工程地質(zhì)濕陷性黃土的工程性質(zhì)

工程地質(zhì)濕陷性黃土的工程性質(zhì)第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一濕陷性黃土的工程性質(zhì)濕陷性黃土的成因及主要特征

1濕陷性黃土的物理化學性質(zhì)

2濕陷性黃土的工程力學性質(zhì)

3濕陷性黃土地基的工程處治措施

4第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、濕陷性黃土的成因及主要特征濕陷性黃土的定義

黃土是一種第四紀沉積物，具有一系列內(nèi)部物質(zhì)成分和外部特征，不同于同時期的其它沉積物。黃土具有以下全部特征：

1.顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；

2.顆粒組成以粉粒(0.05-0.005mm)為主，含量一般在60%以上，幾乎沒有粒徑大于0.25mm的顆粒；

3.孔隙比較大，一般在1.0左右；

4.富含碳酸鈣鹽類；

5.垂直節(jié)理發(fā)育；

6.一般有肉眼可見的大孔隙。當缺少其中一項或幾項特征的稱黃土狀土。黃土的分類黃土安成因分為原生（或典型）黃土和次生黃土。一般認為不具層理的風成黃土為原生黃土。原生黃土經(jīng)過流水沖刷、搬運重新沉積而形成的具有層理含較多砂粒以至細粒的黃土稱次生黃土。第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、濕陷性黃土的成因及主要特征次生黃土的結(jié)構(gòu)強度比原生黃土低，濕陷性較高，地質(zhì)界常將原生黃土稱為黃土，次生黃土稱為黃土狀土。從工程建設角度看，主要是土的物理力學性質(zhì)，因此不區(qū)別黃土或黃土狀土，而通稱為黃土。黃土的成因

1.風成說在當時干旱的大陸性氣候作用下，高度風化的黃土物質(zhì)受到強大的反旋風作用，從中部呈離心狀吹向荒漠邊緣地區(qū)，當遇到異向風或降雨沉落于地面，經(jīng)風化作用形成黃土。一般認為我國黃土材料是從中亞西亞搬運來的。形成黃土的自然環(huán)境是干旱或搬干旱地荒漠草原。我國黃土的顆粒組成、礦物和化學成分都有自南向北逐漸變化的趨勢，黃土顆粒自東南向西北逐漸變粗，在同一區(qū)域內(nèi)，高山和低地都有黃土分布，而且黃土堆積常有坡向性，在迎風面堆積量大，背風面少。黃土地形于下伏基巖有密切關(guān)系，常隨古地形起伏而起伏，且與下伏基巖性質(zhì)無關(guān)，成分復雜，呈不整合或假整合接觸，在構(gòu)造上，黃土無層理，柱狀節(jié)理發(fā)育，這與具有層理的沖、洪積形成的黃土狀土有明顯差別。第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、濕陷性黃土的成因及主要特征2.

水成說認為黃土是由沖積、洪積、湖積等的假說。認為黃土的整個堆積過程于整個地形地貌的發(fā)展過程密切相關(guān)，早期隨盆地四周山坡降水下流而匯集于山間或三角洲處的黃土沖積物堆積成黃土高原，在一定盆地內(nèi)有一定的分布高度，稱為黃土線，黃土線就代表著過去河流淤積的最高地面，超過這一高度就沒有黃土分布。陜西高原黃土來自上游大小盆地，晚期在新構(gòu)造運動作用下地層上升切割形成的河谷中，黃土沉積物堆積成階地性狀，在大陸性干旱氣候下，這些沉積物在風化和成土作用下形成黃土。該學說將原生黃土與次生黃土的沉積過程與地貌形成過程統(tǒng)一起來，將黃土堆積物概括為兩大類：較古老的高原黃土，年青的階地黃土。3.多種成因說認為各地區(qū)黃土形成的地質(zhì)地理環(huán)境以及這些環(huán)境的演化歷史是不同的。利用地層、地貌、巖性、古地理、地球化學、土的物質(zhì)成分等分析方法的假說。

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該假說將物質(zhì)來源、堆積方式、黃土的形成以及演化看做是一個統(tǒng)一的過程。劃分成因類型的主要標志是地質(zhì)因素。根據(jù)之一原則，將我國黃土劃分為十種類型：沖積、洪積、坡積、風積、冰水沉積、湖積、洪積－坡積、沖積－洪積、殘積－坡積、沖積－坡積。河谷平原類型內(nèi)的黃土狀土的成因主要是沖積類型。

