湿陷性黄土的工程性质及相关研究进展

湿陷性黄土的工程性质及相关研究进展姓名：陈俊捷班级：土木1212班学号：1104202161摘要：本文根据黄土的微结构、物理化学性质及一般力学性质等基本性质对湿陷性黄土的工程性质进行研究，探寻湿陷性黄土在各类工程中的处理方法。关键词：黄土，湿陷性，性质，评价，工程目录摘要：..............................................................................................................................................1一、黄土的基本性质.....................................................................................................................21.黄土的微结构特征..............................................................................................................22.黄土的物理化学性质..........................................................................................................23.黄土的一般力学性质..........................................................................................................34.非饱和黄土力学与黄土的结构性......................................................................................3二、黄土的湿陷性及其评价.........................................................................................................31.黄土的湿陷机理和评价指标..............................................................................................32.黄土的湿陷性评价..............................................................................................................4三、湿陷性黄土地基及黄土工程.................................................................................................41.湿陷性黄土地基处理方法..................................................................................................42.黄土滑坡工程......................................................................................................................63.湿陷性黄土场地的桩基础..................................................................................................64.湿陷性黄土的震害防治......................................................................................................75.特殊工程中的湿陷性黄土地基处理..................................................................................7四、总结.........................................................................................................................................7参考文献:.........................................................................................................................................72在工程地质和土质学中，黄土是一种特殊性土，具体表现在，从颗粒级配上看，黄土属于粉土或粉质黏土；但从土的力学与工程性质上看，黄土又区别于一般的粉土或粉质黏土，如非饱和黄土较强的结构性、可能的湿陷性、液化及振陷等。这些特性决定了黄土的土力学及工程意义和地位，对黄土地区的工程建设有重要影响。一、黄土的基本性质黄土的性质包括其物理性质、力学性质及工程性质。后二者受前者及黄土的微结构特征的影响。认识到其性质的多因素影响特点，对于解决黄土地区的实际工程问题有重要意义。1.黄土的微结构特征黄土的微结构特征是指构成土体的固体颗粒（包括成土过程中比较稳定的大于0.005mm的骨架颗粒及在成土过程中易于变化，可再分配的小于0.005mm的黏粒物质）和与其有关的孔隙特征，以及它们在空间上的排列形式。