古土壤层间富水对黄土场地湿陷性的影响

黄土地层中往往交替分布着多层红色古土壤层,由于其硬度相对较高,遇水不易湿陷,对黄土地层湿陷量的测量结果有很大的影响。然而,对于古土壤对湿陷量的控制作用目前还缺乏相关研究,导致对湿陷地层湿陷量的科学取舍缺乏理论依据。为此该文统计了黄土高原区的浸水试验结果,分析了不同区域湿陷量室内外差异特征,并以西安地区两个试验场地的大型浸水试验为研究对象,进行了不同试验条件下土体中水分的扩散、含水率的变化、土压力变化以及累计湿陷量等测量工作。最终结果表明,古土壤层的存在阻碍湿陷进程,在阻止水分下渗的同时,阻碍深部地层湿陷量传递至地表,使得湿陷量实测值与计算值之间的差异与古土壤层数呈现正相关的趋势。该文将为普遍存在古土壤的黄土地层自重湿陷机理的研究提供参考。

黄土湿陷特性及其改性方法研究进展

为了减小黄土湿陷性引起的一系列地质灾害方面的危害,对现阶段黄土湿陷性的研究成果进行了梳理和分析,总结了黄土湿陷微观研究中3种主流研究方法取得的部分重要成果,剖析了国内外黄土湿陷的评价方法及其侧重差异,归纳了湿陷性黄土的改性方法,并对未来黄土湿陷微观机理和湿陷性评价的研究进行了展望。结果表明:黄土湿陷的根本原因是其本身具有独特的架空结构,黄土遇水后架空结构中的部分黏粒发生水化膨胀导致颗粒滑移且随着含水率达到阈值,黄土结构中连接薄弱处将首先发生破坏,因此其稳定性受含水率的影响显著;目前基于多元线性回归法、偏最小二乘法等方法建立了许多关于黄土湿陷性和各项物理指标、土层埋深以及微观结构参数之间关系的湿陷性评价理论;针对黄土湿陷量计算值和实测值之间的差异,学者提出了修正系数、湿陷性土不连续分布效应系数等参数进行修正;湿陷性黄土的改性方法可以分为物理改性和化学改性两类,浸水法、深层强夯法等物理改性方法通过使土的孔隙结构和颗粒排列方式发生改变进而实现改性,而化学改性加固中添加的各类固化剂会同黄土中的水和可溶性盐类发生一系列反应,增加黄土中的黏粒和胶结物含量,进而实现对黄土各项性质的改善。

急速增湿条件下湿陷性黄土中桩基的承载性状

入渗增湿条件下,湿陷性黄土地区中桩基的承载性状会因桩周土基质吸力减小和湿陷变形而显著劣化,进而诱发一系列的工程问题。为了研究浸水前后湿陷性黄土中桩基承载性状的变化规律,进行模型桩的入渗试验,同时对桩周土体的变化(包括沉降、体积含水率、基质吸力)以及桩基承载性状的变化(包括桩顶沉降、桩侧摩阻力和桩端承载力)进行监测。将入渗过程中桩周黄土基质吸力变化与桩基承载性状的变化相关联,从非饱和土力学的角度阐明入渗前后桩基承载性状的变化规律和变化机理。研究结果表明,入渗过程中的桩顶沉降和桩端承载力不断增加,桩身轴力大致呈“D”字形分布,最大轴力出现在入渗过程中。入渗过程中桩周黄土的基质吸力减小,产生湿陷变形,使桩侧摩阻力大小和方向发生改变,进而导致桩基承载性状的变化。基于非饱和土力学原理对传统的剪切位移法进行简化和修正,提出考虑桩周黄土湿陷变形影响的单桩沉降预测模型,并结合试验结果对理论模型进行验证。研究成果有助于进一步完善复杂环境荷载作用下湿陷性黄土地区的桩基设计理论和工程性状评估。

