砂井载荷浸水试验在深层黄土湿陷性评价中的应用

针对深层湿陷性黄土自重湿陷量室内试验结果不准确、测试黄土地基湿陷量的原位试验方法少等不足,基于已有的砂井浸水试验,提出了新的现场试验方法—砂井载荷浸水试验方法。其核心是井底地层在试验压力作用下沉降稳定后,利用井中砂砾石的强透水性,将水直接导入井底湿陷性黄土地层及砂井周围土体,使其快速浸水饱和,以此来测定砂井井底地层的湿陷量和砂井周围黄土的自重湿陷量。通过2组砂井载荷浸水试验,测试了不同压力和浸水条件下不同深度地层的湿陷变形,对比分析了砂井载荷浸水试验和临近场地大型试坑浸水试验,结果表明砂井载荷浸水试验的判定结果与试坑浸水试验一致,说明砂井载荷浸水试验是可行的。砂井载荷浸水试验具有周期短、费用低、场地条件要求低、用水量小等优点,适用于深层黄土湿陷性的研究,对黄土地区(尤其是深层黄土)工程的湿陷性评价有一定的参考意义。

西安某地基工程黄土湿陷性试验研究分析

西北地区黄土主要以湿陷性为主,给工程建筑造成了极大的破坏。本文以工程实例地质勘察为对象,通过对湿陷性黄土的湿陷性物理数据,对湿陷性黄土是否为自重湿陷黄土,以及湿陷黄土等级分类进行了分析,并根据实验结论对地基处理方案进行了补充。

黄土湿陷系数与物性指标的相关性分析

为了探究湿陷系数与物性指标间的内在关系,在西安市南郊神禾塬采取270组土样进行室内试验,分析湿陷系数与12个物性指标的相关性,选取与湿陷系数具有高度相关关系的7个物性指标作为自变量,以平方根变换后的正态变量为因变量,采用逐步回归分析方法建立以天然密度、压缩系数、孔隙率、饱和度为自变量的最优回归模型,用同一场地的另外29组实测数据验证该预测模型的准确性。结果表明:该回归模型具有统计学意义,4个自变量对因变量的影响也均有统计学意义;湿陷系数实测值与预测值的决定系数等于0.930,二者得到的湿陷等级一致,说明该回归模型的预测精度较高。研究结果对于快速准确地预测黄土的湿陷系数具有一定的参考价值。

基于VG模型确定土水特征曲线基本参数

土水特征曲线基本参数(进气值、残余吸力值和反弯点的斜率等)在非饱和土的强度理论、渗流理论以及体变特性等方面都是非常重要的参数,常常通过传统画图法来确定,其精确度难以保证。以洛川标准剖面4层原状黄土为研究对象,基于VG模型提出单峰和双峰SWCC基本参数的确定方法;采用滤纸法测得SWCC数据点,基于VG模型进行最优化拟合,获取拟合参数,利用单峰和双峰SWCC数据点验证该方法的可行性;进行自然状态下的水分蒸发试验,根据质量含水率与蒸发时间的关系确定蒸发残余饱和度Srzf,依据Sr1、Sr2(Sr1和Sr2分别由确定残余状态的两种方法得到)与Srzf的相对误差值,比较了两种确定残余状态的方法。结果表明:对于单峰和双峰SWCC曲线,该方法都可以得到合理的基本参数并有效地确定其残余状态。

洛川原状黄土的孔隙结构对土水特征曲线的影响

为了探究原状黄土的孔隙结构对其土水特征曲线(SWCC)的影响,对洛川4层原状黄土进行了基本物理指标的测试,用滤纸法测得其土水特征曲线,并采用Van Genutchen模型对土水特征曲线进行了拟合。统计压汞试验的数据,得到孔隙累积级配曲线和分布曲线。利用Young-Laplace方程,得到孔隙分布曲线、土水特征曲线及其斜率的关系图。结果表明孔隙结构对SWCC有直接影响,孔隙分布曲线和SWCC有很好的对应关系:土水特征曲线的最大斜率点与孔隙分布曲线中优势孔隙峰值点能一一对应;L1为双峰孔隙结构土,其SWCC对应有2个陡降段;L6、L7、L13为单峰孔隙结构土,其SWCC均只有一个陡降段,分别与其优势孔隙范围相对应。孔隙分布对失水速度和进气值Ψave值也有显著影响。

