兰州地铁东岗车辆段黄土力学特性分析研究.docx
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1、 兰州地铁东岗车辆段黄土力学特性分析研究 摘要:本文通过对兰州地铁东岗车辆段处的黄土进行一系列的室内试验,得出了该场地黄土的基本物理力学参数,对于场地的基本地层以及湿陷性有更深的了解,得出液性指数随着土层深度的增加而增加;场地表层土体相对干燥松散,孔隙比大具有较大的压缩量,随着深度的增加,土体湿润密实,压缩量减小;土的抗剪强度随着垂直压力的增大而增大,随着深度的增加抗剪强度呈现出U字形分布。粘聚力c随着土层深度的增大而增大;内摩擦角随着深度的增加而略有减小;在黄土湿陷性试验中双线法先浸水比后浸水产生的变形量大,总体来说先进行压密会减小整体的变形,本文分析总结出兰州东岗片区黄土力学特性。关键词:
2、黄土;液塑性指数;压缩系数;湿陷性;0引言黄土在我国主要分布在西北、华北和东北一带,其中黄河中上游地区的黄土高原是世界上最大的黄土分布区,它的范围大致北起阴山,南至秦岭,西抵日月山,东到太行山,横跨青海、宁夏、甘肃、陕西、山西、河南5省1区,面积64万km2,约占我国陆地面积的6.6%。一般黄土覆盖厚度在100m以下12。我国陇东、陕北、晋西黄土层最厚,六盘山以东到吕梁山西侧黄土厚度在100200m之间,兰州地区黄土分布的面积和厚度居世界之冠,平均达300m以上,并且3号线经过的碧桂园坐落在青白石片区,为平山造地后的黄土场地;4号线绕过大青山沿柳沟河经和平镇最终到达定远镇,沿线均分布有大量湿陷
3、性黄土;5号线经过兰州北的黄土丘陵区,分布有大量湿陷性黄土,这些均直接影响到工程设计、施工及运营安全。考虑兰州未来地铁规划,依托正建的地铁1号线建设工程,以1号线提出的“技术措施”为基础,兼顾未来兰州地铁建设同类型需要,针对湿陷性黄土开展系统研究,分析其基本物理力学性质和湿陷机理,建立地铁工程黄土湿陷性评价方法、地铁工程变形控制标准,提出经济合理、技术可行的处理措施及施工方法,为地基处理方案的优化设计提供依据和相关参数,对后续地铁工程结构设计和施工组织提供借鉴和指导。1试验场地的岩土工程条件我们将取样场地选在地铁特一号线东岗站西端,该地处在黄河级阶地上,场地内除了土层上部有建筑杂填土以外没有不
4、良地质现象,场地位置见图1。地层构成主要为洪积冲击黄土亚状黏土,总厚度12m左右,根据探井资料,该试验场地12m深度范围内,地层主要为Q4粉质黄土,12m以下均为砂卵石层,12m深度范围内由上往下地层情况见表1。表1取样场地地层情况2液塑性联合测定本试验是通过液塑限联合测定仪来进行,通过试验得出的数据利用规范中的公式的出该地区黄土的塑性液性指数。图1为试验过程中下锥和称量。图1圆锥下沉深度、称量图2塑性液性指数随深度变化曲线从图2中可以得出液性指数随着土层深度的增加波动较大,最大值出现在土层表面2m处,8m以后趋于稳定,均处在坚硬和硬塑状态,2m处的土处于软塑状态,是土质较为均匀的粉质黄土,从
5、表1中的取样场地地层可知8m以后均为性质相似的土质均匀粉质黏土;塑性指数随土层深度的增加而增加,最大值在10和11m处,均为24.2,说明该场地深层黄土吸着的弱结合水质量与土粒质量比比浅层黄土的大。3快速固结试验本次快速固结试验规定试样在各级压力下的固结时间为一小时,仅在最后的一级压力下,除测记一小时的量表读数外,还应测读达压缩稳定时的量表读数。稳定标准为量表读数每小时变化不大于0.005mm。表2为试验测得的各层土的初始孔隙比,从表中可得土体的初始孔隙比随着土层深度的增加而减小,说明场地表层的黄土处于相对松散状态,土层越深土体越密实。表2每米初始孔隙比图3各级压力固结稳定后的孔隙比通过快速固
6、结试验我们得出不同压力状态下各层土体的孔隙比,随着试验压力荷载的增大,土体的孔隙比整体减小,而且呈现出相似的变化规律,通过不同压力下的孔隙比变化根据式(1)(2)可以的到每层土的自重压缩系数和压缩模量。某一压力范围内的压缩系数应按下式计算:(1)式中pi某一压力值;ei某一压力值下的孔隙比;某一压力范围内的压缩模量应按下式计算:(2)式中Es某压力范围内的压缩模量,kPa;图4不同深度下的自重压缩系数和侧限压缩模量图5不同深度下的密度含水率从图4可知,各个土层的压缩系数波动较大,但是数值却很小,因此该场地土体的压缩性很小,最大压缩系数为0.00122kPa-1,最小压缩系数为0.0013kPa
7、-1,按照规范中土的压缩性规定,该场地的土压缩系数均大于0.1Mpa-1因此该场地的黄土属于中等压缩性土和高压缩性土,土质较为疏松。侧限压缩模量9m和12m的较大,随着上部自重土体压力的增大,其自重压缩模量也相应的增大,深部土体很密实,这与压缩系数得到的结论一致。由图5可知密度和含水量都随着土体深度的增加而增加,增加趋势和幅度很相似,土体中含水量越大则土体的密度越大。4室内直剪试验直接剪切实验是测定土的抗剪强度的一种常用方法,通常采用四个试样,分别在不同的垂直压力下,施加水平剪切力进行剪切,测出破坏时剪应力,然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标:内摩擦角和粘聚力c。本此试验所用仪器为应变控制式
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