摘要:我国湿陷性黄土所占黄土面积大,湿陷性黄土具有一定的灾害性,文章论述了黄土的湿陷性机理及评价、影响黄土湿陷性的因素,分析了湿陷性黄土的相关的力学性质,介绍了湿陷性黄土地基的预防措施。
关键词:黄土湿陷性;力学性质;干重度;天然含水量;可溶盐;水涨性矿物
中图分类号:TU475文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)07-0109-02
统计表明,我国黄土分布面积约63.5万平方千米,其中湿陷性黄土面积约38万平方千米,占黄土面积的59.8%,由于黄土的湿陷性特性,使得建筑物发生不均匀沉降、折裂等不同程度的危害,也能够导致路基强度、稳定性的破坏。我国湿陷性黄土所占黄土面积大,湿陷性黄土具有一定的灾害性,因此,要加强对湿陷性黄土的科学研究,对工程建设提供必要计算参数,定性定量化研究以便对灾害采取有效防治措施。
一、黄土湿陷性机理及评价
(一)黄土湿陷性机理
黄土的湿陷性与其自身的组成结构和所受应力水平有关。黄土颗粒组成以粉粒为主,构成支撑骨架的粉粒、集粒与砂粒稀疏排列,构成结构性孔隙。干旱条件使得盐类析出,胶体凝结,进而产生加固粘聚力,从而使得上覆土层处于欠平衡状态,加固粘聚力受水作用而消失就会产生湿陷。
湿陷性是由黄土的成分组成、结构特征的内因和受水浸湿及附加应力的外因共同作用的结果。
(二)黄土湿陷性评价
黄土地基湿陷性常用湿陷系数δs评价。现场采集不扰动土样,通过浸水压缩试验可 得δs,其中是指单位厚度土样在规定压力作用下受水浸湿后产生的湿陷量。计算公式:
hp,ep 分别为保持天然含水量和结构的土样在侧限条件下加压到规定压力时压缩稳定后的高度和孔隙比;
h"p,e"p分别为加压稳定后,土样在浸水作用下压缩稳定后的高度和孔隙比;
ho,eo分别为土样原始高度和孔隙比;
δs=0.015是黄土是否为湿陷性的判别点。当δs<0.015时,定为非湿陷性黄土;反之,则为湿陷性黄土;
湿陷程度判别:当0.015≤δs≤0.03时,湿陷性轻微;0.03<δs≤0.07时,湿陷性中等;δs>0.07时,湿陷性强烈;
湿陷性黄土场地的湿陷性等级可根据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)的规定来进行判定。
二、湿陷性影响因素
(一)黄土的结构与组成
黄土的颗粒形态、排列方式、胶结情况、空隙大小等对黄土的性质有重要影响。其形态、连接排列方式对土中力的传递及土的变形、土的结构强度、土的稳定性有着明显的确定作用。当结构中单粒点接触、架空孔隙占优势时,湿陷性大;当结构中集粒或凝块面接触、粒间孔隙占优时,湿陷性小。
粒间组亦影响湿陷性,其中粘粒含量越少,湿陷性越强。粘粒含量高时,黄土骨架多镶嵌式胶结,胶结强度高,不易破坏,湿陷性弱;粘粒含量低时,骨架亦薄膜胶结为主,强度低,易破坏,湿陷性强。
砂粒含量对黄土湿陷性也有影响。当黄土中砂粒减少、粘粒增多时,湿陷性降低。
(二)干重度
通常?酌d小时,e变大,这时黄土的湿陷性加强,反之?酌d增大,湿陷性减弱。一般?酌d≥15.0kN/m3 时,湿陷性已很微弱了。
(三)天然含水量
黄土的天然含水量(ωo)对黄土的湿陷性、承载力均有影响;ωo低时,湿陷性强烈,但土的承载力高。随ωo增加,黄土湿陷性减弱。一般当ωo≥25%或处地下水位下时,无湿陷性。
(四)可溶盐及水涨性矿物
可溶盐包括易溶盐、中溶盐、难溶盐三种。由于土粒带负电,通过阳离子交替吸作用而置换可溶盐与原状土中阳离子,进而影响到湿陷性。一般可溶盐、中溶盐高时,黄土湿陷性强,难溶盐含量高时,湿陷性弱,因其既起骨架作用,又起胶结作用。水涨性矿物含量高且分布不均时,湿陷性强,反之微弱。
(五)天然孔隙比(eo)、饱和度(Sr)、液限(ωL)
其它条件一定时,eo越大,湿陷性越强,反之越弱。Sr与δs成反比直线关系。ωL≥30%时,黄土湿陷性较弱,<30%时,一般较强烈。
三、湿陷性黄土的力学性质
(一)压缩性
黄土的e～lgp曲线可分为三部分,前两部分分别为初始段和直线段,后一部分为偏离直线段,表现为“上翘”。在前两部分中,可通过卡萨格兰德(Cassagrande)经验作图法,由ocr=Pc/Po (Po为土层自重应力)判别黄土固结状态。偏离直线段的拐点压力Pd为结构压密压力。