另外，還有土壤殘積假說。

黃土成因雖有不用的假說，但分歧主要是對分布于高原和高分水嶺上的黃土，而分布于河谷地帶的黃土則意見較為一致，都認為是沖積類型，也間有洪積－坡積類型。目前，我國大部分建筑工程多興建在河谷地帶的一、二級階地上或是靠山、近山的洪－坡積地帶，在高原上較少。第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、濕陷性黃土的成因及主要特征黃土的分布黃土分布很廣，面積達1300萬平方公里，約占陸地總面積的9.3%。世界各大洲黃土覆蓋面積占總面積的比例為：歐洲7%，北美5%，南美10%，亞洲3%，此外，在澳大利亞、北非也有零星分布。我國黃土分布面積635280平方公里，占世界黃土分布總面積的4.9%左右，主要分布在北緯33-47度，以34-45度之間最為發(fā)育，屬于干旱、半干旱氣候類型。我國濕陷性黃土分布面積約占我國黃土分布總面積的60%左右，為27萬平方公里，大部分在黃土中游地區(qū)，北起長城附近，南達秦嶺，西自烏鞘嶺，東至太行山，即北緯34-41度，東經(jīng)102-114度之間。濕陷性黃土一般都覆蓋在下臥的非濕陷性黃土層上，厚度以六盤山以西地區(qū)較大，達30米，六盤山以東地區(qū)稍薄，如汾渭河谷多為幾米至十幾米，再向東至河南西部則更少，并且有非濕陷性黃土位于濕陷性黃土層之間。第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、濕陷性黃土的成因及主要特征

第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、濕陷性黃土的成因及主要特征我國黃土地層的化分

由于我國各地黃土堆積環(huán)境、地理、地質(zhì)和氣候條件不同，致使其在堆積厚度、土的物理、力學性質(zhì)等方面都有明顯的差別，如濕陷性具有自西向東，自北向南逐漸減弱的規(guī)律。地質(zhì)時代地層名稱說明全新世Ｑ4近期Q42新黃土新近堆積黃土一般有濕陷性、高壓縮性早期Q41一般濕陷性黃土有濕陷性晚更新世Ｑ3馬蘭黃土中更新世Ｑ2離石黃土老黃土一般無濕陷性早更新世Ｑ1午城黃土第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－物理性質(zhì)1.濕陷性黃土的物理性質(zhì)黃土是由固、液、氣三相組成的，其三相組成間重量和體積的比例關(guān)系，可以反映出一系列物理性質(zhì)，這些性質(zhì)常用以下一系列指標表示：顆粒組成，土粒比重，含水量，重度，孔隙比，飽和度，液限，塑性指數(shù)。顆粒組成土的顆粒是指那些巖石、礦物和非晶體化合物的零散碎片或碎屑。顆粒本身可以是礦物的結(jié)晶構(gòu)造，也可以是非結(jié)晶構(gòu)造，如二氧化硅和氫氧化鐵。不同地質(zhì)時代的黃土，其顆粒組成不同，第四紀早期的黃土比晚期黃土中的粘粒含量高，而砂含量則低。濕陷性黃土以粉粒為主，含量達60%以上，其中細粉粒(0.05-0.01mm)占7-9%，粗粉粒(0.01-0.005mm)占45-65%。我國由西北向東南方向，砂粒減少而粘粒增多，這與我國濕陷性黃土由西北向東南遞減的趨勢大體相關(guān)。第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－物理性質(zhì)土粒比重和天然重度黃土的土粒比重一般為2.51-2.84，平原區(qū)為2.62-2.76，比重大小與土的顆粒組成有關(guān)，當粗粉粒和砂粒含量較多時，比重常在2.69以下，粘粒含量多，則在2.72以上。黃土的顆粒組成與其液限、塑限有一定關(guān)系。濕陷性黃土天然重度一般在13.3-18.1kN/m3之間，它不僅取決于顆粒的大小和含量的多寡，還與土的含水量有關(guān)，一般工程常用干重度和孔隙比反映土的密實度。IpG<72.677-102.6910-132.7113-172.72>172.73-2.74第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－物理性質(zhì)

干重度和孔隙比干重度是衡量黃土密實度的一個重要指標，與土的濕陷性有較明顯的關(guān)系，一般干重度小，濕陷性強，反之，則弱。其變化范圍在11.4-16.9kN/m3之間。干重度除與本身密實度有關(guān)外，還與土中各種礦物成分的含量和含鹽量有關(guān)。一般而言當干重度超過15kN/m3以上，一般屬于非濕陷性黃土，但也有例外，如合陽糖廠位于黃河一級階地，地基由14.5m新近堆積黃土組成，顆粒較粗，塑性指數(shù)3.3-8.6(5.2)干重度14.3-16.9kN/m3(15.6

kN/m3)，仍具有強烈濕陷性。

濕陷性黃土孔隙比在0.85-1.24之間，大多數(shù)在1.0-1.1之間。一般以孔隙比0.8作為化分濕陷性和非濕陷性的界限。當然，對于某些砂粒含量較多的次生黃土是例外，大多數(shù)情況下，土的孔隙比隨埋藏深度增加而降低，但也有例外。

