大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形特性水分.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形特性水分.精品文档.目 录1 引 言12 试验概况22.1 场地条件22.2 浸水试坑布置和仪器埋设32.3 DDC 处理区域布置42.4 挤密桩区域布置43 试验成果分析53.1 湿陷变形特性研究53.2 水分入渗规律研究63.3 地基处理合理方法研究74 结 论9参 考 文 献10大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形特性水分入渗规律及地基处理方法研究 摘 要:为研究大厚度自重湿陷性黄土的湿陷变形特性、水分入渗规律以及地基处理合理方法等问题,选择典型大厚度自重湿陷性黄土场地,进行了布置沉降观测点和埋设水分计的浸水试验以及
2、挤密桩、DDC(孔内深层强夯)桩地基处理试验。试验结果表明,在水分入渗过程中,深度22.525.0 m 以上土体易发生湿陷,该深度以下土体则含水率增加缓慢,达不到湿陷起始含水率,不易发生湿陷,因此该深度考虑可作为现场湿陷性评价的临界深度,也可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时可参考的地基处理下限深度。DDC 桩间距为1.01.4 m 时,无论从挤密系数还是湿陷系数都能满足规范要求;挤密桩15 m 试验区域沉降量较小,但其剩余湿陷量任未满足要求,这也佐证了关于22.525.0 m 深度难于发生湿陷的结论。试验成果可作为今后大厚度自重湿陷性黄土地区工程建设以及黄土规范进一步修订的参考。关 键
3、词:大厚度自重湿陷性黄土;浸水试验;地基处理;湿陷变形;入渗;剩余湿陷量1 引 言黄土的湿陷性对工程建设的危害很大,修建在黄土地基上的大量工业与民用建筑发生破环,公路路面开裂,水利设施失效,经济损失很大。黄土湿陷主要由于水分进入土体从而引起的结构破坏。 随着国家经济的发展和西部大开发战略的实施,越来越多的工业和民用工程修建于大厚度自重湿陷性黄土上,这给研究人员提出了一系列挑战性的课题。如何避免由于水分入渗导致的工程结构破坏,迫在眉睫。黄土湿陷变形特性研究主要有室内和现场两种手段。室内试验25主要研究黄土的湿陷机理和定量描述的数学模型,许多学者在这方面做了很多有益的工作。现场试验68直接得出地基
4、的湿陷变形量(特别是自重湿陷量)和湿陷变形的时空分布,据此判定场地的湿陷类型比较准确可靠,但费用高,且费工费时。采用预浸水法处理湿陷性黄土区域地基的一种常用方法,可以节约建设成本,且能够完全消除黄土的湿陷性,因而被广泛采用。此项技术广泛应用到一些重点建设工程中也屡见不鲜,如陕西宝鸡第二电厂、蒲城电厂、宁夏扶贫扬黄灌溉工程等。然而,前人在研究浸水方面的工作浸水试坑尺寸小,不能反映实际工程情况,或者是浸水处理中打渗水孔以达到加速渗水的作用,不能彻底地反映水分缓慢入渗如何对自重湿陷的影响。本次试验设置在典型黄土层上,试坑尺寸大,对场地黄土没有预打渗水孔,在国内外也属罕见。对进一步深入研究大厚度自重湿
5、陷性黄土湿陷变形特性起到推动作用,使其理论研究、试验方法以及工程应用更进一步的提升。黄土的渗透性是黄土的重要工程性质之一,许多工程如湿陷性黄土地基的湿陷变形大小和湿陷变形速度等都与黄土的渗透性密切相关。渗透性主要体现在水分运移规律上,到目前为止对黄土中水分运移规律的研究远远不够,国内学者如刘颖、刘保健等做了一些有益的尝试,但对非饱和原状黄土中水如何渗透和运移规律的研究还很少,黄雪峰等通过现场试验得出非饱和黄土中渗流范围是一个闭合的近似椭圆形区域的结论。通过大型浸水试坑来研究非饱和黄土入渗规律鲜有报道,本次试验通过人工挖设探井,埋设水分计来研究黄土中水分运移规律。孔内深层强夯法近年来得到广泛的应