Pc与Pd取决于黄土结构强度。压敏变形敏感区△P=Pc-Pd随含水量w的增加而缩减。
(二)湿陷性
室内湿陷性测定方法一般为单线法和双线法。对双线法要进行试验结果的修正。
1.在试验所得的p～δs 曲线上可得到湿陷起始压力Psh。它是指湿陷性黄土浸水饱和,开始出现湿陷时的压力。Psh与上覆土的饱和自重:(1)Psh<后者,受水发生湿陷,该黄土为自重湿陷性黄土;(2)Psh>后者,不发生湿陷性,则称非自重湿陷性黄土。其中以自重湿陷性黄土破坏性较大。
2.在p～δs曲线上当δs增大到0.015时,即湿陷性与非湿陷性黄土的分界点处,所对应的压力。δs开始时随着压力P的增大而增大,当δs达到峰值时,δs开始随P增大而减小,直至减小到δs=0.015,此时压力P1为湿陷性终止压力。Psh~P1段为湿陷压力区间。因此,只有Psh (三)抗剪强度 1.由摩尔—库仑强度理论通过直剪、三轴试验得出,τ-p不成直线关系,而是两直线组成的折线,折线为结构临界点。 前段可在荷载不大时,估算黄土强度;后段则用在荷载较大时,此时原结构已丧失。 2.饱和黄土的抗剪实验表明,饱和黄土的抗剪强度比天然黄土低。主要表现在C值上。ω变化导致C的变化较大,为引起黄土路基湿陷变形和边坡坍塌的主要原因。 四、湿陷性黄土地基预防与处理 (一)防水 由于黄土粒组中粉粒占优,其ωL低,黄土在低含水量时即可发生液化,致使黄土发生湿陷性破坏。因此防水很关键,设计时应注意整体规划、全面布局,真正做到水的排与隔。 (二)地基处理 地基在处理前期,即勘察阶段,应现场采取土样并试验分析,判别黄土类别,并掌握黄土的地质情况。经过全方位分析后,选择出优化处理方法,以期达到所需目的和要求。下面仅简要介绍几种处理方法: 1.灰土或素土垫层法。它是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。该法施工简单。适用于地基浅层处理或部分湿陷性地基处理。 2.强夯法是指通过重锤自由下落,利用重力势能对土体进行强力夯实,以提高强度,降低其压缩性。适用广泛,特别对非饱和土加固效果显著。 3.冲击碾压法采用高能量冲击压实机,对地基进行冲击碾压的连续作业,随冲击碾压的遍数增加,使得土层由上至下碾压密实,形成人工厚层加固层。该法工艺简单,施工快速均匀,工程费用低。 4.深层搅拌法可分为干法施工和湿法施工。前者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;后者则是将水泥搅拌成泥浆后注入。该法具有施工简便、快捷、无振动,基本不挤土、低噪音等优点。 5.深层孔内强夯法。该法是挤密桩与强夯法的结合体,其进一步拓展了挤密桩的深度。 6.预湿法。其主要针对黄土的湿陷特性,与其它方法结合,可消除高、厚自重湿陷性黄土地基有害变形。 此外,还有针对高湿度软弱黄土的砂石垫层法、桩基础等方法。对湿陷性黄土地基的处理方法中,要特别注意各方法的特殊要求与可能出现的问题,如预湿法中要求有充足的水源、防止浸水危害等。因此应严格要求,控制工程质量。 五、结语 黄土湿陷性既有水和附加应力的外因,还有其结构组成的内因。其影响因素包括干重度、天然含水量、可溶盐与水涨性矿物等。湿陷性黄土地基的处理要做好勘察阶段的工作,通过优化设计选择经济科学的方法施工,施工要严把质量关。 参考文献 [1]吴新,师琴,高英杰.黄土湿陷性评价及防范措施[J].山西水土保持科技,2005,(3). [2]胡再强,沈珠江,谢定义.非饱和黄土的显微结构与湿陷性[J].水利水运科学研究,2000,(2). [3]杨天亮,叶观宝.高能级强夯法在湿陷性黄土地基处理中的应用研究[J].长江科学院院报,2008,25(2). [4]周永胜.湿陷性黄土地基湿陷性机理及地基处理方法[J].山西建筑,2008,34(29). [5]蒋希雁,陆培毅.黄土湿陷性机理和影响因素分析[J].河北建筑工程学院学报,2004,22(1). [6]张炜.黄土力学性质使用中的若干问题[J].工程勘察,1995,(3). [7]彭幸福.湿陷性黄土的力学性质分析和处理对策[J].道路工程,2009,(8). 作者简介:李博(1986-),男,河南商丘人,中国矿业大学资源与地球科学学院学生,研究方向:地质工程(岩土方向)。
