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第七章几种特殊土地基上的基础工程
特殊土定义:由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因以及次生变化等原因,使一些土类具有特殊的成分、结构和工程性质。通常把这些具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多,大部分都具有地区特点,故又有区域性特殊土之称。
第一节湿陷性黄土地基
一、湿陷性黄土的定义和分布
湿陷性黄土的定义:凡天然黄土在一定压力作用下,受水浸湿后,土的结构迅速破坏,发生显著的湿陷变形,强度也随之降低的,称为湿陷性黄土。湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种。黄土受水浸湿后,在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土;若在自重应力作用下不发生湿陷,而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。
湿陷性黄土的分布:在我国,它占黄土地区总面积的60%以上,约为40万km2,而且又多出现在地表浅层,如晚更新世(Q3)及全新世(Q4)新黄土或新堆积黄土是湿陷性黄土主要土层,主要分布在黄河中游山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南西部,其次是宁夏、青海、河北的一部分地区,新疆、山东、辽宁等地局部也有发现。
二、黄土湿陷发生的原因和影响因素
黄土湿陷的原因:
(一)水的浸湿:由于管道(或水池)漏水、地面积水、生产和生活用水等渗入地下,或由于降水量较大,灌溉渠和水库的渗漏或回水使地下水位上升等原因而引起。但受水浸湿只是湿陷发生所必需的外界条件;而黄土的结构特征及其物质成分是产生湿陷性的内在原因。
(二)黄土的结构特征:季节性的短期雨水把松散干燥的粉粒粘聚起来,而长期的干旱使土中水分不断蒸发,于是,少量的水分连同溶于其中的盐类都集中在粗粉粒的接触点处。可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物。随着含水量的减少土粒彼此靠近,颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的联结力也逐渐加大。这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力,阻止了土体的自重压密,于是形成了以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构。
黄土受水浸湿时,结合水膜增厚楔入颗粒之间。于是,结合水联结消失,盐类溶于水中,骨架强度随着降低,土体在上覆土层的自重应力或在附加应力与自重应力综合作用下,其结构迅速破坏,土粒滑向大孔,粒间孔隙减少。这就是黄土湿陷现象的内在过程。
(三)物质成分:黄土中胶结物的多寡和成分,以及颗粒的组成和分布,对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱有着重要的影响。胶结物含量大,可把骨架颗粒包围起来,则结构致密。粘粒含量多,并且均匀分布在骨架之间也起了胶结物的作用。这些情况都会使湿陷性降低并使力学性质得到改善。反之,,胶结物多呈薄膜状分布,骨架颗粒多数彼此直接接触,则结构疏松,强度降低而湿陷性增强。此外,黄土中的盐类,如以较难溶解的碳酸钙为主而具有胶结作用时,湿陷性减弱,但石膏及易溶盐的含量愈大时,湿陷性增强。
此外,黄土的湿陷性还与孔隙比、含水量以及所受压力的大小有关。天然孔隙比愈大,或天然含水量愈小则湿陷性愈强。在天然孔隙比和含水量不变的情况下,随着压力的增大,黄土的湿陷量增加,但当压力超过某一数值后,再增加压力,湿陷量反而减少。
三、黄土湿陷性的判定和地基的评价
(一)黄土湿陷性的判定
图7-1在压力P下浸水压缩曲线
黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数ds值来判定,湿陷系数ds为单位厚度的土层,由于浸水在规定压力下产生的湿陷量,它表示了土样所代表黄土层的湿陷程度。
试验方法:ds可通过室内浸水压缩试验测定。把保持天然含水量和结构的黄土土样装入侧限压缩仪内,逐级加压,达到规定试验压力,土样压缩稳定后,进行浸水,使含水量接近饱和,土样又迅速下沉,再次达到稳定,得到浸水后土样高度(图7-1),由式(7-1)求得土的湿陷系数ds
(7-1)
式中:h0——土样的原始高度(m);
hp——土样在无侧向膨胀条件下,在规定试验压力p的作用下,压缩稳定后的高度(m);
——对在压力p作用下的土样进行浸水,到达湿陷稳定后的土样高度(m)。
湿陷性判定:我国《湿陷性黄土地区建筑规范》(GBJ25-90)按照国内各地经验采用ds=,ds≥,否则为非湿陷性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限值确定的。一般认为ds<,<ds≤,ds>。
(二)湿陷性黄土地基湿陷类型的划分
定义:黄土受水浸湿后,在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土;若在自重应力作用下不发生湿陷,而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。
划分:《湿陷性黄土地区建筑规范》用计算自重湿陷量Dzs来划分这两种湿陷类型的地基,Dzs(cm)按下式计算
(7-2)
式中:b0——根据