遼寧西部濕陷性黃土特性與處治技術(shù)研究.pdf

1、論文以遼寧西部黃土為研究對(duì)象，以高速公路建設(shè)工程為依托，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，通過(guò)對(duì)鐵阜高速公路阜新一朝陽(yáng)段濕陷性黃土的大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘察，利用三軸試驗(yàn)、14C測(cè)年法、X衍射法、掃描電子顯微鏡微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分形幾何理論及基于擾動(dòng)狀態(tài)概念的建模方法，對(duì)遼西黃土的分布特征和工程特性進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究和深入的探討，開(kāi)展了濕陷性黃土地基處理的試驗(yàn)研究，分析對(duì)比了試驗(yàn)前后黃土濕陷

2、性的變化和黃土物理力學(xué)性質(zhì)的改變，獲得了各種濕陷性黃土地基處理方法的技術(shù)參數(shù)，為該地區(qū)工程項(xiàng)目的開(kāi)展提供了科學(xué)的依據(jù)。
　　 論文的主要工作和成果如下：
　　 (1)阜朝高速公路沿線黃土分布于山前河流沖洪積平原、丘陵及低山地貌單元，主要分布于山前坡洪積扇及河谷階地上。黃土為馬蘭黃土。黃土地貌形態(tài)特征并沒(méi)有西北地區(qū)的黃土地貌特征明顯，即沒(méi)有典型的塬、梁、峁。不同地段的黃土均具有濕陷性，但不同地貌特征的黃土濕陷性具有一定的差

3、異。在成因上可以認(rèn)為是以風(fēng)成為主后經(jīng)重力和流水作用的綜合成因，為沖洪積和坡洪積次生黃土。
　　 該地區(qū)黃土在顆粒成分上以粉粒為主，且其中以粗粉粒為主，粘粒含量變化較大，在粒度成分上有別于西北地區(qū)的黃土。黃土中的碎屑礦物以石英和長(zhǎng)石為主，重礦物含量很小。粘土礦物以伊利石、伊蒙混層為主，綠泥石次之，高嶺石含量很少。
　　 黃土中易溶鹽平均含量為0.047％，中等溶鹽平均含量為0.029％，難溶鹽碳酸鈣平均含量為2.46％，與

4、我國(guó)其他地區(qū)的黃土中的可溶鹽含量相比，易溶鹽和難溶鹽偏低。黃土的PH值在6.91～8.06之間變化，平均為7.47，呈弱堿性。
　　 (2)黃土的骨架顆粒的單粒狀、集粒狀和凝塊狀三種形式共存，粒狀顆粒中單個(gè)的粉粒和由粘膠微細(xì)碎屑膠結(jié)成的集粒居多。黃土中粘粒含量較低時(shí)，骨架顆粒呈支架-鑲嵌接觸，隨著粗顆粒含量的降低及粘粒含量的增高，骨架顆粒將由支架-鑲嵌接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒎植?，土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也隨之增高。淺層黃土中大孔隙和中孔隙數(shù)量

5、較多，說(shuō)明存在較多的支架孔隙和其它大孔隙，而深層黃土的小孔隙和微孔隙則較多。黃土中孔隙具有自相似性，黃土中的孔隙分布具有分形特性，孔隙分布分維數(shù)在1.22～1.41變化。淺層黃土中的孔隙分布分維數(shù)較深部黃土略大。在深度20m內(nèi)黃土的結(jié)構(gòu)類型以支架大孔微膠結(jié)結(jié)構(gòu)、支架大孔-鑲嵌微孔半膠結(jié)結(jié)構(gòu)、絮凝狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)和凝塊狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)四種類型為主。淺部黃土的結(jié)構(gòu)較松散，存在支架大孔微膠結(jié)結(jié)構(gòu)，深度黃土的結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，為絮凝狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)和凝塊狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)。

6、由此，隨著深度的增加，土體從松散逐漸趨于密實(shí)，土中孔隙逐漸減少，土顆粒從粒狀逐漸聚集成凝塊狀，土粒間排列從微膠結(jié)結(jié)構(gòu)逐漸變?yōu)槟z結(jié)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性逐漸提高，濕陷性逐漸降低。
　　 (3)黃土物理性質(zhì)指標(biāo)的變異性小于力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的變異性，力學(xué)指標(biāo)離散性大。黃土的物理指標(biāo)之間以及物理指標(biāo)與力學(xué)指標(biāo)之間相關(guān)性不好，相對(duì)而言，物理性質(zhì)指標(biāo)之間相關(guān)性要好于力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)與物理性質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性。原狀黃土飽和后的滲透系數(shù)大致為：豎向滲透系數(shù)的變化