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含水量和飽和度

濕陷性黃土的天然含水量在3.3-25.3%之間，其大小與場地地下水位埋深和年平均降雨量有關(guān)。大多數(shù)情況下，黃土的天然含水量都較低，在塬、梁、峁上的黃土地下水位較深，含水量在6-8%之間，低級階地上的黃土，含水量較高在11-21%之間。不同季節(jié)取樣含水量可相差2-5%之間。經(jīng)驗表明，含水量在>25%時就不具有濕陷性，而壓縮性則恰恰相反。濕陷性黃土的飽和度在15-77%之間，多數(shù)在40-50%，處于稍濕狀態(tài)，隨飽和度增加，濕陷性減弱，當飽和度接近80%時，濕陷性基本消失。

5.稠度指標

稠度指標包括液限、塑限、液性指數(shù)和塑性指數(shù)，他們反映了水對土的性狀的影響。濕陷性黃土的液限、塑限分別在20％-35％和14％-21％之間，Iｐ為3.3-17.5,大多在9-12左右，液性指數(shù)在零上下波動，大多數(shù)濕陷性黃土處于堅硬和硬塑狀態(tài)，承載力較高，壓縮性屬中等或偏低，少部分第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－化學性質(zhì)（新近堆積黃土）屬于可塑或軟塑狀態(tài)。當夜限在30%以上時，失陷一般較強，國外有認為液限是用擾動土測定的，它并不能反映與原狀土強度的關(guān)系。由西向東，由北向南，含水量、重度逐漸增加，孔隙比逐漸減小，液限塑性指數(shù)稍有增大，濕陷系數(shù)減小，濕陷性降低。

濕陷性黃土的化學性質(zhì)1.化學成分全量濕陷性黃土中的化學成分有：SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOK2ONa2OFeOMnOTiOSO3P2O5等，其化學成分主要是二氧化硅、倍半氧化物、碳酸鹽類。二氧化硅存在于由粗顆粒到膠粒的各級粒組中，為主要成分，鈣、鎂呈固態(tài)、液態(tài)存在于黃土中，為重要膠結(jié)物，三氧化二鋁、三氧化二鐵以鎂、鋁膠體形式存在，一部分能被鹽酸溶解的二氧化硅以無定形硅酸鹽形式存在，都屬膠體物質(zhì)。第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－化學性質(zhì)水溶鹽水溶鹽根據(jù)其在20攝氏度水中的溶解度分為三類：易溶鹽：氧化物，硫酸鎂，碳酸鈉中溶鹽：石膏難溶鹽：碳酸鈣

水溶鹽與土的濕化、收縮、膨脹和透水性關(guān)系密切，并影響土的黏性合強度。易溶鹽：含量在0.003-1.74%之間，個別在4-8%，常見值為0.32%，含量不大，當土中易溶鹽含量<0.5%，對黃土的性狀影響甚微。易溶鹽含量由西向東，由北向南逐漸減少，因為降雨量大，地下水，地表水活動強，一部分易溶鹽溶解并流失。中溶鹽：含量在0.01-1.44%之間，平均0.3%，含量不大，偶見3%的，研究表明，浸水壓縮試驗前后土中石膏含量由0.24-0.67%，似乎對濕陷性有一定影響。當石膏呈碎屑顆粒分布時，對土粒既無膠結(jié)作用，受水浸濕時也不易溶解，對黃土的濕陷性也就沒有什么影響了。第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－化學性質(zhì)難溶鹽：碳酸鈣占全部碳酸鹽的90%以上，碳酸鎂占10%以下。碳酸鈣含量在0.38-25.5之間，平均10%，呈多種形態(tài)存在，有碎塊狀，顆粒狀，膜殼狀，細晶狀，菌絲狀，結(jié)核狀等，一般碳酸鈣含量大時，土的強度也高。2.黃土的酸堿特征黃土的酸堿特征以水土比為1:5的懸液PH值表示，PH值取決于粘粒所吸附的離子類型和黃土所含的可溶鹽成分。黃土的PH值在6.0-9.2之間，平均7.8，大多數(shù)在7.5以下，一般干旱地區(qū)PH值大，濕潤地區(qū)PH值小。PH值高的濕陷性強。3.離子交換黏土礦物和有機質(zhì)是黃土中膠體顆粒的組成部分，膠體物質(zhì)都有離子交換的特征，膠體表面吸附著一定量的陽離子，由于膠粒表面電荷不平衡便引起交換現(xiàn)象。黃土中的陽離子交換量隨礦物類型、含量和有機物含量不同而不同，交換量定義為介質(zhì)PH值等于7時，每100g土樣中所吸附陽離子的當量數(shù)。第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－化學性質(zhì)

