大厚度黄土湿陷特性现场及室内试验对比研究

以新建川口至大河家公路为研究对象,对古鄯服务区的湿陷性黄土进行了现场试坑浸水试验和室内试验。结果表明:试验场地黄土土体自重湿陷量的实测值与室内试验计算值存在较大差异的主要原因是湿陷性土层分布不连续;自重湿陷系数与含水率之间存在良好的线性负相关性,随着含水率的增大而减小,且土体含水率19.5%的黄土场地不具有自重湿陷性;自重湿陷系数与孔隙比之间存在良好的线性正相关性,随着孔隙比的增大而增大;该地区黄土发生湿陷的起始孔隙比为0.98。     

基于固结与回弹试验的黄土自重湿陷下限深度确定方法

针对室内湿陷试验判定的黄土自重湿陷性与现场试坑浸水试验结果差异较大的问题，本文以西安黄土为研究对象，进行了黄土的自重湿陷系数试验与回弹试验，结果显示卸荷回弹变形与自重湿陷变形间存在紧密联系。通过扫描电镜试验、压汞试验等分析了不同压力下回弹变形与黄土微结构间的关系。应力较小时回弹变形较大，浸水附加变形（湿陷变形）以弹性为主并在卸荷后完全恢复，土体结构保持稳定；应力较大时回弹变形极小，浸水附加变形在卸荷后无法恢复，土体结构明显破损，黄土发生湿陷。在理论分析与试验结果的基础上提出了一种判定黄土自重湿陷下限深度的方法。黄土自重湿陷系数试验后，若土样卸荷回弹稳定高度大于浸水前固结稳定高度，则黄土不具自重湿陷性，反之则具有自重湿陷性，具有自重湿陷性的最大土层深度即自重湿陷下限深度。经工程实例验证，本文方法的判定结果与现场试坑浸水试验结果一致。     

郑西铁路客运专线路基防排水技术研究

研究目的:郑西铁路客运专线沿线的黄土广泛分布,湿陷性黄土区段占全线总长度的65%,湿陷程度从轻微(Ⅰ级)到严重(Ⅳ级),涵盖了我国湿陷性黄土的全部类型。在这样复杂的工程地质地段修建高速铁路,具有极大的不确定性和挑战性。因此,郑西铁路客运专线开工建设前期,根据沿线黄土丘陵、伊河和洛河二级阶地、黄土塬、黄河二级阶地、渭河二级阶地等不同地貌单元特点,选择典型的试坑浸水试验场地,在充分浸水条件下,查明湿陷性黄土在大面积浸水条件下的影响范围,并为地基处理和防排水设计提供试验资料。研究结论:通过试验研究表明:8个现场浸水试验场地完全浸水后的浸润线斜率在1.3～6.0之间;试坑外15 mm湿陷变形量发生位置距浸水试坑边的水平距离自东向西逐渐增大,为6～15 m;防排水措施距路肩的水平距离为0.2～0.5倍的湿陷性黄土层厚度,设计深度在DK233～DK250段、DK250～DK321段和DK321～DK356段分别为0.32H-1.60a、1.53H-3.40a、0.88H-1.75a。     

黄土隧道围岩湿陷衬砌结构力学响应分析

针对湿陷性黄土隧道围岩浸水后工程力学性质劣化导致的衬砌结构病害问题,考虑黄土围岩浸水湿陷过程中隧道围岩压力增大及围岩约束软化的特点,提出围岩浸水湿陷前后围岩压力及基床系数的变化取值计算方法,建立基于荷载-结构模型的黄土隧道围岩浸水湿陷衬砌结构力学响应分析方法。以曾开展现场试坑浸水试验的黄土隧道为对象,对隧道围岩浸水湿陷引起的衬砌结构内力变化及承载安全状态进行计算分析,结果表明,黄土围岩浸水湿陷会引起衬砌结构内力显著增大和分布形式变化,特别是仰拱中部和墙脚端部弯矩值增大2.5～3倍,相应部位截面承载安全系数可降低至1以下,发生拉裂破坏,衬砌结构设计中应予以加强。模型计算结果与现场实测结果相吻合,验证了该分析方法的合理性,可为湿陷性黄土隧道衬砌结构冗余设计提供参考。     

