甘肃地区湿陷性黄土湿陷性规律的试验研究

从湿陷系数和湿陷速率两个评价指标入手,通过试验的方法研究了初始水含量、压力、时间三个因素对甘肃地区湿陷性黄土湿陷性特征的影响规律,并对此作了分析总结。最后给出了在湿陷性黄土地区进行路基施工时的防排水措施建议。     

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。     

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。     

晋北地区黄土湿陷系数与其物理力学性质的相关性分析

通过对晋北地区大量的黄土室内湿陷性试验数据进行分析,研究黄土湿陷系数与天然孔隙比、天然密度、天然含水量、压缩模量、塑性指数和液性指数6种常规物性参数之间的相关性,结果显示:黄土湿陷系数与天然孔隙比之间呈正相关关系;与天然密度、天然含水量、压缩模量、塑性指数和液性指数呈负相关关系;探讨不同湿陷强度黄土的天然孔隙比、天然密度、天然含水量及液性指数的分布规律,结果显示:该地区湿陷性黄土的天然孔隙比大于0.6,天然密度小于1.9 g/cm~3,天然含水量小于22%,液性指数小于0.25。     

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。     

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。     

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。     

西韩城际铁路湿陷性黄土地层现场浸水试验研究

在分析西韩城际铁路沿线黄土分布特征的基础上,选取代表性场地开展现场试坑浸水试验。试验结果表明:场地实测最大自重湿陷量为46 mm,仅为室内压缩试验计算值的0.23倍;湿陷土层厚度15 m,除Q;黄土全部具有湿陷性外,Q;上部黄土亦具有湿陷性;地表水自然入渗深度超过50 m,浸润角约为40°,浸润范围约为浸水试坑直径的1.7倍。对现场实测值和室内计算值差异原因进行深入分析,得出在黄土结构未完全破坏之前,发生过湿陷的土体在特定条件下还有可能再次湿陷的结论。     

原状黄土各向异性及卸载变形特征试验研究

为揭示原状黄土的各向异性和卸载变形特征,从水平和竖向2个方向取样,通过湿陷性试验、压缩试验、直接剪切试验、三轴剪切试验和卸荷三轴试验,对郑西客运专线贺家庄隧道出口洞顶Q3黄土进行黄土各向异性及卸载变形特征试验研究。结果表明:黄土的竖向和水平方向力学指标有明显差异,竖向和水平方向的压缩模量E1~2平均值分别为5.82和6.83MPa;黄土竖向湿陷性系数平均值为0.026,明显大于水平湿陷性系数平均值0.019;抗剪强度参数中水平向黏聚力大于竖向黏聚力,内摩擦角变化不大;黄土的卸荷变形与主应力差呈线性变化规律,当主应力差减小至0~90kPa时,迅速发生破坏,破坏时应变为0.5%~3.5%;原状黄土的破坏具有突变性,主要表现在卸荷破坏变形很小,破坏变形时间短,速度快。     

常规物理力学性质指标在湿陷机理上的体现

研究目的:湿陷性为黄土的主要工程地质问题,其产生机理极其复杂,产生原因多种多样,需进一步深入研究。研究方法:基于现有文献对黄土的湿陷原因与机理的认识,以甘肃黄土地区高等级公路黄土分区项目为例,利用多元统计分析方法中的因子分析对甘肃陇西陇东地区黄土的59组样本的9个常规试验的物理力学指标数据进行了分析,在此基础上,对黄土湿陷机理内因进行了分析。研究结论:黄土的湿陷性指标与其它物理力学指标存在相关性,同时,揭示出产生湿陷的黄土必须有湿陷空间及一定量遇水强度降低的联接,黄土的疏松性、多孔性正是其反映,特别是支架孔隙是导致黄土湿陷的最主要原因,而非饱和黄土是产生湿陷的前提,粘粒含量及粘土的水-胶联结在产生湿陷过程中的作用需要进一步商榷。此外,本方法解决了常规单因子分析因指标交叉而分析失真的缺陷。     

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.     