黃土的陽離子交換量為8.1-27.61毫克當量每100g土，主要礦物為伊利石。

4.有機質(zhì)黃土中有機質(zhì)含量在0.02-2%之間，平均0.64%，在各級粒組中的含量隨粒徑減小而增多。有機物持水性強，表面能大，常能于二價鈣離子結(jié)合而產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象，多凝聚在大孔壁上，也有分散于粘粒中，當呈分散分布時，則成為土中的膠結(jié)成分，受水浸濕時會吸收大量水分而崩解。黃土的燒失量在0.79-16.9%之間。第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)濕陷性黃土的力學性質(zhì)濕陷性黃土的力學性質(zhì)主要包括壓縮性，濕陷性，抗剪強度、透水性等。

1.壓縮性反映地基土在外荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形的大小。對濕陷性黃土地基而言，壓縮變形是指地基土在天然含水量條件下受外荷載作用時所產(chǎn)生的變形，它不包括地基土受水浸濕后的濕陷變形。一般在中更新世末期和晚更新世早期形成的濕陷性黃土多為中等偏低，少量為低壓縮性土；晚更新世末期和全新世黃土多為中等偏高，有的甚至為高壓縮性土，新近堆積黃土的壓縮性多數(shù)較高。

2.抗剪強度黃土的抗剪強度除與土的顆粒組成、礦物成分、粘粒和可溶鹽等有關(guān)外，主要取決于土的含水量和密實程度。含水量越低，密實程度越高，抗剪強度越大第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)含水量與抗剪強度的關(guān)系：當黃土的天然含水量低于塑限時，水分變化對強度影響最大，含水量由7.8%增加到18.2%時，內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力都降低1/4左右。當天然含水量超過塑限時，抗剪強度降低幅度小，而在天然含水量超過飽和含水量時，抗剪強度變化不大。干重度與抗剪強度關(guān)系土的含水量相同，則密實程度越大，抗剪強度越大。濕陷過程中與飽和后的抗剪強度比較試驗結(jié)果表明：在浸水過程中土的抗剪強度比同種土在同樣壓力下處于飽和狀態(tài)時要低10%-15%。黃土在某一應力狀態(tài)下受水浸濕后，濕陷處于發(fā)展過程中的強度最低，地基在濕陷變形過程的穩(wěn)定性最小。第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)壓實黃土的抗剪強度當黃土作為筑壩材料，或天然黃土用重錘夯實、土墊層、土樁擠密處理后，常需要了解黃土在原狀結(jié)構(gòu)破壞后的強度。有關(guān)研究資料及試驗表明，當壓實黃土的干重度達到16kN/m3時，內(nèi)摩擦角可達23-26度，內(nèi)聚力為260-350kPa，當干重度達到17kN/m3時，內(nèi)摩擦角可達29度，內(nèi)聚力為600kPa。黃土的各向異性對抗剪強度的影響由于黃土存在垂直節(jié)理和大孔構(gòu)造，因而不同的剪切方向得出的抗剪強度有較大差異。試驗表明，當剪切面平行于大孔方向時，強度最低，天然含水量低的黃土受各向異性影響的程度比飽和黃土要大。

3.透水性透水性反映水在土中通過的速度，黃土的滲透系數(shù)變化較大，一般黃土豎向和水平方向的滲透系數(shù)分別為0.16×10-5cm-0.3×10-5cm/s和0.8×10-6-0.1×10-5cm/s之間。第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)透水性隨時間的變化黃土的滲透系數(shù)不是一個常數(shù)，它隨滲透溶液的性質(zhì)，水頭梯度，滲透時間等變化。水頭梯度越大，滲透系數(shù)越大。透水性與孔隙比和原始含水量的關(guān)系滲透系數(shù)隨孔隙比的減少而降低，二者之間呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。原始含水量越大，滲透系數(shù)越小，當原始含水量增加到某一數(shù)值時，滲透系數(shù)就不再降低。土的各向異性對滲透系數(shù)的影響黃土豎向滲透系數(shù)總大于水平方向滲透系數(shù)，二者之比在3－30之間變動。當浸水濕陷后，由于土體壓密，豎向滲透系數(shù)顯著降低，二者之差也將大大縮小。第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)起始水力梯度問題黃土既屬于粘性土，是否與一般粘性土一樣，只有當水力梯度超過某一數(shù)值后，才開始在土中流動。試驗表明，黃土中不存在起始水力梯度文，當水力梯度大于零時，水就開始在土中滲透，這是由于土中存在角度大孔隙的緣故。因此，與砂土一樣，水在黃土中的滲透復合達西定律。