中兰铁路深厚黄土场地浸水地表变形规律研究

在中兰铁路沿线的靖远北站附近开展大型试坑浸水试验,对该黄土场地浸水后的地表沉降规律、浸水湿陷范围和裂缝发育特征进行研究,试验历时166 d,其中观测场地初值4 d,浸水142 d,停水后继续观测20 d。测试结果表明：浸水完成后,该黄土场地的最大水平影响范围为距浸水试坑边缘28 m左右,根据最终地表沉降结果可将试验场地分为浸水湿陷区、显著湿陷区、轻微湿陷区和非湿陷区,其中浸水湿陷区(试坑浸水范围)和显著湿陷区(距浸水试坑边缘0～16 m)地表沉降较大,轻微湿陷区(距浸水试坑边缘16～28 m)的地表沉降较小。地表沉降过程可按其沉降速率变化分为加速沉降段、减速沉降段和匀速沉降段,其中减速沉降段是水分入渗和场地黄土发生湿陷的主要阶段,占浸水时间的81%,完成了最终地表沉降量的87.14%。整个地表沉降过程连续,无陡降现象出现;试验场地的地表裂缝呈环状逐渐向外扩散,大部分产生于浸水后70 d内且主要集中在显著湿陷区,地表裂缝的分布规律为近密远疏,靠近浸水试坑边缘的裂缝分布集中、发育程度较好,而距浸水试坑边缘较远处裂缝则分布稀疏且多为微裂缝。单一裂缝的变化规律为先迅速发育,后呈现逐渐闭合的趋势...     

郑西客运专线黄土地基湿陷性现场浸水试验研究

在分析郑西客运专线黄土分布特征的基础上,选取8个典型工点进行黄土地基湿陷性现场浸水试验.试验结果表明:郑州至渑池段2个试验场地最大自重湿陷量为0.47～2.65 cm,属于Ⅱ级非自重湿陷性场地.渑池至西安段6个浸水试验场地最大自重湿陷量为10.4～160.3 cm,属于Ⅱ级～Ⅳ级自重湿陷性场地,黄土自重湿陷性基本服从自东向西逐渐增强的规律.自重湿陷性黄土下限深度,现场实测值一般小于取样计算值.浸湿范围、自重湿陷变形范围和裂缝发生范围,存在前者控制后者的关系.分段评价郑西客运专线沿线黄土湿陷性,提出地基处理深度、桩基负摩擦力设计深度及路基防排水宽度建议值.     

用变形模量计算黄土自重湿陷量方法探讨

采用室内试验计算法与现场试坑浸水试验所得到的黄土自重湿陷量存在较大差异,故提出依据变形模量计算黄土自重湿陷量的方法,并用实际工程对该算法进行验证。用变形模量计算黄土自重湿陷量为333. 6 mm,野外试坑浸水试验的实测值为380. 5 mm,两者接近。从工程的角度而言误差较小,说明该计算方法有一定的理论价值。自重湿陷底界深度是计算中的重要参数,其测试比较困难,论文对其研究方法提出了建议。     

大厚度湿陷性黄土场地铁路桥梁灌注桩负摩阻力计算方法

当铁路桥梁桩基穿越大厚度湿陷性黄土场地时，桩基负摩阻力和中性点深度的合理取值与计算，是目前需要解决的工程难题。针对现行规范的不足，在分析总结湿陷性黄土场地桩基浸水试验结果的基础上，采用抛物线拟合负摩阻力达到稳定状态时的分布，并对中性点深度比、负摩阻力最大值出现深度、负摩阻力最大值与平均值等参数进行分析与探讨；根据负摩阻力的力学机理与分布模式，考虑湿陷性土层厚度对动摩擦系数的影响，提出负摩阻力计算方法。结果表明：浸水前桩顶承受一定竖向荷载时，湿陷性黄土层下限深度采用室内试验计算值，确定的中性点深度比与现行规范推荐值较为一致；负摩阻力最大值出现深度基本为中性点深度的0.5倍，负摩阻力最大值为其平均值的1.5倍；采用该方法计算的负摩阻力平均值与《湿陷性黄土地区建筑灌注桩基技术规程》推荐值较为一致，可作为大厚度湿陷性黄土场地灌注桩单桩竖向承载力计算时的特征值，研究结果可为湿陷黄土地区的桩基工程设计提供参考。     