6、用,但其理论和试验研究却滞后于实际工程,关于DDC(孔内深层强夯)合理控制桩长以及合理选择桩间距等问题鲜有报道。桩长和桩间距的合理控制直接关系到地基承载能力的提高和工程造价的降低等问题。桩长过长以及桩间距过小,基础承载能力会显著增加,但同时也会提高相应的工程造价。另外,黄土地基处理后,遇水情况下地基仍然发生破坏,也就是对地基的影响很大。因此有必要就合理选择桩长问题以及荷载作用下水分对地基沉降的影响进行深入探讨,本次针对以上问题进行大规模浸水载荷试验。国内许多研究人员,如罗宇生等调查表明在土性基本相同的场地,剩余湿陷量的大小与地基处理厚度有关。张豫川等研究表明,挤密桩选择12 m 作为地基处理的
7、合理深度,在安全和经济上是可行的,但该文献只是进行了数值模拟而未进行深入系统的试验研究来证实模拟的合理性。本文针对剩余湿陷量的合理控制问题而展开系统研究。2 试验概况2.1 场地条件试验场地位于兰州市和平镇。场地地势较平坦,经勘察场地地貌单元属黄河南岸级阶地,地貌单元单一。据当地资料可知,该场地地下稳定水位大于70.0 m,由室内试验可知场地黄土层总厚度大于38.0 m,其中湿陷性土层厚度约36.6 m,全厚度黄土层均有湿陷性。黄土由第四系马兰黄土组成,由室内试验测得土层含水率为4.4%24.6%之和干密度在1.251.61 g/cm3 之间变化。最大干密度为1.671.69 g/cm3,最优
8、含水率为15.3%15.5% 。垂直方向的渗透系数最大值为6.42104 cm/s,最小值为9.18106 cm/s。水平方向的渗透系数最大值为9.29104 cm/s,最小值为5.35106 cm/s。 图1 浸水试验现场2.2 浸水试坑布置和仪器埋设现场试验试坑为圆形,直径为40 m,超过自重湿陷性土层厚度,如图1 所示。在距离试坑50.0 m处设置后视基点2 个,以校核沉降数据。地面沉降观测点25 个,坑内13 个,坑外12 个。沿试坑圆心分为3 个轴,将地面25 个沉降观测点平分在3 个轴上,沉降观测点的编号见图2,沿圆心依次编号A1-1、A1-2、A1-3、A1-4、A1-5、A1-
9、6、A1-7、A1-8、A1-9。在轴2 和轴3 上也是沿圆心编号,但A2-1 和A3-1 以及A1-1 只代表一个点。深层沉降观测点共11 个,其编号分别是S-5、S-8、S-11、S-14、S-17、S-20、S-22、S-24、S-26、S-28、S-30,其中S-5 代表深度为5.0m 的沉降观测点,余比依次类推。每个沉降观测点上捆扎黑白颜色标尺,以提高观察时的精确度,标尺采用仿线条式钢制标尺,刻划间隔0.5 cm。体积含水率测试采用锦州阳光科技有限公司TDR3 水分计。TDR3 型水分计是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。土壤水分传感器与数采,远距离传输设备可以构成遥测系统
10、。试坑中以及试坑外共挖设6 个探井:浸水试坑中心点5.0 m 处挖设2 个平行探井;试坑边缘以及距离试坑5.0、8.0、11.0 m 处挖设4 个探井;6 个探井处于同一条直线剖面上,如图3 所示。水分计埋设前先对其进行标定。1#探井和2#探井各埋设水分计13 个,每个水分计之间距离为2.5 m,两个探井中的第一个水分计离浸水试坑坑底平面2.5 m。3#探井位于试坑边缘,共埋置6 个水分计,4#6#探井分别埋设了75 个水分计。探井中自上而下按图3 中所示距离埋设TDR水分计,沿探井垂直方向挖设长度为1.5 m,直径为350 mm 的探槽;探槽尽头埋设水分计,水分计探头安放与探井垂线呈45角,