湿陷性黄土地基中桩基负摩阻力计算新方法

负摩阻力对湿陷性黄土地基中桩基的承载变形性状具有重要影响,现行桩基规范及黄土规范推荐的负摩阻力计算方法不能反映黄土桩基负摩阻力的实际性状。对近30年来在黄土地区开展的钢筋混凝土灌注桩现场浸水试验实测数据进行统计,分析黄土浸水完成后桩身中性点深度、桩身最大负摩阻力深度及负摩阻力系数与桩长径比的关系,通过线性拟合得到了中性点深度比、最大负摩阻力深度比及负摩阻力系数与桩长径比的经验表达式,提出湿陷性黄土地基中桩基负摩阻力计算的新方法。新方法用三角形表示负摩阻力沿深度的分布,能反映负摩阻力从桩顶向下先逐渐增大、达到最大值后随深度增加逐渐减小、最终在中性点处减小为零的分布特征。将提出的方法、桩基规范及黄土规范方法的计算结果与实测结果进行对比,结果表明,桩基规范预测的中性点深度比优于黄土规范,黄土规范预测的最大下拉荷载优于桩基规范,而用新方法计算的负摩阻力最接近实测结果。

湿陷性黄土区输水隧洞盾构施工风险评估

为了提高针对湿陷性黄土区输水隧洞盾构法施工安全评估的可靠性,从人员管理、机械材料、施工技术、施工环境4个方面构建较为完善的施工安全风险评估指标体系;利用灰色-DEMATEL方法对中心度进行处理得到风险指标权重;以风险发生概率和风险损失程度两个维度为基础构建二维云评估模型,其中发生概率由主、客观方法相结合来确定,损失程度通过改进雷达图法从人员伤亡、经济损失、工期延误、功能缺陷和环境影响5个方面来综合确定。将该评估模型运用到引汉济渭工程X输水隧洞盾构法施工项目的安全评估中。结果表明:该项目施工风险评估等级为Ⅱ级,施工安全风险程度较小,评价结果符合工程实际,验证了该评估模型的可行性和有效性。研究成果可为湿陷性黄土区类似输水隧洞盾构法施工安全风险评估提供借鉴和参考。

木质素抑制黄土湿陷性试验研究

黄土湿陷性常引发黄土地区构筑物基础发生沉降甚至破坏,给黄土地区基础设施建设造成了严重的威胁。通过改良黄土可减轻和降低湿陷性的危害,拟采用绿色可降解工业废料木质素对湿陷性黄土进行改良,发现木质素改性黄土可显著减轻黄土湿陷性的危害,并从形变机制和微结构两方面对改良机制进行解释。研究结果表明:2%木质素掺量的黄土试样,其原有的强烈湿陷性已基本消除,改良效果在4%木质素掺量达到峰值;从形变机制看,木质素的加入改变了其结构特征,原本由湿陷性导致的结构失稳在加压期间被释放,致使改良土受湿陷影响降低;从微结构角度看,木质素会使黄土颗粒之间产生新的胶结物,使颗粒之间的联结力增强,从而提升其改良效果。通过室内试验验证木质素在抑制湿陷方面的有效性,2%木质素掺量即可达到改良效果且具有量省效宏的优点,同时符合绿色施工理念并提高工业副产品木质素的利用率,为实际工程解决湿陷问题提供新参考。

挤密桩处理湿陷性黄土高速公路路基的研究

湿陷性黄土遇水强度降低,产生明显变形,严重危害高速公路的运营安全,导致路面出现开裂和沉降。以某采用灰土挤密桩处理的湿陷性黄土路基为例,详细阐述了施工准备、成孔施工、灰土拌合、灰土夯填、施工质量检测等工序的施工要点。对灰土挤密桩处理后桩身填料压实系数、桩间土挤密系数、复合地基承载力和湿陷系数进行检测。研究表明:桩身填料压实系数和桩间土挤密系数的平均值和极小值均满足要求;复合地基承载力特征值为200 kPa,超过设计要求的限值;路基经过加固后的湿陷系数都远低于允许值0.015,即路基10 m范围内经过挤密桩加固后湿陷性已消除。