4.濕陷性在土的自重壓力或土的附加壓力與自重壓力共同作用下受水浸濕時將產(chǎn)生急劇而大量的附加下沉，這種現(xiàn)象稱為濕陷。它與一般土受水時表現(xiàn)的壓縮性稍有增加的現(xiàn)象不同。由于各個地區(qū)黃土形成時的自然條件差異較大，因此，其濕陷性也有較大差別，某些濕陷性黃土受水浸濕后在土自重壓力作用下就產(chǎn)生濕陷，稱為自重濕陷性黃土，而另一些黃土受水浸濕后在自重壓力和附加壓力共同作用下才產(chǎn)生濕陷，稱為非自重濕陷。第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)壓縮變形與濕陷變形壓縮變形在荷載施加后立即產(chǎn)生，隨著時間的增長而逐漸趨向穩(wěn)定。對于大多數(shù)濕陷性黃土地基來說（飽和黃土和新進堆積的黃土除外），壓縮變形在施工期間就能完成一大部分，在房屋竣工后三個月到半年即基本趨于穩(wěn)定，而且總變形量不大，多為2－5厘米。濕陷變形的特點是變形量大，常常超過正常壓縮變形的幾倍甚至幾十倍；發(fā)生快，受水浸濕約1－3小時就開始濕陷就一般濕陷事故來說，往往1－2天內(nèi)就可能產(chǎn)生20－30厘米的變形量，這種量大，速率快而又不均勻的變形往往使建筑物發(fā)生嚴重變形甚至破壞。濕陷的出現(xiàn)完全取決于受水浸濕的概率，有的建筑物在施工期間即產(chǎn)生濕陷事故，而有的則在幾年甚至幾十年后才出現(xiàn)濕陷事故。第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)濕陷變形的特征指標濕陷系數(shù)：是單位厚度土樣在土自重壓力或自重壓力與附加壓力共同作用下受水浸濕后所產(chǎn)生的濕陷量，它通過室內(nèi)浸水試驗確定，用δs表示。我國規(guī)定：當δs大于0.015時為濕陷性黃土，當δs小于0.015時為非濕陷性黃土。根據(jù)濕陷系數(shù)的大小，可以大致判斷濕陷性黃土濕陷的強弱。δs≤0.03弱濕陷性0.03＜δs≤0.07中等濕陷性δs＞0.07強濕陷性第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)為了正確反映濕陷性黃土地層的濕陷程度，并聯(lián)系結(jié)構(gòu)物和地基實際，合理地采用有效的防護措施，可用地基內(nèi)各土層的濕陷系數(shù)，求得地基的計算濕陷量△s。

△s＝∑δsi·hi

式中：δsi—地基內(nèi)第i層濕陷性黃土的濕陷系數(shù)；

hi—第i層濕陷性黃土的厚度(m)。

濕陷性黃土地基的濕陷等級如表所示。

濕陷性黃土地基的濕陷等級地基的計算濕陷量(m)

濕陷等級

0.05＜△s≤0.15Ⅰ

0.15＜△s≤0.35

Ⅱ

△s＞0.35

Ⅲ

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△s只是濕陷性黃土地基的定性指標，它并不代表地基的真實濕陷量。由于我國黃土上部土層的濕陷性比下部土層大，而地基上部土層受水浸濕的可能性又較大，因此在上式中地基的計算濕陷土層厚度一般定為從基底算起至其下5m為止。由于被地下水浸泡的那部分黃土層一般不具有濕陷性，當5m內(nèi)已見地下水，則算至平均年地下水位為至。在5m深度內(nèi)如有非濕陷性黃土層，則不將此層土的濕陷量累計在內(nèi)。濕陷性黃土地基的濕陷等級越高浸水后可能產(chǎn)生的濕陷量就越大，對結(jié)構(gòu)物的危害也越大，因此設計措施要求也越高。另外，我國建筑規(guī)范還規(guī)定當基底下面土層包含有自重濕陷性黃土，可按下式判別是否屬自重濕陷性地基。

