影响湿陷性黄土地基的探讨

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湿陷变形是黄土地区重要的岩土工程问题,对于湿陷地基中的基础会因此受到上拉荷载作用,给上部建筑造成隐患。对黄土地区岩土工程勘测的相关问题进行阐述,影响黄土湿陷的主要因素是含水量和干密度,目前工程中湿陷量计算存在一定的问题。

新疆博州地区广泛分布着黄土以及黄土状粉土,而湿陷变形则是黄土特有的物理性质,处于湿陷性黄土地基中的基础会因此而产生下拉荷载,增加了基础沉降。因此在黄土地区进行岩土工程勘察时,除了要满足一般的技术要求之外,尚需对黄土的湿陷性进行深入的研究和探讨。而岩土工程勘察主要就是要查明其湿陷等级以及湿陷深度,本文对湿陷性黄土地区进行岩土勘测时存在的不足进行探讨。

1 黄土湿陷原因及分类

新疆博州地区的黄土具有湿陷性和非湿陷性两类。湿陷性黄土又因浸水受力情况不同分为自重湿陷和非自重湿陷黄土。湿陷的特性为变形量大、速度快,具有突变性大。黄土湿陷性的根本原因是湿陷性黄土具有特殊的粒状架空结构体系,其连结强度主要来源于土层的压实和少量含溶解离子的水在颗粒接触处所形成的毛细管力、双电层净势能、粒间磨擦以及少量胶结物质的胶结力。这种体系在水和力的共同作用下,连结强度迅速降低,连结点被破坏,骨架颗粒充填到架空孔隙的空腔中,从而导致湿陷的产生。

2 影响黄土湿陷性的因素

黄土湿陷性是由于水的作用破坏了黄土颗粒间的连接力,使得骨架颗粒充填到孔隙中而产生湿陷,因此影响黄土湿陷性的因素很多。一般来说,黄土湿陷性与其孔隙性、含水性、粘粒含量以及黄土的微观结构有密切的关系。在土的物理力学指标中,孔隙比主要反映孔隙性,饱和度和天然含水量反映含水性,而塑性指标反映黄土的粘粒含量,而干密度能侧面地反映土的微观结构。因此黄土的湿陷性与上述指标有关,但是研究发现,孔隙比、饱和度等指标是由比重、干密度和天然含水量决定的,比重对于某个采样点来说变化不大,与湿陷系数不存在关系,而塑性指数又受测定等因素影响较大,与湿陷性的关系不明显。因此,对于大多数情况下,影响黄土湿陷性最主要的因素是天然含水量和干密度。

已研究表明,黄土的湿陷性与天然含水量成负相关关系,即随着天然含水量的增加,湿陷系数逐渐减小,因此含水量是影响湿陷系数最基本的因素,在某一含水量下,当湿陷系数降低至0.015时,黄土不再发生湿陷,将此时所对应的含水量定义为湿陷终止含水量。因此只有当黄土天然含水量小于湿陷终止含水量时才可能产生湿陷变形。

黄土的骨架和孔隙的相互关系是引起黄土产生湿陷的主要原因之一,而干密度既能反映土粒排列的密实程度,又能侧面反映黄土的微观结构,因此干密度对黄土的湿陷性起着一定的制约作用,研究表明,黄土湿陷性也与干密度成负相关关系。

3 湿陷变形量计算探讨

目前工程中计算湿陷量通常是利用室内试验得出的不同浓度处的湿陷系数进行计算。然而由于试验的误差加上取样的不连续性,往往导致最后的计算结果偏差较大。究其根本原因,主要是由于湿陷系数以及湿陷土层厚度选取不当所引起。

研究表明,湿陷系数一般随深度逐渐减小,基底以下一定深度范围内黄土湿陷性比较明显,这一段范围内的湿陷系数的选取对最终湿陷量有着决定性作用。然而实际实验时,在基底以下10m范围内惯用200kPa的试验压力,这与实际情况相差较大,它并没有考虑基底某深度处的附加应力。对于非自重湿陷性场地,地基湿陷变形量主要是在饱水情况下附加应力引起,应根据不同深度处附加应力所对应的湿陷系数进行计算较为合理;而对于自重湿陷性场地,湿陷变形量应根据某深度处的自重应力和附加应力之和对应的湿陷系数进行计算较符合实际,因此统一用200kPa的压力计算不大合理。已有研究表明,在非自重湿陷性场地,湿陷量计算值要大于实测值;而在自重湿陷性场地,计算值要小于实测值,这可能与湿陷压力不符合实际情况有关。因此在计算黄土湿陷变形量时,应考虑具体的附加应力较为合理。

湿陷厚度的选取也会影响最终的湿陷量,其影响可能会超过湿陷系数的准确性。由于地基土的不连续性,用某一深度处的湿陷系数计算一定厚度范围内的湿陷量本身就存在误差,加上湿陷深度的不准确性,往往造成最后的计算值偏差较大。因此实际操作时应尽量减小取样的间隔。

此外修正系数也会影响计算结果,因此需要多积累工作经验,得出适合某地区具体的修正系数。