黄土增湿变形的试验研究

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湿陷性是黄土特殊的工程地质性质,会引发地基破坏,造成工程损失。为了更准确地计算非饱和黄土湿陷量,本文以兰州和平镇黄土为研究对象,根据非饱和渗透和非饱和变形理论,提出了一种预测湿陷变形的简单模型。依托大型现场浸水试验,现场实测了场地自重湿陷量。开挖探井并取不同深度Q3黄土试样,对所有试样进行了颗粒分析,测定了其常规物理力学指标,并做了不同含水率的固结试验,测定其土水特征曲线。通过分析研究上述实验数据,取得了如下成果:(1)该场地为黄河IV级阶地,黄土为砂质黄土。湿陷土层厚度为24米,场地属于III级自重湿陷。湿陷性以中等湿陷和弱湿陷为主,少量黄土湿陷性强烈,湿陷系数的随深度增加而逐渐变小,湿陷的敏感性一般。(2)场地实际湿陷量和浸水深度有关,在现场试验时,需确定湿陷土层厚度及相应的浸水时间,以便使湿陷性土层充分湿陷,才能得出总湿陷量;若浸水时间有限,则应测定湿润锋深度,计算实际湿陷土层的湿陷量,以便得出合理的修正系数。(3)通过控制吸力的压缩试验表明,该场地黄土在吸力减小,增湿过程中,变形经历三个阶段:初始湿陷阶段、湿陷阶段和湿陷稳定阶段。初始湿陷阶段发生在土体处于高基质吸力时,基质吸力减小,土体发生小体积变形,土体结构保持完整。湿陷阶段发生在土体的中间吸力值区间内,随着基质吸力减小,土体体积也随之明显变小,土的粒间连接减弱,土体结构发生破坏。湿陷稳定阶段发生在土体的基质吸力较小时,此时土体接近饱和,随着基质吸力减少,土体体积变化较小或不变。(4)提出了一种基于恒含水量试验结果和增湿土水特征曲线的黄土湿陷量预测方法,用于预测增湿变形。该方法可计算入渗过程中的黄土的湿陷变形量。用该方法计算该场地的湿陷变形量为605 mm,修正后为907 mm,浸水试验中最大沉降量为656mm,计算结果与实际较为接近。故该方法预测入渗过程中的黄土的湿陷变形量是有效的。(5)通过数值计算模拟了增湿变形过程,计算过程考虑了水动力耦合效应,可以得到水入渗过程中增湿变形量随时间的变化规律。数值模拟计算该场地的实现变形量为724 mm,浸水试验中实际最大湿陷变形量为656 mm,计算结果与实际较为接近,故该方法预测水入渗过程中的增湿变形量是有效的。
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