△zs＝∑δzsi·hi

式中：△zs—地基的計算自重濕陷量(m)；

si—第i層土在上覆土的飽和自重壓力下，測得自重濕陷系數(shù)；

hi—第i層土的厚度(m)。

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上式計算深度可自基礎(chǔ)底面算至基下10m為止。但其中△zs﹝s＜0.015的土層不累計。

根據(jù)大量的室內(nèi)外試驗對比確定，當△zs≤0.07m時可定為非自重濕陷性黃土地基；△zs＞0.11m時為自重濕陷性黃土地基；△zs為0.07—0.11m時，可結(jié)合當?shù)貙嵺`經(jīng)驗確定。

在黃土地區(qū)修建結(jié)構(gòu)物，應首先考慮選用非濕陷性黃土地基，它較經(jīng)濟可靠，如確定基礎(chǔ)位于濕陷性黃土上，則應盡量利用非自重濕陷性黃土地基，因為這種地基的處理與自重濕陷性黃土地基相比，要求較低。

第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)濕陷起始壓力：黃土在受水浸濕后開始產(chǎn)生濕陷時的相應壓力，嚴格的說，應是濕陷系數(shù)接近于零時的壓力。（黃土本身具有一定的結(jié)構(gòu)強度，當壓力較小時受水浸濕，由于它在顆粒接觸處所產(chǎn)生的剪應力小于其結(jié)構(gòu)強度，與一般粘性土一樣，只產(chǎn)生少量的壓縮變形。只有當壓力增大到某一數(shù)值以至剪應力大于其結(jié)構(gòu)強度時，下沉速度才突然加快，從而反映出濕陷的特點。當濕陷性黃土實際所受的壓力等于或大于土的濕陷起始壓力時，土就開始產(chǎn)生濕陷；反之，如小于這一壓力，則只產(chǎn)生壓縮變形，而不發(fā)生濕陷變形。隨土性的差別，濕陷起始壓力的變化較大，淺層黃土的濕陷起始壓力多在25－125kPa之間。）起始含水量：處于外荷或土自重壓力作用下，濕陷性黃土受水浸濕時開始出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象時的最低含水量。（它與土的性質(zhì)和作用壓力有關(guān)，對于同一種土，起始含水量并不是一個常數(shù)，一般隨壓力的增大而減小。）第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)－濕陷原因和機理對黃土濕陷的原因和機理的各種不同論點，可以歸納為內(nèi)因和外因兩個方面。內(nèi)因主要是由于土本身的物質(zhì)成分（顆粒組成、礦物成分和化學成分）和其結(jié)構(gòu)，外因則是水和壓力的作用。毛管假說