一般地，黄土中的骨架颗粒主要是大于0.005mm的碎屑颗粒，其中又以0.01mm的“粗粉砂颗粒”为主。此外，黄土中还存在一种特殊的骨架颗粒——集粒。骨架颗粒是黄土中最坚固的部分，在土体受外力影响时起支撑作用，黄土的湿陷和压缩变形往往是通过其连接点的断裂或错动造成的。因此，骨架颗粒的接触关系（即排列方式）和连接的牢固性直接影响到整个体系的稳定性。黄土富含孔隙，孔隙率一般为42%-55%，孔隙比一般为0.8-1.2。黄土孔隙与颗粒大小、相互组合排列方式、生成气候条件、压实作用及风化成土作用等因素有关。黄土中的主要胶结物是粘土矿物和碳酸钙。黄河中游东南地区的黄土随着碳酸钙的淋湿，部分黏粒分散在孔隙中，充填孔隙，使颗粒间由接触连接变为胶结连接形态。根据赋存形态，黄土的胶结物质分为薄膜状、填隙状和聚集状三种。2.黄土的物理化学性质黄土的物理性质与湿陷性有很大关系，主要包括土的粒度成分、可塑性、含水量和孔隙比等。在粒度组成方面，黄土以0.05-0.005mm的粉粒为主，其含量可达60%以上；粒径小于0.005mm的黏粒含量在一定程度上决定着黄土的物理力学性质，其含量在各地地层剖面中变化非常显著，变化幅度在5%-33%之间。我国黄土的粒度分布有如下特点：在我国黄土的主要分布区内，西黏粒少、中黏粒增多、东则黏粒下降或持平。在六盘山和吕梁山之间的南北带内，黄土粒度中北部沙粒多，自北往南沙粒含量减少，黏粒相应增多。湿陷性黄土的液限和塑限含水量分别在20%-35%和14%-21%变化，塑性指数为3.3-17.5，大多数为9-12。土的塑性指标显示了与黄土的力度成分相似的区域性规律及差异，而且，无论是自西向东或自北向南，黄土的液限变化显著，当液限小于30%时，湿陷性一般较强烈。3一般情况下，干重度小，孔隙比大时，湿陷性强。在黄土形成过程中，干重度超过某一数值时，黄土就由湿陷性转变为非湿陷性，且湿陷性黄土的干重度在1.14-1.69g/cm3之间变化。另外，对于全新世或晚更新世黄土，孔隙比在0.85-1.24时常具有湿陷性，大多为1.0-1.1。湿陷性黄土的天然含水量在3.3%-25.3%变化，其大小与场地的地下水位深度和年降雨量有关，含水量越低，则湿陷性越强烈。就同一土层而言，它在我国黄土的主要分布区的西部和北部较低，往东和往南逐渐增高。3.黄土的一般力学性质黄土的一般力学性质包括压缩性、强度特性、应力应变关系和动力特性。黄土的强度主要取决于含水量和密实程度，含水量越低，密实程度越高，则强度越大。相关研究表明，相同基质吸力条件下，原状黄土的总应力强度指标均大于重塑黄土；且随着基质吸力增大，两种土黏聚力的差异显著增大，摩擦角差异较小。原状黄土和重塑黄土的总应力强度指标随构度指标的变化具有基本一致的变化规律。黄土的应力应变关系通常通过常规三轴剪切试验取得，一般表现为硬化型和软化型。相关试验得出，重塑非饱和黄土主要表现为硬化型，原状非饱和黄土主要受围压和含水量影响，在低围压和低含水量的情况为软化型，随着围压和含水量的增加，由软化型转化为硬化型。还有学者通过对重塑非饱和黄土应力应变曲线的对比，提出了非饱和黄土的结构应力分担比概念。黄土动力特性的核心内容是土的动强度、动变形及反映动应力-动应变的动本构关系。在小动荷作用下以应力应变关系（或动模量与阻尼比）为主；在大动荷作用下，黄土的振陷成为较突出的问题，干燥黄土在强大动应力作用下会出现剪切液化现象。4.非饱和黄土力学与黄土的结构性在非饱和土中，结构性和非饱和性常常共同影响着土的力学性质。当代的非饱和土力学把吸力作为各种土性特征的纽带，他的定性定量特性决定着非饱和土的应力特性、渗透特性、强度特性、变形特性和固结特性。黄土的结构性是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度更为重要的一个侧面,它是指黄土的骨架颗粒成分、形态、排列方式、孔隙特征、胶结物种类以及胶结程度等对黄土的工程性质的影响。二、黄土的湿陷性及其评价1.黄土的湿陷机理和评价指标黄土湿陷性的发生有其内在因素和外在因素两个方面。内因主要是由于土本身的物质成分（指颗粒组成、矿物成分和化学成分）、结构及含水量，这是湿陷4性的根本原因。外因主要是水和压力的作用。反映黄土湿陷性的主要指标有湿陷系数δs、自重湿陷系数δzs和湿陷起始压力psh。研究表明，湿陷系数与其累计主成分呈正比关系，因此，可以根据黄土微观结构的主成分预测黄土的湿陷性。按室内浸水（饱和）压缩试验在一定压力下测定的湿陷系数进行判定：当湿陷系数δs值小于0.015时，应定为非湿陷性黄土；当湿陷系数δs值等于或大于0.015时，应定为湿陷性黄土。2.黄土的湿陷性评价黄土湿陷性评价包括场地和地基两个方面。湿陷性黄土场地的湿陷类型(即区别自重湿陷性黄土场地或非自重湿陷性黄土场地)的评价按自重湿陷量的实测值△zs’或计算值△zs确定：当△zs’或△zs小于或等于70mm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当△zs’或△zs大于70mm时，应定为自重湿陷性黄土场地；若两者矛盾，则按实测值判定。湿陷性黄土地基是由基底下不同厚度的湿陷性黄土层所组成，湿陷等级用以表示地基的湿陷程度。湿陷性黄土场地的湿陷等级可按下表判定。表2-1湿陷性黄土地基的湿陷等级在黄土地区修建建筑物,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、湿陷性黄土地基及黄土工程1.湿陷性黄土地基处理方法湿陷性黄土的干密度小，含水量较低，属于欠压密的非饱和土，其可压（或夯）实和可挤密的效果好，采取地基处理措施应根据湿陷性黄土的特点和工程要△s/mm湿陷类型非自重湿陷性场地自重湿陷性场地备注△zs≤7070＜△zs≤350△zs＞350*，当湿陷量的计算值△s＞600mm，自重湿陷量的计算值△zs＞300mm时，可判为Ⅲ级，其他情况可判为Ⅱ级△s≤300Ⅰ(轻微)Ⅱ（中等）-300＜△