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摘要：通过对榆林市高新区风积砂在4种不同工况下的静载荷实验研究，分析了其沉降量及承载力随含水量变化的变化规律。揭示了水坠法处理砂土地基的理论依据。
关键词：静载荷试验；风积砂；含水量；沉降量；承载力
1.引言
随着榆林国家级能源重化工基地建设的不断推进，榆林市固定资产投资规模也在不断扩大：公路、铁路、输油管网、输气管网以及一大批新兴能源化工企业陆续落户在这片广漠的大沙漠上。因此，对沙漠性质的研究与工程建设相结合越来越受到学术界的关注，榆林市也投入了大量科研力量和财力开展风积砂工程性质的研究。本文以榆林市高新区风积砂为样本，对其在4种不同含水量条件下进行静载荷试验研究，分析了含水量的变化对地基极限承载力的影响。
2.试验设计及过程
2.1试验设计及试样参数
试验采用直径为0.2m的圆形载荷板，试验基坑直径D=1.4m，总深度h=1.5m，有效深度hR=1.2m，有效体积VR=1.85m3，基坑东西两侧各布置一个排水井，以确保试验中沙土的应力分布不受边界条件影响。为使试验结果在可操作的基础上能较好的拟合工程实践，本次试验具有以下特征：
1）试验中，载荷设置为中心荷载，不考虑偏心；
2）基坑基底粗糙；
3）载荷板位于地基表层，不考虑回填土自重对基底荷载，不考虑回填土抗剪强度对试验结果的影响；
4）考虑到风积砂具有分选好、颗粒级配差、含粘量低、整体性好、可压缩性低等物理力学特征以及在模拟地基制备中对其均一性的控制，我们认为试样地基是一个均质体。
考虑到榆林市年均降雨量较低的气候特征，在保持风积砂试样干密度为1.56g/cm不变的前提下，制备了2%、4%、6%、8%四种含水量试样。试样在铺设中采用分层铺设、人工夯实的办法，共分10层铺设，每层铺设完毕后进行含水量及干密度检测，确保层与层之间的均匀性，同时在下一层铺设前要对上一层的表面进行拉毛处理，避免造成试样分层现象。为了准确全面测定风积砂试样中的压力分布情况，在被测试样中布置土压力盒，布置中遵循下列原则：
l）在承载板正下方不同地基深度处均匀布置土压力盒，用以确定上部荷载对中心部位附加应力变化的影响；
2）在满足测定区域应力的条件下，尽量减少布置的压力盒的数量，以减小附加物对被测试样均匀性的影响。
试样的参数详见表1。
2.2静载荷试验
本次模拟静载荷试验采用的是QYL型液压千斤顶加压，该千斤顶的最大加载量为20吨；压力表量程为100MPa，量测精度为0.4MPa。
为了较精确的测定不同工况下地基的极限承载力，在开始时确定每级加载量为20Kpa，
完成了含水量2%、4%、6%、8%这四个低含水工况后，发现每级加载量为20Kpa时，地基应力的变化非常小，甚至小于0.4Mpa，影响了测量精度，故此时把每级的加载量调整为30Kpa。
试验的观测规定：
1）每级加载后，按10min、10min、10min、15min、15min的时间间隔读取沉降量数据，以后每半小时读数，当连续两次每小时沉降量小于0.1mm时加下一级荷载。
2）在试验过程中，荷载不断增大，地基的沉降量也不断增大，当压力表发生掉压现象时，
要及时补压。
3）当发生下列情况之一即停止实验：第一，载荷板周围的土体明显向外侧挤出；第二，载荷板周围土体出现明显裂缝；第三，在某次加载后，沉降量急剧增大；第四，某次加载后，连续24小时内达不到稳定的标准。
3.实验结果及分析
对四种试样的试验结果见图1、图2、图3级图4。