Terzaghi指出當潮濕砂土內(nèi)的不連續(xù)水分積聚在顆粒接觸點時，相鄰顆?？紫吨兴涂諝饨唤缣幍谋砻鎻埩Γ雇亮＠谝黄?。水浸入土中后，表面張力消失，于是砂土潰散。有的學者曾用這種觀點來解釋黃土的濕陷，以后遭到反對。J.G.Dudley認為毛細壓力是黃土中形成細粉粒粘結(jié)和絮凝粘粒粘結(jié)的重要因素。黃土中的毛細作用是存在的，但將其作為濕陷的主要原因值得商榷。常寶琦曾用風干的擾動土樣制成試件，雖然破壞了毛細管通道，消除了彎液面作用，仍然有很大的的濕陷性。第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)－濕陷原因和機理溶鹽假說黃土中存在大量的可溶鹽。當黃土的含水量較少時，易溶鹽處于微晶體狀態(tài)，附著在顆粒表面，起著一定的膠結(jié)作用。這種膠結(jié)作用是黃土加固內(nèi)聚力的一部分，受水浸濕后，易溶鹽溶解，這部分強度就喪失了，因而產(chǎn)生濕陷。我國濕陷性黃土中的易溶鹽含量都較少，不是組成加固內(nèi)聚力的主要部分，難溶鹽含量雖高，但其溶解很緩慢，因此，較多的觀點認為易溶鹽的溶解不是產(chǎn)生濕陷的主要原因。膠體不足說認為黃土的濕陷性是含有小于0.05mm顆粒含量小于10%的土所固有的性質(zhì)，這種土缺少膠體部分；如果有顯著數(shù)量的膠體，則膨脹可防止?jié)裣莸陌l(fā)生。朱海之認為當粘粒含量大于15-20%時黃土不具有濕陷性，但發(fā)現(xiàn)蘭州西盆地北岸二級階地上的黃土粘粒含量大于30%，卻濕陷性強烈。第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)－濕陷原因和機理水膜楔入說低含水量黃土在細顆粒（主要是粘粒）表面上包裹著的結(jié)合水膜一般很薄，溶解在其中的陰、陽離子的靜電引力較強，將表面帶負電荷的粘粒連接起來，形成一定的凝聚強度。當水進入土中時，結(jié)合水膜變厚，象楔子一樣將牢固連接的顆粒分開，使土粒表面產(chǎn)生膨脹，體積增大，引力減弱，凝聚強度降低，因而產(chǎn)生濕陷。水膜楔入說能較好地解釋黃土在水一進入就會立即發(fā)生濕陷這一現(xiàn)象；但是，還不足以解釋各種復雜的濕陷現(xiàn)象的（如濕陷性的強弱、自重濕陷與非自重濕陷等）產(chǎn)生。欠壓密理論黃土是在干旱或半干旱氣候條件下形成的。風成黃土在沉積過程中，表面受大氣降水的影響。在干燥少雨的條件下，大氣降水浸濕帶的厚度常少于蒸發(fā)影響帶的厚度，a-a線以上土層在降水期，土中含水量較高，處于最優(yōu)壓密條件，但由于土層薄，自重壓力小，未能得到有效壓密。隨黃土繼續(xù)堆積，a-a線提高，在新的a-a線與b-b線之間的土層，大氣降水影響不到，但蒸發(fā)過程繼續(xù)進行。由于水分減少，鹽類析出，膠體凝結(jié)產(chǎn)生了加固內(nèi)聚力。第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)－濕陷原因和機理雖然上覆土層壓力增大，但不足以克服土中形成的加固內(nèi)聚力，因而成為欠壓密狀態(tài)。如此循環(huán)往復，使得堆積的欠壓密土層越來越厚，一旦水浸入較深，加固內(nèi)聚力消失，就產(chǎn)生濕陷。當降水量少，干旱期長時，欠壓密稱度大，而且欠壓密土層也較厚；反之，黃土欠壓密程度就弱，形成的欠壓密土層也較薄。欠壓密論易于解釋我國黃土為什么西北部濕陷性強，東南部弱這一規(guī)律。欠壓密理論沒有涉及到具體的機理和作用，而是把復雜的物理化學作用籠統(tǒng)地歸結(jié)為欠壓密狀態(tài)，避開了某些爭論不休而暫時不能作出結(jié)論的假說。事實上，黃土高孔隙度的產(chǎn)生不是簡單的物理壓密不足過程形成的，它與黃土形成過程中的風化成土作用以及鹽類淋溶、凝聚作用分不開，后者將改變bbaaabba第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、濕陷性黃土的基本性質(zhì)－力學性質(zhì)－濕陷原因和機理土的表面活性，影響土的液限和塑限。因此，黃土欠壓密狀態(tài)的形成不僅與物理壓密過程有關(guān)，也受到風化成土過程中膠體化學變化的影響。

結(jié)構(gòu)學說這一學說通過對黃土的微觀結(jié)構(gòu)的研究，從土中骨架顆粒形態(tài)，接觸關(guān)系，排列方式，膠結(jié)物種類與賦存狀態(tài)，膠結(jié)類型等結(jié)構(gòu)特征，來闡明濕陷現(xiàn)象的產(chǎn)生以及濕陷強弱程度差別的原因。綜上所述，黃土的濕陷現(xiàn)象是一個復雜的物理、化學變化過程，濕陷的原因和機理不是目前已提出的哪一個假說所能完全解釋清楚的，它受到多方面因素的制約與影響。

第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一四、濕陷性黃土地基的工程處置措施

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區(qū)，根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，地基處理應選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，以試驗數(shù)據(jù)進行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別后，通過經(jīng)濟分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等諸多方面的因素。最后選擇一個最合適的地基處理方法，經(jīng)過優(yōu)化設計后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。所采用的有：重錘表層夯實和強夯土墊層土擠密樁樁基礎(chǔ)化學加固法其它加固方法(預浸水法、熱加固法、水下爆破法、電火花加固法）第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一四、濕陷性黃土地基的工程處置措施灰土和素土墊層法

1.將基底以下濕陷性土層全部挖除或挖至預計的深度，然后以灰土或素土分層回填夯實。墊層厚度一般為1.0～3.0m。它消除了墊層范圍內(nèi)的濕陷性，減輕或避免了地基因附加壓力產(chǎn)生的濕陷，可以使地基的自重濕陷表現(xiàn)不出來。這種方法施工簡易，效果顯著，是一種常用的地基淺層處理或部分濕陷性處理方法，經(jīng)這種方法處理的灰土墊層的地基承載力可達到300kPa(素土墊層可達200kPa)且有良好的均勻性。