银昆高速公路湿陷性黄土地基水泥土挤密桩处理试验研究

水泥土挤密桩复合地基的承载力和浸水后的时空变形特征是高速公路湿陷性黄土地基处理的重要研究课题。以银川至昆明高速公路(G85)太阳山开发区至彭阳(宁甘界)段为研究对象,采用现场载荷试验和浸水试验为手段,研究水泥土挤密桩处理后的复合地基承载力和浸水条件下的复合地基变形。研究表明:水泥土挤密桩对黄土地基的承载力改善具有十分显著的作用,随着桩数的增加,复合地基承载力特征值和群桩效应均随之增加;不同深度处的湿陷变形速率曲线规律具有明显的一致性,土体湿陷变形呈现时间早、速度快、变形量大的特点;在浸水试验试坑竖向方向和横向方向的变形分析表明水泥土挤密桩对黄土地层的湿陷变形能够起到良好的控制作用。     

基于桩土相对位移特征的深厚湿陷性黄土地区桩基承载力计算方法

湿陷性黄土地层桩基中性点不易准确把握，会导致部分工程实测负摩阻力高于规范参考值。针对这一问题，本文基于现场浸水试验，提出一种依据湿陷性土层厚度确定桩基负摩阻力分布新方法——相对位移法，并进行了验证。结果表明：浸水试验场地累计沉降随着深度的增大而减小，深度为0～15 m时土体湿陷较为充分，15 m处接近饱和自重应力界限，15 m以下土层湿陷不充分，土中竖向应力增长幅度较小，22 m以下土层基本不发生湿陷；经验参数法与相对位移法计算得到的桩基承载力分别为2 926.5、3 251.6 kN，相对位移法得到的桩基承载力更能反映桩基承实际载能力，用于深厚湿陷性黄土地区桩基设计能兼顾安全性与经济性。     

湿陷性黄土地区高速铁路路基地基沉降控制技术

郑西、西宝和大西高速铁路是我国在湿陷性黄土地区先后修建的无砟轨道高速铁路,黄土地基湿陷沉降是影响铁路安全的关键因素。结合这3条高铁路基工程,开展了物理力学试验、应力测试、桩身材料试验、现场浸水试验和沉降观测,对黄土路基地基的湿陷变形量、沉降计算影响深度、沉降计算经验修正系数、压缩模量扩大系数等进行了分析,并对适用于高速铁路的湿陷性黄土地基处理方法进行了总结,可为湿陷性黄土地区高速铁路路基地基沉降控制提供参考。     

实际浸水环境下黄土湿陷性分析与浸水环境分级

研究目的:分析实际环境条件下黄土的浸水条件与机理,确定各种自然及人工环境下最不利的饱和湿陷土层厚度,根据环境对黄土浸水程度的影响差异对场地浸水湿陷环境进行分级.研究结论:黄土场地的实际湿陷厚度由多种因素决定,最主要受浸水条件的控制,具体浸水环境条件下的实际湿陷厚度,由降水、地表水入渗、地下水位升高三部分构成.经验和计算表明,在自然状况下大部分地带浸水厚度明显小于可湿陷土层厚度,以浸水湿陷厚度代替可湿陷土层厚度为依据采取工程措施可以较显著节省工程量及费用.     