气动振杆密实法加固湿陷性黄土的模型试验研究

气动振杆密实法是湿陷性黄土地基处理的一项全新技术。采用自行研制的气动振杆密实模型试验装置,进行了单一激振力、气体射流协同激振力两种条件下的模型试验,评价了土体加固效果,研究了振杆贯入过程中土体水平向土压力、土颗粒垂直振动速度和土体中气体压力值的变化规律。试验发现,处理后各深度土层的密度均有明显提高,湿陷系数降低;增设气体射流后,100 mm深度以下土层密度进一步提高,水平向土压力最大提高20.4%,同时放大了振杆密实法引起的土体振动响应。研究揭示了气体射流在土体加固过程中的作用机理,探讨了气动振杆密实法加固湿陷性黄土机理,为推广气动振杆密实法处理湿陷性黄土地基技术的应用提供了理论依据。

湿陷性黄土地区明渠陡槽加墩消能工优化试验

明渠陡槽加墩是一种高效消能工布置方式,在特定条件下具有很高的技术竞争优势,但目前国内相关研究甚少。针对甘肃庆阳小崆峒沟雨水下塬排放工程的明渠陡槽加墩段进行了1∶30大比尺水工模型试验研究,试验发现初步方案沿程水流流态不稳定,存在向外泼溅溢出现象,危及黄土边坡的结构稳定。为此对初步方案进行了优化研究,试验发现,通过缩短消能墩排距,可以显著减小水面波动,使沿程水深分布均匀,流速降低,沿程不再出现水流向外泼溅溢出现象。消能墩排距由H/i缩短至0.5H/i后,在最大设计流量工况下,水面波动减小72.5%,平均流速降低40.1%,总消能率由87.9%提高至94.6%。

灌注桩后注浆对桩周黄土力学特性和湿陷性的影响

为了降低新疆地区黄土湿陷变形对该地区特高压输电线路塔基基础稳定性的影响,文章以新疆伊犁哈萨克自治州尼勒克县塔勒德地区的黄土为研究对象,采用灌注桩后注浆工艺对黄土地基进行改良,通过直剪试验、湿陷性测试、场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)观测和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析等方法,探究灌注桩后注浆对桩周黄土力学特性、湿陷性指标和微观结构特征的影响。结果表明:灌注桩后注浆后,桩周黄土内摩擦角由改良前的23.66°增大为26.76°,增幅为13.10%;黏聚力由改良前的20.88 kPa增加至31.30 kPa,增大49.90%;改良后较改良前黄土的湿陷系数平均下降0.026左右,湿陷系数下降明显,说明后注浆方法可以改善黄土的湿陷变形问题。

湿陷性黄土地基大跨度桩基承载特性模型试验

城市车辆段上盖开发工程中的大跨度桩基具有单桩竖向承载较大、桩间大跨度范围内土体受荷较小的特点。以西安地铁某车辆段大跨度桩基为研究对象,制备人工湿陷性黄土作为相似材料,开展了湿陷性黄土地层大跨度桩基的室内模型试验,研究大跨度桩基在湿陷性黄土地层中的荷载传递机制与变形规律。结果表明:制备的人工湿陷性黄土与现场原状黄土性质接近,将其应用于模型试验时可以得到良好的效果;大跨度桩基在未浸水时,荷载沉降曲线为陡降型,桩身轴力在桩顶附近显著下降,未达到极限承载力时,桩顶沉降、桩端阻力线性增大;在黄土浸水湿陷后,桩身轴力沿埋深方向呈“D”字型分布,随着浸水时间的增加,桩顶沉降、桩端阻力先缓慢增加后显著增加,中性点位置不断向桩身下部移动。