东北地区粉质黏土湿陷系数与物理性质指标的相关性

东北阜新地区部分地基表层粉质黏土具有湿陷性。在统计湿陷性粉质黏土的物理性质指标与湿陷系数的基础上,分析了两者之间的相关性。结果表明:湿陷性粉质黏土天然状态下具有干密度低、孔隙比大、饱和度低的特点,其湿陷系数与孔隙比呈正相关关系,随饱和度降低而增大;孔隙比大于0. 6且饱和度低于60%的粉质黏土具有湿陷性;建立了湿陷系数与孔隙比、饱和度的二元线性回归方程,可供类似区域粉质黏土勘察参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

准池铁路湿陷性黄土路基处理方法探讨

针对新建准池铁路湿陷性黄土路基的处理方法进行探讨,分析了本工程黄土的湿陷特点,介绍了湿陷性黄土的处理方法。结合灰土挤密桩在本工程湿陷性黄土地基处理中的应用,重点研究灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基的特点、作用原理、施工等,验证了灰土挤密桩在处理湿陷性黄土地基中的可靠性和实用性。     

无振动挤密地基处理技术在湿陷性黄土隧道中的应用

宝(鸡)兰(州)客专沿线湿陷性黄土分布广泛,其中44座隧道穿越黄土地层。黄土具有自重湿陷性,湿陷等级高(Ⅲ~Ⅳ级),孔隙比为0.9~1.3,极易在振动情况下产生振陷,导致隧道结构开裂、塌方,甚至导致边仰坡滑坡、滑塌等灾害,因此,采用挤密法进行地基处理为最优方案。本文针对湿陷性黄土隧道开展了无振动挤密桩地基处理工业化试验。试验结果表明:研制的无振动挤密设备成孔成桩性能良好,施工对隧道周边围岩基本无扰动;无振动挤密设备处理湿陷性黄土效果良好,满足铁路隧道相关规范要求。     

黄土隧道地基的湿陷性问题研究

研究目的:我国在黄土地区修建了大量的隧道工程,对隧道地基的湿陷性评价和处理没有专业规范,仅参考《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025—2004)的有关内容执行,在隧道内仰拱未封闭条件下进行地基处理,速度慢,难度大,风险高。结合郑西、宝兰客专科研项目,提出黄土隧道的湿陷条件与建筑工程不同,隧道工程基底力学模型也不同于建筑工程,不能套用建筑规范,需研究适用于隧道工程的湿陷性系列技术。研究结论:(1)新黄土发生湿陷的内因是其特殊的"峰窝状"结构,诱发因素及必要条件为外部荷载和水;(2)隧道开挖对其地基为减载作用,建筑工程结构对地基为加载作用;(3)隧道工程地基的湿陷变形从隧道底部起算(建筑工程从地面起算),隧道两侧及顶部土层的湿陷量不计入;(4)隧道地基湿陷量计算值为隧底各黄土层湿陷量的累计值,相应湿陷性等级划分为三级;(5)一般条件下,隧道洞门及洞口段地基需进行湿陷性处理;(6)相应研究主要成果已纳入《铁路黄土隧道技术规范》(Q/CR 9511—2014),并应用于宝兰客专等线的铁路隧道建设。     

石灰改良黄土的工程特性试验研究

由于黄土具有湿陷性,黄土地区工程建设往往需要对地基进行处理。石灰作为一种凝胶材料,是一种很好的地基加固材料。在浸水饱和和未浸水两种状态下分别对掺灰比3%,5%,7%,9%和15%的改良黄土进行固结试验,分析石灰不同掺量对改良黄土性能的影响。试验结果表明:随着石灰掺量的增加,改良黄土的压缩系数先降低后升高,渗透系数先减小后增大,掺灰比为7%时压缩系数和渗透系数均降到最低;石灰改善黄土湿陷性效果明显,掺灰比7%的改良黄土湿陷性系数最小,基本不发生湿陷;石灰的掺入能有效改善黄土的性能,且石灰掺量7%时改良黄土各项性能得到最大改善,故最佳掺灰比为7%。