由载荷曲线可以看出，风积砂地基自施加荷载到破坏共经历了三个阶段，现将其变形破坏过程及机理分析如下：
第一阶段：压实阶段，此时承压板上的荷载较小，荷载与沉降量基本成线比例关系，对应于直线段终点的荷载即为临塑荷载Pcr。在这一阶段上，地基上只发生竖向压缩变形，土的性质呈弹性状态。地基的沉降与荷载之间的关系大致上符合弹性理论沉降计算公式。
第二阶段：塑性变形阶段，承压板上的荷载逐渐增大，地基的变形与荷载之间不再成直线关系，说明地基土的性质不再符合弹性性质，除发生竖向压缩外，局部发生剪切破坏，因而呈现塑性状态，对应于点的荷载即为极限荷载Pu，临界荷载为塑性变形阶段段中某一点相对应的荷载。
第三阶段：破坏阶段，在这一阶段，塑性区已发展到连成一片，地基中形成连续的滑动面，只要荷载稍微增加一些，沉降就急剧增加，地基土发生侧向挤出，承压板周围地面大量隆起，最终发生整体破坏。
由图5可知：在固结压力较小的情况下，各工况下试样都处于弹性状态。随着固结压力增大，含水量越小沉降量的发展越快，且含水量越大，其极限承载力越大。
4.结论
（1）风积砂在受压时有明显的弹性变形阶段、塑性阶段以及破坏阶段。
（2）当含水量处于低水平时（8%以内），风积砂试样固结过程中，当固结压力超过一定数值时，其沉降量随含水量的增大而减小，同时极限承载力随含水量的增大而增大。这体现出风积砂有一定的水密性，这也是水坠法处理沙土地基的理论依据。
参考文献：
[1]陈晓光，罗俊宝.沙漠地区公路建设成套技术[M].人民交通出版社，2006.
[2]任仓钰.风积砂工程地质特征[J].岩土工程技术，2002（2）.
[3]罗明浩.水坠砂法处理地基施工技术[J].建筑施工.2001（6）
作者简介：
李琦（1982—）.男.汉.陕西榆林人.硕士研究生学历.现就职于榆林职业技术学院.从事工程测量与工程地质相关教学与科研工作。
关键词：静载荷试验；风积砂；含水量；沉降量；承载力
1.引言
随着榆林国家级能源重化工基地建设的不断推进，榆林市固定资产投资规模也在不断扩大：公路、铁路、输油管网、输气管网以及一大批新兴能源化工企业陆续落户在这片广漠的大沙漠上。因此，对沙漠性质的研究与工程建设相结合越来越受到学术界的关注，榆林市也投入了大量科研力量和财力开展风积砂工程性质的研究。本文以榆林市高新区风积砂为样本，对其在4种不同含水量条件下进行静载荷试验研究，分析了含水量的变化对地基极限承载力的影响。
2.试验设计及过程
2.1试验设计及试样参数
试验采用直径为0.2m的圆形载荷板，试验基坑直径D=1.4m，总深度h=1.5m，有效深度hR=1.2m，有效体积VR=1.85m3，基坑东西两侧各布置一个排水井，以确保试验中沙土的应力分布不受边界条件影响。为使试验结果在可操作的基础上能较好的拟合工程实践，本次试验具有以下特征：
1）试验中，载荷设置为中心荷载，不考虑偏心；
2）基坑基底粗糙；
3）载荷板位于地基表层，不考虑回填土自重对基底荷载，不考虑回填土抗剪强度对试验结果的影响；
4）考虑到风积砂具有分选好、颗粒级配差、含粘量低、整体性好、可压缩性低等物理力学特征以及在模拟地基制备中对其均一性的控制，我们认为试样地基是一个均质体。
考虑到榆林市年均降雨量较低的气候特征，在保持风积砂试样干密度为1.56g/cm不变的前提下，制备了2%、4%、6%、8%四种含水量试样。试样在铺设中采用分层铺设、人工夯实的办法，共分10层铺设，每层铺设完毕后进行含水量及干密度检测，确保层与层之间的均匀性，同时在下一层铺设前要对上一层的表面进行拉毛处理，避免造成试样分层现象。为了准确全面测定风积砂试样中的压力分布情况，在被测试样中布置土压力盒，布置中遵循下列原则：
