Q2湿陷性黄土自重湿陷特征的初步研究

摘要

随着黄土地区经济建设的发展以及西部大开发战略的推进,黄土的湿陷性评价是工程建设中最为关键的问题之一。建国五十多年来,广大工程技术人员结合国家基本建设对黄土的基本性质和工程特性进行了深入的研究,汇总这些研究成果和实践经验,先后制定了66、78、90、2004年《湿陷性黄土地区建筑规范》。尽管如此,对黄土湿陷的认识仍存在不足,在实际工程中由于黄土湿陷性问题的判断造成的工程事故屡见不鲜。随着西部大开发的实施,许多重点工程和重大项目的开展,不可避免地面临着黄土地基湿陷的问题。因此,深入研究湿陷性黄土的工程性质不仅具有重要的理论和实践意义,而且还具有重要的社会意义和经济效益。本文以西安财经学院试坑浸水试验为背景,本次论文期间又进行了大量的室内试验,同时结合该试坑浸水试验已取得的试验数据,应用大型有限元软件GEO-SLOPE对该试坑浸水试验进行了二维数值模拟计算,分析产生不同于其它试坑浸水试验的特殊现象,得到以下认识：1)以Q2黄土具有湿陷性为主的黄土场地,在试坑浸水过程中试坑地表变形具有不同程度的“反弹”和“拱效应”现象,这不是偶然的,更不是测量误差造成的,这是一个客观的现象。2)对于试坑浸水试验中出现的“反弹”现象,是由于在浸水过程中,在浸润线范围内土层的孔隙水压力与自重压力的增大之间的差值,决定着该层土的位移变化的方向,是否能够产生“反弹”现象。3)“拱效应”现象的出现,在日常生活中比比皆是,如赵州桥形状如拱,当上部有荷载时,应力发生重分布,并不因为其下部为空气,而产生无限大的变形；在陕北黄土地区,经常见到的窑洞,也是有类似情形。4)对于Q2黄土具有湿陷性为主的黄土场地,因其上部分布相对较硬的古土壤层,形成一个硬壳层(上下土层天然状态的变形模量比值约1.6),在浸水过程中尤为明显(上下土层饱和状态的变形模量比值约3.1),结合浸润线形态,也会在浸润线范围产生类似于拱形状；最后根据实测数据进行反分析,得出试坑浸水试验确实存在“拱效应”现象。5)针对湿陷性黄土地区建筑规范中关于黄土湿陷性评价进行探讨,最后得出湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值中因地区地质而异的修正系数β0,在以Q2黄土具有湿陷性为主的关中地区黄土场地,宜取0.10-0.15。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 概况

1.2 黄土力学及工程性质研究成果和研究发展现状

1.2.1 黄土力学研究发展现状

1.2.2 黄土工程性质研究成果

1.3 在工程实践中的黄土湿陷性评价标准

1.3.1 湿陷性黄土场地计算自重湿陷量值方法

1.3.2 湿陷性黄土场地现场自重湿陷量实测值方法

1.3.3 黄土场地湿陷类型的判定标准

1.4 Q_2黄土的湿陷性试验研究现状

1.4.1 Q_2黄土的构成及其特点

1.4.2 Q_2黄土的湿陷特性

1.4.3 Q_2黄土场地自重湿陷性类型判定研究现状

1.5 研究目的、意义和思路

1.5.1 研究的目的和意义

1.5.2 研究的思路

2 饱和土和非饱和土渗流的基本理论

2.1 饱和土渗流基本理论

2.1.1 土的渗透定律——达西定律

2.1.2 影响渗透系数的因素

2.1.3 渗流连续方程

2.1.4 平面流网分析

2.2 非饱和土渗流基本理论

2.2.1 土水势理论

2.2.2 土水特征曲线

2.2.3 渗透系数

2.3 本章小结

3 试验场地岩土工程条件及试坑浸水试验

3.1 试验场地工程地质条件

3.1.1 试验场地位置及地形、地貌

3.1.2 场地地层结构

3.1.3 各土层的粘粒含量及显微结构

3.2 试验场地黄土湿陷性初步评价

3.2.1 试验场地的湿陷类型

3.2.2 地下水

3.3 试坑浸水试验设计方案

3.3.1 试坑及渗水孔设计

3.3.2 沉降观测点设置

3.3.3 观测系统设立

3.3.4 试验测试方法

3.4 试坑浸水试验成果及其分析

3.4.1 地基土含水量测试结果及其分析

3.4.2 变形成果及其分析

3.5 类似试验资料

3.6 小结

4 Q_2黄土的室内试验及其成果分析

4.1 试验目的与试验标准

4.1.1 试验目的

4.1.2 试验标准

4.2 试验结果及其分析

4.2.1 各土层的物理力学性质试验结果及其分析

4.2.2 侧限压缩试验成果及其分析

4.2.3 渗透试验成果及其分析

4.2.4 颗粒分析试验成果及其分析

4.2.5 常规三轴仪固结试验成果及其分析

4.3 本章小结

5 财经学院试坑浸水的数值分析计算

5.1 概述

5.2 计算模型及参数设置

5.2.1 计算模型

5.2.2 计算参数

5.2.3 边界条件

5.2.4 初始应力场计算

5.2.5 其它说明

5.3 浸水开始到浸水停止时的数值分析

5.4 浸水停止时到固结完成时的数值分析

5.5 小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献