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湿陷性黄土.doc
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1、一、概念黄土是在第四纪形成的一种特殊的陆相疏松堆积物,颗粒成分以粉粒为主,富含碳酸钙,多孔隙,颜色一般呈棕黄、黄色或黄褐色。土中含易溶盐类,其中以碳酸盐含量最多,遇水易冲蚀、崩解、湿陷。黄土按其湿陷特征可分为非湿陷性黄土、湿陷性黄土。湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土,具有大孔和垂直节理,在天然湿度下,其压缩性较低,强度较高,但遇水浸湿时,土的强度显著降低,在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形,是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形,对建筑物的危害性大。(湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土)。我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒,占总重量约5070,而粉土颗粒中又以005O01r
2、am的粗粉土颗粒为多,占总重约40.60,小于0005ram的粘土颗粒较少,占总重约14.28,大于01rnm的细砂颗粒占总重在5以内,基本上无大于025mm的中砂颗粒。西宁地区的湿陷性黄土是粉质土,且低阶地一般为粉质亚粘土为主,高阶地以粉质亚砂土为主。西宁市区内的湿陷性黄土进行湿陷类型、湿陷等级划分,河谷低阶地的湿陷性黄一般为I一级非自重湿陷,高阶地多为级非自重湿陷,洪积裙多为I一级自重湿陷,黄土丘陵边缘地带多为级自重湿陷。1.黄土湿陷性判定通过室内压缩试验在一定压力下的湿陷程度。湿陷性系数s0.15 湿陷性黄土s0.15 非湿陷性黄土2.湿陷类型判别1) 自重湿陷性判别(在饱和自重压力下的
3、湿陷程度)自重湿陷性系数zszs0.015 自重湿陷性黄土zs0.015 非自重湿陷性黄土2) 场地湿陷类型(实测自重湿陷量或计算自重湿陷量zs)zs7cm 自重湿陷性黄土场地zs 7cm 非自重湿陷性黄土场地3.湿陷等级判别(总湿陷量、自重湿陷量zs)湿陷类型非自重湿陷场地自重湿陷场地自重湿陷量zs(cm)zs7735总湿陷量(cm)30(轻微)(中等)3060(严重)(很严重)通常:50,zs30可判定为级,3050,7zs30可判定为级二、工程特性1.湿陷性:在天然含水量时往往具有较高的强度和较小的压缩性,但在浸水后,在土的自重或外部荷载或二者的共同作用下,其结构很快破坏,发生剧烈变形,
4、强度也随之迅速降低,亦即黄土的湿陷性。2.崩解性:湿陷性黄土大多遇水后迅速崩解,且以块状崩解为主,崩解曲线陡立,呈片状崩解的湿陷性黄土。3.多裂隙性:黄土垂直节理发育,垂直方向渗透性强,裂隙发育。三、成因湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉,除了其在遇水时颗粒接触点处胶结物的软化作用外,还在于土的欠压密状态。干旱气候条件下,无论是风积或是坡积和洪积的黄土层,其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度,在其形成过程中,充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备,导致土层的压密欠佳。接近地表2-3米的土层,受大气降水的影响,一般具有适宜压密的湿度,但此时上覆土重很小,土层得不到充分的压密,便形
