薄 欠压密论易于解释我国黄土为什么西北部湿陷性强 东南部弱这一规律 欠压密理论没有涉及到具体的机理和作用 而是把复杂的物理化学作用笼统地归结为欠压密状态 避开了某些争论不休而暂时不能作出结论的假说 事实上 黄土高孔隙度的产生不是简单的物理压密不足过程形成的 它与黄土形成过程中的风化成土作用以及盐类淋溶 凝聚作用分不开 后者将改变 三 湿陷性黄土的基本性质 力学性质 湿陷原因和机理 土的表面活性 影响土的液限和塑限 因此 黄土欠压密状态的形成不仅与物理压密过程有关 也受到风化成土过程中胶体化学变化的影响 结构学说这一学说通过对黄土的微观结构的研究 从土中骨架颗粒形态 接触关系 排列方式 胶结物种类与赋存状态 胶结类型等结构特征 来阐明湿陷现象的产生以及湿陷强弱程度差别的原因 综上所述 黄土的湿陷现象是一个复杂的物理 化学变化过程 湿陷的原因和机理不是目前已提出的哪一个假说所能完全解释清楚的 它受到多方面因素的制约与影响 四 湿陷性黄土地基的工程处置措施 湿陷性黄土地基处理的方法很多 在不同的地区 根据不同的地基土质和不同的结构物 地基处理应选用不同的处理方法 在勘察阶段 经过现场取样 以试验数据进行分析 判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土 以及湿陷性黄土层的厚度 湿陷等级 类别后 通过经济分析比较 综合考虑工艺环境 工期等诸多方面的因素 最后选择一个最合适的地基处理方法 经过优化设计后 确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求 所采用的有 重锤表层夯实和强夯土垫层土挤密桩桩基础化学加固法其它加固方法 预浸水法 热加固法 水下爆破法 电火花加固法 四 湿陷性黄土地基的工程处置措施 灰土和素土垫层法 1 将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度 然后以灰土或素土分层回填夯实 垫层厚度一般为1 0 3 0m 它消除了垫层范围内的湿陷性 减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷 可以使地基的自重湿陷表现不出来 这种方法施工简易 效果显著 是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法 经这种方法处理的灰土垫层的地基承载力可达到300kPa 素土垫层可达200kPa 且有良好的均匀性 2 施工中应注意的问题 1 地基土的含水量 对于含水量较大 或曾局部基坑进水者 要采取相应的措施 如凉晒等 严格控制灰土 或素土 的最佳含水量 对接近最佳含水量时 宁小勿大 偏大时土体强度则显著下降 变形明显增大 2 垫层处理的宽度要达到规范要求 使碾压设备能充分碾压到位 还使形成的垫层压实度产生差异 3 严把质量关 施工中碾压分层的厚度不宜大于30cm 并逐层检测压实度 达到设计规范要求 四 湿陷性黄土地基的工程处置措施 强夯法 1 强夯法亦称动力固结法 通过重锤的自由落下 对土体进行强力夯实 以提高其强度 降低其压缩性 该法设备简单 原理直观 适用广泛 特别是对非饱和土加固效果显著 这种方法加固地基速度快 效果好 投资省 是当前最经济简便的地基加固方法之一 2 施工中注意的问题 1 首先在设计阶段 应考虑湿陷性黄土处于哪一种类别 等级 以及场地等因素 因为强夯的夯击能量 夯点布置 夯击深度 夯击次数和遍数等因场地而异 土的含水量 孔隙比及夯击的单位面积夯击能对湿陷性黄土的强夯有效加固深度起着重要的作用 在经过试夯后确定出设计参数 确定施工设计方案 因此不经试夯确定施工参数往往会给工程造成后患 2 由于强夯影响深度内土的含水量差异 会导致局部处理效果不佳 对于此种情况必须采取土的增湿或减湿措施 以免出现橡皮土情况 如有此种情况 应立即停止夯击 当凉晒一定时间后 在夯击坑内加入碎石类的粗骨料 继续夯击 3 施工中在控制关键工序上严把质量关 因为一份设计提供后 锤重 落距 夯点布置等是没有随意性的 而唯一可能被 四 湿陷性黄土地基的工程处置措施 人为改变的是夯击次数 因在试夯时根据最后夯击的沉降量来确定夯击次数的 当别的参数已确定后 它就成为影响处理的唯一因素 所以施工中应以它为质量控制的关键工序管理点 4 强夯结束后 检测的重点是判定它的有效加固深度是否达到设计要求 因为有效加固深度的第一标准应是消除湿陷性 也就是以 s 0 015作为判别指标 所以检验手段应采用探井取不扰动土试样进行检测 当这一指标达到要求后 一般情况下对承载力的要求等也均可满足 深层搅拌桩法 1 探层搅拌桩是复合地基的一种 近几年在黄土地区应用比较广泛 可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土 它具有施工简便 快捷 无振动 基本不挤土 低噪音等特点 深层搅拌桩的固化材料有石灰 水泥等 一般都采用后者作固化材料 其加固机理是将水泥掺入粘土后 与粘土中的水分发生水解和水化反应 进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不溶于水的稳定的结晶化合物 这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应 使水泥有一定的强度 从而使地基土达到承载的要求 四 湿陷性黄土地基的工程处置措施 深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工两种 干法施工就是 粉喷桩 其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅拌机械喷入土中并搅拌而成 因为输入的是水泥干粉 因此必然对土的天然含水量有一定的要求 如果土的含水量较低时 很容易出现桩体中心固化不充分 强度低的现象 严重的甚至根本没有强度 在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况 因此 应用粉喷桩的土层中含水量应超过30 在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好 湿法施工是将水泥搅拌成浆后注入土中的方法 水泥浆通过柱塞式泥浆泵强制注入 除非特殊情况很少断浆 施工中一般采用预搅下沉时就喷浆的工艺 因此桩体的均匀性比干法施工好 但喷浆增加了水泥土的含水量 强度会受到一定影响 实际应用时需根据土的工程性质 尤其是含水量情况作出适当的选择 四 湿陷性黄土地基的工程处置措施 施工中应注意的问题 1 必须在设计或施工中采取有效措施来保证搅拌桩复合地基各参数