湿陷性黄土地区新建铁路与水渠合理避让距离研究

黄土具有垂直节理发育、透水性好、遇水易湿陷和较强水敏性工程特征。本文在对比分析中兰铁路典型不同成因黄土物理力学性质的基础上，开展现场浸水试验，对不同成因黄土场地新建铁路与长大干渠合理避让距离进行研究。试验结果表明：当黄土渗透系数大于10^-4 cm/s、砂粒含量较大且结构疏松、孔隙发育时，铁路路基边坡外缘与水渠合理避让距离不小于20 m,对沉降敏感的高速铁路安全避让距离原则上需大于30 m;当黄土渗透系数小于10^-5 cm/s、砂粒含量较少且黏粒含量较高时，铁路路基边坡外缘与水渠合理避让距离不小于15 m。该研究结论对湿陷性黄土地区铁路工程地质选线具有一定参考价值。     

兰州新区大厚度湿陷性黄土宏细观参数试验研究

为了探明兰州新区大厚度黄土宏、细观参数随土层埋深的变化情况,在现场采取原状土样,开展室内物理力学参数试验和电镜扫描测试,研究其宏观物理参数和微观结构参数随土层埋深的变化规律,并将室内试验和现场测试得到的自重湿陷系数进行对比分析。研究结果表明：原状黄土的基本物理参数均随深度呈规律性变化,随着埋深增加,上覆土压力增大,黄土的含水率和干密度呈线性增加,渗透系数、孔隙比和自重湿陷系数明显减小。深度由2 m增加至30 m时,含水率、干密度分别增加18.46%,29.23%,孔隙比从1.08减小至0.71,自重湿陷系数由0.142降至0.006。不同深度处黄土中各矿物成分的含量基本一致,石英含量均为最高(53.90%～59.52%),伊利石含量次之,白云石、绿泥石含量较少。通过扫描电镜试验可知,兰州新区黄土的物理参数和微观结构具有较好的对应关系。浅层黄土大孔隙发育,易遇水而破坏,产生湿陷变形。随着深度增加,黄土中挤密镶嵌结构越来越发育,大孔隙结构减少,表现为干密度增加,孔隙比减小,湿陷性减弱。室内试验和现场测试得到该场地的自重湿陷下限深度大致相当,在地面以下22 m左右。现场试验和室内试验测得的自...     

湿陷性黄土铁路路基原位浸水试验研究

在湿陷性黄土铁路路基试验段,运用大型原位浸水试验,研究路基浸水后柱锤冲扩桩和挤密桩地基的浸水规律以及地基土湿陷对路基沉降的影响.研究结果表明:柱锤冲扩桩和挤密桩地基分别在浸水60和50d时,浸水附加沉降发生突变;浸水约19 d浸润角达到最大,因此路基坡脚附近因降雨或其他原因形成的积水滞留时间不应超过19 d;浸水87 d柱锤冲扩桩路堤的沉降量为1.7～5.1 mm,挤密桩为26.2～51.3 mm;长时间持续浸水后柱锤冲扩桩路堤的总沉降量仅为3.8～7.4 mm,而挤密桩路堤的总沉降量则高达62.3～103.1mm,因此在实际工程中,一定要加强挤密桩路段的防排水措施,避免局部积水,以保证行车安全;未处理湿陷性黄土地基的浸润角为38°～42°,故建议在湿陷性黄土地区修建铁路时,距路基坡脚一定范围内不能有鱼塘、水池等长期积水设施.     

晋南黄土结构性与湿陷性的相关性研究

针对黄土结构性与湿陷性相关性研究还不够完善的问题,采用晋南地区湿陷性黄土进行压缩试验以及湿陷试验,主要研究湿陷系数随结构性参数的变化规律。结果表明:黄土结构性随竖向压力增大及含水量的提高而变弱;竖向压力为200 k Pa时,湿陷系数最大;黄土结构性是造成其湿陷性的重要原因,结构性越大,湿陷系数相应也越大。     