干湿循环下盐渍压实黄土湿陷性劣化机理研究

近年来黄土高原地区土壤盐渍化问题愈发严重,深入了解盐渍压实黄土在干湿循环作用下的湿陷性演化规律对当地填方工程安全至关重要。本文通过对不同干湿循环次数和硫酸钠(Na_(2)SO_(4))含量的压实黄土试样进行电镜扫描试验和室内湿陷试验,研究了盐渍压实黄土在干湿循环过程中的湿陷性劣化规律及其微观机理。结果表明:干湿和盐蚀的耦合作用使黄土结构趋于松散,造成湿陷系数增大,然而湿陷系数的增速随干湿次数增加而逐渐减小,表现出减速劣化特性,随含盐量增大而逐渐增大,呈现出加速劣化特性,且当含盐量大于0.5%时,盐蚀对湿陷性的劣化作用比干湿劣化作用更显著。最后,构建了同时考虑干湿循环次数和含盐量的经验模型,能较好描述盐渍压实黄土在干湿循环作用下的湿陷性演化规律。

湿陷性黄土场地大型储罐基础设计

结合在湿陷性黄土场地上建设的10万方大型钢储罐工程,从基础选型、承载力设计、地基处理、充水预压、沉降观测等方面进行了深入的分析和研究,并从经济性、施工可操作性等方面进行地基处理方案比选,确定采用孔内深层强夯桩+灰土石垫层,提出对含水率较低的湿陷性土层进行预增湿技术,使土层达到最优含水率,解决桩沉管不易、拔管困难、较难消除湿陷性的问题,充水预压后进行沉降观测,结果表明地基沉降随充水荷载增大而增大,在15d后趋于稳定,且储罐四周沉降大于中心点,但沉降量均小于估算值,地基处理效果达到预期。

湿陷性黄土红砂岩混合填料流态固化土的性能研究

采用湿陷性黄土、红砂岩作为流态固化土的原材料,对湿陷性黄土红砂岩混合填料流态固化土的力学性能及水理性进行试验研究。结果表明:用水量对湿陷性黄土红砂岩混合填料流态固化土的流动度及抗压强度的影响程度最大,最优配合比为m(湿陷性黄土):m(红砂岩)=65:35,水泥掺量13%,用水量40%;随养护龄期延长,最优配合比试件的抗压强度、黏聚力、内摩擦角均呈增长趋势,压缩系数、湿陷系数、渗透系数呈减小趋势;当龄期为28 d时,标准养护和自然养护试件的无侧限抗压强度分别为1.24、1.02MPa。根据力学强度及水理性能变化认为湿陷性黄土红砂岩混合填料流态固化土具有工程应用可行性。

干湿循环下重塑粉质黏土湿陷变形及其影响因素研究

为研究粉质黏土在干湿循环作用下的湿陷变形规律,以银川粉质黏土为研究对象,制备不同饱和度和压实度的试样,进行干湿循环作用下的湿陷变形试验。结合多因素交互作用的显著性分析法,对不同影响因素下湿陷变形率进行分析。结果表明:压实度及饱和度对湿陷变形率产生了不同程度的影响;对于中低饱和、高饱和土体,在干湿循环作用下,压实度对减缓湿陷变形作用显著性不同,且减缓效果与干湿循环过程相关。干湿循环次数、压实度、饱和度的三因素显著性分析结果表明,三因素显著性均为强,交互作用对湿陷变形率显著性程度不同。为减小压实度和饱和度对地基变形的影响,建议初始压实度不低于95%,且不宜超过最优含水率所对应的饱和度。

冲击碾压施工技术在湿陷性黄土路基处理中的应用

为研究冲击碾压施工技术在湿陷性黄土路基处理中的应用,论文依托实际工程,详细阐述了冲击碾压施工技术的工程特性,重点研究了冲击碾压施工技术的要点,并及时对湿陷性黄土路基碾压质量进行检测,为消除现场安全隐患,提出冲击碾压施工中需注意的安全事项。