7、范圍為4.13×10-5cm/s～9.13×10-5cm/s;水平向的滲透系數(shù)變化范圍為1.67×10-5cm/s～5.33×10-5cm/s;kz/kx值的變化范圍1.54～4.65，滲透系數(shù)與滲透壓力之間具有很好的冪函數(shù)關(guān)系，豎向滲透系數(shù)隨深度具有較明顯減小的規(guī)律。
　　 (4)遼西地區(qū)黃土具有有利于產(chǎn)生濕陷的基本原因，即特殊物質(zhì)成分和特殊結(jié)構(gòu)特征。深度1～5m的黃土的濕陷系數(shù)與物理指標(biāo)之間的相關(guān)性并不明顯。將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方

8、法用于黃土濕陷性判別，可以較好地利用物理指標(biāo)進(jìn)行濕陷性的預(yù)測(cè)。采用割線模量法建立了黃土濕陷變形的計(jì)算公式，可以用于濕陷性黃土地基的濕陷變形的計(jì)算。
　　 (5)在不同的試驗(yàn)條件試驗(yàn)獲得強(qiáng)度指標(biāo)是明顯不同的，主要表現(xiàn)為不排水剪的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和φ都明顯較固結(jié)不排水剪獲得的強(qiáng)度指標(biāo)高。建議實(shí)際工程中采用有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。不排水剪的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系主要表現(xiàn)為明顯的應(yīng)變軟化型，但當(dāng)固結(jié)壓力較高時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線變成應(yīng)變硬化型；固結(jié)不排

9、水剪獲得的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系主要呈弱應(yīng)變軟化型和應(yīng)變?nèi)跤不停还探Y(jié)排水剪的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線為應(yīng)變硬化型。這種強(qiáng)度和應(yīng)力-應(yīng)變特征主要受到黃土結(jié)構(gòu)性、飽和程度、排水條件的影響。建立了描述黃土應(yīng)變硬化和應(yīng)變軟化的擾動(dòng)狀態(tài)本構(gòu)模型，可用于黃土路基的變形和穩(wěn)定性分析。
　　 (6)沖擊碾壓法是處理淺層濕陷性黃土地基的一種有效方法，它可以增加地基土的干密度（密實(shí)度），增加地基土的承載能力，消除濕陷性黃土的濕陷性。沖擊碾壓的處治效果與濕陷性黃

10、土的性質(zhì)及設(shè)備沖擊能有關(guān)，具體地段施工的效果應(yīng)采用與施工地段地質(zhì)條件相仿的路段試驗(yàn)確定。對(duì)于朝陽(yáng)地區(qū)濕陷性黃土，25KJ三邊形沖擊碾壓兩試驗(yàn)段以12km/h沖碾速度碾壓最優(yōu)沖擊遍數(shù)為40遍，沖擊碾壓的有效影響深度為0.90m。沖擊碾壓處治效果可采用動(dòng)力觸探的擊數(shù)變化加以檢驗(yàn)。
　　 強(qiáng)夯法作為一種處治黃土濕陷性的有效方法，適合于遼寧西部地區(qū)的濕陷性黃土的處治。在同一場(chǎng)地條件、試驗(yàn)設(shè)備情況下，單點(diǎn)夯擊次數(shù)的不同，處治的有效影響深度

11、不同，單點(diǎn)夯擊次數(shù)大，影響深度越大，但變化不大。經(jīng)強(qiáng)夯處理后的濕陷性黃土，消除濕陷性后土的干密度值大于1.50g/cm3，可以采用土的干密度值作為檢測(cè)的參考指標(biāo)。濕陷性黃土強(qiáng)夯前后的動(dòng)力觸探擊數(shù)變化與土的密實(shí)度變化有較好的關(guān)聯(lián)性，可以用作判定處治有效深度的技術(shù)指標(biāo)。
　　 通過(guò)采用灰土擠密樁可以有效消除黃土濕陷性，但消除的效果與采用的設(shè)備和設(shè)計(jì)的樁間距有關(guān)；可以用試驗(yàn)前后的動(dòng)力觸探對(duì)比判定場(chǎng)地土的處治效果；灰土樁處治施工后黃土的