11、这样可以减少土壤不良特性造成的影响。2.3 DDC 处理区域布置DDC 处置区域共包括两个试验内容,包括不同桩长和不同桩间距对地基处理效果的影响。现场试验区域如图4 所示。采用DDC 法处理的地基进行试验,不同桩心距试验区域,桩距为1.11.5 m,桩长均为10 m,并对该区域挖设探井检测挤密效果(图5)。另外,再布置3 个相同桩心距,不同桩长的试验区(图6),在地表和不同的深度设置变形沉降观测点,对处理后的地基进行大面积压板载荷试验,载荷为20 t/m2。试验浸水试坑深度为0.5 m,浸水保持0.30.5 m 的水头,分别对载荷台、地表及深层变形进行沉降观测,沉降观测1 次/日。 图4 DD
12、C地基处理区域2.4 挤密桩区域布置挤密桩区域选择不同的处理深度和不同的剩余湿陷量进行深层浸水试验,挤密桩桩心距为0.9 m。对处理后的地基进行大面积压板载荷试验,加荷量为20 t/m2。选择一定的间距打孔下注水管,进行深层浸水;布置沉降观测点分别对载荷台、地表及深层变形进行沉降观测,如图7 所示。挤密桩处理包括2 个灰土区域(分别为6.0 m和12.0 m)和2 个素土区域(分别为10 m 和15 m)。图8 为挤密桩区域所有设施完善后的实景图,处理区域中心开挖,埋设承台,承台下方挖掉多余的土体。挤密桩区域设置深层沉降观测点和地表沉降观测点,沉降观测点的做法如前文一样。处置区域按照一定距离钻
13、注水孔,注水孔的直径为 10 cm,长度超过所在区域挤密桩桩长1.0 m;深层注水孔用PVC 管相互连接插入设计土层。 图8 挤密桩区域现场3 试验成果分析3.1 湿陷变形特性研究本次试验实施前,首先勘察场地6 个探井,从室内试验得到自重湿陷量计算值为1 228 mm,浸水试坑中实测自重湿陷量平均值为2 315 mm,则0为1.89,该值超过了黄土规范中1.5 的修正系数。图9为A1-1总沉降量随浸水时间的变化曲线。由图可见,沉降曲线随着浸水的开始,先期没有发生任何沉降,这与浸水量直接关系,水分入渗量的大小直接决定了地表发生沉降的速率。浸水初始仅有13 mm 的沉降,从第9 天开始出现13 m
14、m 的沉降,此后一直保持这种趋势。发生沉降后曲线图下降很快,第60 天左右又进入一个缓降阶段,缓降阶段。其余轴各点与该图变化规律相似。总体来看,总湿陷量变化曲线呈现先期快速下降,这与饱和自重压力作用下土体结构迅速破坏,地表沉降发生突然有关,接着进入平稳缓降,这个阶段水分入渗缓慢,逐渐由浅入深,深层土体湿陷发生缓慢,曲线表现平稳缓降;接着进入快速沉降阶段,该阶段持续时间较短,大面积整体沉降湿陷,再次平稳,这个阶段沉降逐渐稳定,缓慢达到稳定标准;停水后迅速沉降,这与固结沉降发生了2 次湿陷有关;接着进入平稳发展阶段,该阶段沉降趋于稳定。图10为深层沉降S-5 湿陷变化规律。深层沉降观测点湿陷变化曲
15、线与前文中地表沉降观测点湿陷规律相似,前期由于水分未达到土层,没有引起湿陷。水分一旦到达埋设土层时,湿陷量变化曲线会出现一次较大的陡降;陡降之后即进入一个缓慢的增加阶段,该阶段比较短暂;随即又一次出现了下降,之后进入平稳阶段,该平稳阶段即为湿陷稳定阶段;停水后土体再次出现的湿陷,表现在曲线上为陡降,随着水分没有外在的补充以及原有水分的消散,土体沉降也进入了一个长期的稳定阶段。3.2 水分入渗规律研究水分计的应用很好地解决水分在黄土中运移规律,实时无损地测量土壤中体积含水率的变化情况。1#探井距离试坑中心点5.0 m,从试坑底面算起每隔2.5 m 埋设一个水分计,总计埋设13 个。下文中罗列1#
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