l）在承载板正下方不同地基深度处均匀布置土压力盒，用以确定上部荷载对中心部位附加应力变化的影响；
2）在满足测定区域应力的条件下，尽量减少布置的压力盒的数量，以减小附加物对被测试样均匀性的影响。
试样的参数详见表1。
2.2静载荷试验
本次模拟静载荷试验采用的是QYL型液压千斤顶加压，该千斤顶的最大加载量为20吨；压力表量程为100MPa，量测精度为0.4MPa。
为了较精确的测定不同工况下地基的极限承载力，在开始时确定每级加载量为20Kpa，
完成了含水量2%、4%、6%、8%这四个低含水工况后，发现每级加载量为20Kpa时，地基应力的变化非常小，甚至小于0.4Mpa，影响了测量精度，故此时把每级的加载量调整为30Kpa。
试验的观测规定：
1）每级加载后，按10min、10min、10min、15min、15min的时间间隔读取沉降量数据，以后每半小时读数，当连续两次每小时沉降量小于0.1mm时加下一级荷载。
2）在试验过程中，荷载不断增大，地基的沉降量也不断增大，当压力表发生掉压现象时，
要及时补压。
3）当发生下列情况之一即停止实验：第一，载荷板周围的土体明显向外侧挤出；第二，载荷板周围土体出现明显裂缝；第三，在某次加载后，沉降量急剧增大；第四，某次加载后，连续24小时内达不到稳定的标准。
3.实验结果及分析
对四种试样的试验结果见图1、图2、图3级图4。
由载荷曲线可以看出，风积砂地基自施加荷载到破坏共经历了三个阶段，现将其变形破坏过程及机理分析如下：
第一阶段：压实阶段，此时承压板上的荷载较小，荷载与沉降量基本成线比例关系，对应于直线段终点的荷载即为临塑荷载Pcr。在这一阶段上，地基上只发生竖向压缩变形，土的性质呈弹性状态。地基的沉降与荷载之间的关系大致上符合弹性理论沉降计算公式。
第二阶段：塑性变形阶段，承压板上的荷载逐渐增大，地基的变形与荷载之间不再成直线关系，说明地基土的性质不再符合弹性性质，除发生竖向压缩外，局部发生剪切破坏，因而呈现塑性状态，对应于点的荷载即为极限荷载Pu，临界荷载为塑性变形阶段段中某一点相对应的荷载。
第三阶段：破坏阶段，在这一阶段，塑性区已发展到连成一片，地基中形成连续的滑动面，只要荷载稍微增加一些，沉降就急剧增加，地基土发生侧向挤出，承压板周围地面大量隆起，最终发生整体破坏。
由图5可知：在固结压力较小的情况下，各工况下试样都处于弹性状态。随着固结压力增大，含水量越小沉降量的发展越快，且含水量越大，其极限承载力越大。
4.结论
（1）风积砂在受压时有明显的弹性变形阶段、塑性阶段以及破坏阶段。
（2）当含水量处于低水平时（8%以内），风积砂试样固结过程中，当固结压力超过一定数值时，其沉降量随含水量的增大而减小，同时极限承载力随含水量的增大而增大。这体现出风积砂有一定的水密性，这也是水坠法处理沙土地基的理论依据。
参考文献：
[1]陈晓光，罗俊宝.沙漠地区公路建设成套技术[M].人民交通出版社，2006.
[2]任仓钰.风积砂工程地质特征[J].岩土工程技术，2002（2）.
[3]罗明浩.水坠砂法处理地基施工技术[J].建筑施工.2001（6）
作者简介：
李琦（1982—）.男.汉.陕西榆林人.硕士研究生学历.现就职于榆林职业技术学院.从事工程测量与工程地质相关教学与科研工作。