5、成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的充分条件。我国湿陷性黄土分布地区大部分年平均降雨量约在250500ram,而蒸发量却远远超过降雨量,因而湿陷性黄土的天然湿度一般在塑限含水量左右,或更低一些。架空孔隙和集粒内微孔隙的同时存在是黄土产生湿陷性的主要原因四、湿陷性影响因素1.易溶盐。易溶盐对湿陷性的影响较大,因为当湿陷性黄土遇水时,易溶盐含量越大,其内部结构变化就越大,土颗粒骨架的破坏程度就越大,因此湿陷性也就越强。2.天然含水率和塑限。天然含水率和塑限对湿陷性也有一定影响,比如天然含水率较小时,土体浸水受荷,其结构变化更大,而塑限越大,则含黏
6、量越大,更有利于维护黄土的原生结构,不容易湿陷。天然孔隙比越大,土体浸水受荷时,土颗粒形成的骨架变形就越大,增长了其湿陷性。根据西宁地区典型取样点的试验数据分析,湿陷系数随天然含水量的增加而逐步减小,湿陷程度从强烈降低为轻微,一般在14 16左右湿陷系数小于0015,湿陷消失。即天然含水量接近或大于塑限含水量时,湿陷性消失。3.饱和度。随着饱和度的增大,同一结构的黄土湿陷性降低而压缩变形增加。2)湿陷变形随着饱和度的增大而减小,压力值在200 kPa一400 kPa范围内时,土体湿陷变形的能力较大,在实际工程中应尽量避开这一压力段,避免建筑物因黄土湿陷产生过大的沉降或不均匀沉降。4.天然孔隙比
7、。湿陷系数随天然孔隙比的增加而逐步增加,减小而减小,湿陷程度随之变化。根据典型取样点的试验数据分析(图4),一般在天然孔隙比小于O85左右时,湿陷系数小于0015,湿陷消失;天然孔隙比在090100时,湿陷系数0015004,湿陷性轻微一中等;天然孔隙比大于100时,湿陷系数大于0050,湿陷性中等一强烈。5.深度。湿陷系数随深度加深,逐步减小,湿陷程度从强烈降低为轻微。黄土状土层的湿陷起始压力随深度变化明显,一般随深度加深逐渐加大,变化规律4050m深度内,湿陷起始压力小于100kPa。大于4050m深度,湿陷起始压力大于100kPa。6.地貌位置及成因。湿陷强度在平面上受控于其所处的地貌位
8、置及成因,一般河谷高阶地上的以弱湿陷为主,低阶地以中等湿陷为主,洪积裙及黄土丘陵边坡地带以强湿陷为主;在垂向上湿陷强度随深度的增加而减弱,呈现不规则的递减趋势。五、湿陷性黄土带来的问题(隧道的角度)湿陷性黄土具有多裂隙性、崩解性和湿陷性等工程特性,黄土垂直节理发育,垂直方向渗透性强,地表水很快渗透至地下,使深部黄土处于饱水状态,其原有结构完全丧失,从而使强度和承载力降低,当隧道开挖至饱水黄土层时,围岩随即因失去支撑而失稳,黄土彼此在水平方向的连接力较弱。在干燥时,黄土的强度较高,衬砌受力较小;遇水后颗粒黏结力削弱,黄土强度随之降低,此时极易引起衬砌受力不均匀。当隧道跨度较大,且遇黄土饱和时,或
9、隧道埋深较浅,也可坍塌到地表。黄土的这种湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性,极易导致隧道基础沉降、衬砌开裂等,对隧道产生严重危害。施工中极易发生大变形甚至塌方、冒顶等事故,洞外地表沉降及洞内拱顶下沉难以控制。在大断面湿陷性黄土隧道施工中,经常发生围岩失稳、大段落大变形现象 ,结果是变形侵入二次衬砌限界需返工处理,在处理过程中安全隐患大,造成大量的成本流失。六、隧道施工方案的原则事先进行地表预加固和超前支护,使隧道自开挖成临空至支护发生作用这段的时间围岩能自承重;开挖中对围岩的扰动控制至最低限度内,维护围岩的自稳能力;开挖后及时进行支护,尽快使围岩达到稳定。在黄土隧道施工过程中,必须严格遵循
10、“早预报、管超前、预注浆、短进尺、少扰动、强支护、快封闭、勤量测、早成环”的原则,稳扎稳打,安全施工。并在各工序施工中始终强调“快速和干燥”这一核心思想,及时抑制黄土围岩的持续变形,杜绝因施工造成的安全隐患。七、湿陷性黄土隧道处理措施1.洞口防护加固:由于黄土浸水后易产生湿陷性,因而在该段隧道施工前,搞好洞口黄土地段的防、排水及加固工作尤为重要。2.开挖工序:掌子面开挖后稳定性差,应采用合理的的方法进行洞身施工。(超短台阶、上台阶预留核心土、弧形开挖等,以及后文的已建隧道采用的一些方法)由于中槽边墙比较单薄,所以边墙落底不宜距离掌子面太远,应在保证相互不干扰施工的情况下紧随掌子面进行(左右两边
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