湿陷性黄土区桩基负摩阻力统计分析及建议

研究目的:在黄土地区桩基设计中,桩基负摩阻力和中性点深度的合理取值一直是研究及设计人员所关注的难点问题。本文在对湿陷性黄土地区桩基负摩阻力和中性点深度影响因素分析的基础上,搜集国内近30余项黄土地区桩基现场浸水试验研究成果,对黄土地区桩基负摩阻力的取值和中性点深度进行总结及统计分析。研究结论:(1)通过大量测试数据的统计分析,明确了负摩阻力取值和中性点深度的上下限范围;(2)在桩顶标高低于-5 m、桩周土湿陷性土层厚度不大于6 m且湿陷等级不大于Ⅱ级的范围内,桩周土对桩体基本没有负摩阻力产生;(3)在实际工程中,桩顶往往承受较大荷载,且工作过程中浸水湿陷几率和湿陷量远不及现场注水湿陷充分,这些因素均使实际工作桩基的中性点上移,分析建议桩基中性点出现位置(中性点深度比ln/l0)选择在0.5～0.7之间;(4)通过对大量实测数据的统计分析,建议深厚层强湿陷性黄土地区桩基设计时负摩阻力取15～35 k Pa是符合实际的,并建议进一步开展黄土地区桩基础负摩阻力性状的原位试验研究,以期利用本次研究成果为深厚层强湿陷黄土地区的桩基设计提供依据。     

山西太兴铁路黄土湿陷性评价

太兴铁路为山西西北部重要能源交通线,沿线黄土分布,其湿陷性对工程设计施工有着重要影响。以线路DK103+900~DK122+800段为研究对象,在黄土梁、黄土沟不同地貌处共挖得探井38个,探井内每米取2个Ⅰ级样,湿陷性试验采用双线压缩法。对照黄土常规物理力学试验,湿陷性黄土表现出大孔隙率、高压缩性。湿陷性计算表明,黄土梁部位湿陷性为Ⅱ级自重湿陷,黄土沟处黄土受流水改造大,湿陷程度低。工程挖填方引起路基上覆荷载变化,其湿陷程度也会发生变化。由此可见,结合试验和工程特点对其进行湿陷性评价,可为设计提供合理依据,有效减少工程投资,并且为以后类似工程提供参考。     

宝兰客专黄土隧道地基静压挤密处理效果探讨

研究目的:开工建设的宝兰客运专线途经五个地貌单元,沿线广泛分布着黄土,具有湿陷层厚度大、湿陷等级高、振动易损性大的特点,湿陷性黄土隧道地基处理标准高,施工振动控制难度大。安家庄隧道所处地貌单元为黄土高原梁峁区,洞身埋深范围内的黄土具有强湿陷性,场地的湿陷等级为Ⅳ级(很严重),暗洞地基设计为静压挤密预成孔桩。研究结论:(1)由中铁西北院自主研发的静压挤密处理方式及静压挤密机适宜于湿陷性黄土隧道地基的挤密处理;(2)若以消除桩间土的湿陷性且使挤密系数达到规范要求时,合理的桩径与桩间距分别为0.41 m、0.91 m;(3)若隧道地基的承载力满足设计要求,桩间土的最小挤密系数与平均挤密系数可小于规范的具体规定,仅以消除桩间土的湿陷性即可,此时合理的桩径与桩间距分别为0.41 m、1.2 m;(4)本研究成果可直接应用于湿陷性黄土隧道地基的挤密处理,同时还可在黄土区小空间、狭小、严格控制振动的场地应用。     

黄土区高速铁路挤密桩地基沉降控制效果研究

沉降控制是湿陷性黄土区高速铁路建设中的技术难题.本文以郑西客运专线湿陷性黄土路基试验工程为依托,通过开展沉降变形观测、大型浸水试验、路基沉降预测,对高速铁路技术条件下水泥土挤密桩地基的沉降变形特性、湿陷性消除效果、沉降控制效果等进行了研究.研究结论:挤密桩最大处理深度一般不超过15 m.本试验场地采用15 m挤密桩处理,恒载预压6个月路基的剩余沉降量便已满足铺设无砟轨道对路基工后沉降的控制要求,浸水后该地基加固层仅出现了极少量的沉降,加固层的黄土湿陷性已完全消除.在湿陷性黄土厚度小于15 m的场地,采用挤密桩处理地基是一种有效的沉降控制方法.