太原湿陷性黄土微观结构沿剖面变化特征研究

本研究对山西太原某地不同深度单线法室内自重湿陷后黄土样,通过压汞与扫描电镜观测相结合分析,描述了黄土颗粒、孔隙的形态特征并揭示其随深度的变化规律。得出如下结论:(1)黄土颗粒受风化等作用影响,随深度有细化的趋势。(2)不同深度孔隙稳定性与颗粒形态、颗粒间胶结状态等多因素相关。(3)将孔隙划分为大(>20μm)、中(5~20μm)、小(0.1~5μm)、微(<0.1μm)4种尺寸类型。大孔隙不稳定,随深度增加而减少,而微孔隙基本不受土层深度的影响。(4)中、小孔隙范围内,包括不同大小能承受一定荷载的亚稳定孔隙。在一定深度范围内,该孔隙随深度增加由大到小逐级被破坏、转化为更小的孔隙。该范围土层黄土依旧处于亚稳态结构,具有湿陷性。(5)深度增加至土体自重超过最后一级亚稳孔隙的强度界限时,小孔隙被压缩破坏,黄土结构趋于稳定,此深度以下黄土基本丧失湿陷性能。

基于改进云模型的湿陷性地基渡槽稳定状态评估

【目的】由于跨湿陷性黄土区的输水渡槽因服役期内的地基变形和建筑物老化,造成渡槽的服役安全性和结构稳定性难以定量评估,为对湿陷性地基渡槽的稳定状态进行评估,以宁夏固海扩灌灌区的清水河渡槽为研究对象,构建了基于湿陷性黄土地基稳定状态与渡槽建筑物稳定状态的多级评估体系耦合的湿陷性黄土地基渡槽稳定状态综合评估体系,【方法】使用云模型对湿陷性黄土地基渡槽稳定状态进行综合评估,使用AHP-熵权法对云模型进行改进,研究中使用拉格朗日乘子法将AHP法与熵权法进行耦合后计算指标权重,以提高模型权重的合理性使其更加客观精确。【结果】研究结果显示:现役清水河渡槽的湿陷性黄土地基稳定状态、渡槽建筑物稳定状态及湿陷性黄土地基渡槽整体稳定状态的云数字特征参数分别为W_(1)=(4.608,0.766,0.228)、W_(2)=(6.094,0.674,0.214)和W=(5.307,0.720,0.221)。【结论】结果表明:现役清水河渡槽的湿陷性黄土地基稳定状态、渡槽建筑物稳定状态及湿陷性黄土地基渡槽整体稳定状态分别处于V_(3)(中等)稳定状态、V4(较为)稳定状态以及V_(3)(中等)稳定状态。该评估模型可为同类湿陷性黄土区域的水工建筑物的稳定状态评估提供参考。

湿陷性黄土地区百米超长桩施工关键技术研究

依托陕西省铜川市玉皇阁二号桥及引线工程百米超长桩项目,比选了各类成孔方法和钻机,选定旋挖成孔法施工工艺和徐工XR800E旋挖钻机,完成该百米超长桩施工。介绍了百米超长桩的关键技术要点和质量控制措施,并从钻孔前的预处理、钻孔过程中的综合处理、钢筋笼施工控制措施等方面保证该超长桩施工的可靠性。通过试桩试验,确定了百米超长桩在湿陷性黄土场地的承载力和沉降特性。施工过程中,严格把控土层钻进参数、泥浆循环系统、沉渣厚度、钢筋笼安全稳定性验算、水下混凝土灌注等关键环节,为类似湿陷性黄土地区百米超长桩施工提供解决方案。

和林格尔新区黄土湿陷系数及湿陷起始压力测定方法研究

以内蒙古和林格尔新区新建机场及其他基建项目为依托,对和林格尔新区土层成因类型及分布特征进行调查分析,初步确定湿陷性黄土的分布范围及湿陷程度。采用现场静载荷试验及原状样室内试验两种方法,对场区内粉土、粉砂两种不同湿陷性黄土的湿陷系数及湿陷起始压力的测定方法进行分析,为和林格尔新区黄土湿陷性分析提供依据。结果表明:采用现场静载荷试验确定湿陷系数,粉土湿陷系数δs取ΔFS/1.1b,粉砂湿陷系数δs取ΔFS/1.5b,均可满足判别结果的准确性;采用静载荷试验判别湿陷起始压力时,粉土取现行标准中ΔFS/b等于0.017对应的压力值作为湿陷起始压力。而对于粉砂,须进行修正,应取ΔFS/b等于0.023对应的压力值作为湿陷起始压力。