压实黄土水分入渗规律及渗透性试验研究

为了研究压实黄土中的水分垂直入渗规律和非饱和渗透系数函数,在实验室内利用一维土柱垂直入渗模型试验装置,对两组压实黄土土柱试样分别进行了常水头入渗和降雨入渗试验。得到主要结论如下:(1)常水头入渗试验中,累积入渗量和湿润锋前进距离都随入渗时间呈幂函数形式增长,累积入渗量和湿润锋前进距离之间存在线性关系。入渗率在入渗初期最大,之后随入渗时间而快速降低,并在土柱试样底部出水以后达到稳定,且与湿润锋前进距离呈反比关系。(2)降雨入渗试验中,得到两组试样入渗过程中土-水特征曲线数据,分别用van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型对两组试样进行了特征曲线拟合。并利用瞬时剖面法处理了入渗过程中水分和水势传感器的监测数据,得到两组试样的非饱和渗透系数,并拟合得到非饱和渗透系数与体积含水率之间的指数函数关系式。同时,采用van Genuchten和Fredlund等渗透系数模型分别对两组试样的非饱和渗透系数进行预测,通过对比模型预测结果和瞬时剖面法实测值,发现van Genuchten渗透系数模型预测结果更接近实测值。

黄土垂直和构造节理的几何差异性及拓扑学研究

黄土节理是地下水的赋存场所和运移通道,它们使土体破碎进而影响稳定性和强度,是各类地质灾害的构造基础,准确分析其发育特点和展布规律,是理解黄土频发灾害的关键步骤。通过现场调查、数理统计和拓扑分析,对陇西地区黄土进行系统研究。结果表明:①陇西地区主要发育优势走向为NNW、NWW和NE向的构造节理,这是受区域内走滑断裂带和逆倾滑断裂带影响的结果;②构造节理优势组的产状服从高斯正态分布,倾角多为60°~80°,垂直节理的产状随机分布、离散型较强;③2种节理的平均间距均较宽,张开度属“开裂”范围,延续性中等,但垂直节理的间距分布范围更集中,构造节理的张开度相比更小;④拓扑分析显示I型节点占主导,节理延伸过程易被中断,分支比处于3以下的低水平,该方法能更简单、直观地描述连通性。研究结果可以为新构造应力场恢复、掌握黄土节理发育基本规律、节理网络数值建模等提供基础数据。

西安渭河高漫滩砂土层抗剪强度试验与强度参数对比研究

砂土作为西安地区轨道交通建设中常见土体类型,由于其无黏性散粒结构的特性,工程中对其抗剪强度参数的直接确定较为困难。通过对渭河高漫滩地区不同砂层进行了原状试样和重塑试样的直剪试验、重塑砂试样的三轴压缩试验和休止角试验,探讨轨道交通工程中砂土的抗剪强度参数取值问题。结果表明,各砂层固结排水剪试验的抗剪强度包线均在直剪试验之上;直剪试验得到的粉细砂重塑样抗剪强度参数比原状砂试样大,粗砂和砾砂的结果则相反,中砂的原状试样和重塑试样之间相差不大;内摩擦角介于水上休止角和水下休止角之间。对于轨道交通地下工程,建议砂土的强度参数可不考虑黏聚力,内摩擦角可参考原状砂试样的直剪试验结果给出了研究成果,可为西安地区轨道交通等类似地下工程建设提供参考及借鉴。