2.施工中應注意的問題：(1)地基土的含水量，對于含水量較大，或曾局部基坑進水者，要采取相應的措施(如涼曬等)，嚴格控制灰土(或素土)的最佳含水量，對接近最佳含水量時，寧小勿大，偏大時土體強度則顯著下降，變形明顯增大。(2)墊層處理的寬度要達到規(guī)范要求，使碾壓設備能充分碾壓到位，還使形成的墊層壓實度產(chǎn)生差異。(3)嚴把質(zhì)量關(guān)，施工中碾壓分層的厚度不宜大于30cm，并逐層檢測壓實度，達到設計規(guī)范要求。

第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一四、濕陷性黃土地基的工程處置措施強夯法

1.強夯法亦稱動力固結(jié)法，通過重錘的自由落下，對土體進行強力夯實，以提高其強度，降低其壓縮性，該法設備簡單，原理直觀，適用廣泛，特別是對非飽和土加固效果顯著。這種方法加固地基速度快，效果好，投資省，是當前最經(jīng)濟簡便的地基加固方法之一。

2.施工中注意的問題

(1)首先在設計階段，應考慮濕陷性黃土處于哪一種類別、等級，以及場地等因素，因為強夯的夯擊能量，夯點布置，夯擊深度，夯擊次數(shù)和遍數(shù)等因場地而異，土的含水量、孔隙比及夯擊的單位面積夯擊能對濕陷性黃土的強夯有效加固深度起著重要的作用。在經(jīng)過試夯后確定出設計參數(shù)，確定施工設計方案，因此不經(jīng)試夯確定施工參數(shù)往往會給工程造成后患。

(2)由于強夯影響深度內(nèi)土的含水量差異，會導致局部處理效果不佳，對于此種情況必須采取土的增濕或減濕措施，以免出現(xiàn)橡皮土情況。如有此種情況，應立即停止夯擊，當涼曬一定時間后，在夯擊坑內(nèi)加入碎石類的粗骨料，繼續(xù)夯擊。

(3)施工中在控制關(guān)鍵工序上嚴把質(zhì)量關(guān)，因為一份設計提供后，錘重、落距、夯點布置等是沒有隨意性的，而唯一可能被第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一四、濕陷性黃土地基的工程處置措施人為改變的是夯擊次數(shù)，因在試夯時根據(jù)最后夯擊的沉降量來確定夯擊次數(shù)的，當別的參數(shù)已確定后，它就成為影響處理的唯一因素，所以施工中應以它為質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序管理點。

(4)強夯結(jié)束后，檢測的重點是判定它的有效加固深度是否達到設計要求，因為有效加固深度的第一標準應是消除濕陷性，也就是以δs＜0.015作為判別指標。所以檢驗手段應采用探井取不擾動土試樣進行檢測。當這一指標達到要求后，一般情況下對承載力的要求等也均可滿足。深層攪拌樁法

1.探層攪拌樁是復合地基的一種，近幾年在黃土地區(qū)應用比較廣泛，可用于處理含水量較高的濕陷性弱的黃土。它具有施工簡便、快捷、無振動，基本不擠土，低噪音等特點。

深層攪拌樁的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。其加固機理是將水泥摻入粘土后，與粘土中的水分發(fā)生水解和水化反應，進而與具有一定活性的粘土顆粒反應生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，這些新生成的化合物在水中或空氣中發(fā)生凝硬反應，使水泥有一定的強度，從而使地基土達到承載的要求。第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一四、濕陷性黃土地基的工程處置措施深層攪拌樁的施工方法有干法施工和濕法施工兩種，干法施工就是“粉噴樁”，其工藝是用壓縮空氣將固化材料通過深層攪拌機械噴入土中并攪拌而成。因為輸入的是水泥干粉，因此必然對土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量較低時，很容易出現(xiàn)樁體中心固化不充分、強度低的現(xiàn)象，嚴重的甚至根本沒有強度。在某些含水量較高的土層中也會出現(xiàn)類似的情況。因此，應用粉噴樁的土層中含水量應超過30%，在飽和土層或地下水位以下的土層中應用更好。濕法施工是將水泥攪拌成漿后注入土中的方法。水泥漿通過柱塞式泥漿泵強制注入，除非特殊情況很少斷漿，施工中一般采用預攪下沉時就噴漿的工藝，因此樁體的均勻性比干法施工好。但噴漿增加了水泥土的含水量，強度會受到一定影響，實際應用時需根據(jù)土的工程性質(zhì)，尤其是含水量情況作出適當?shù)倪x擇。

第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一四、濕陷性黃土地基的工程處置措施施工中應注意的問題

(1)必須在設計或施工中采取有效措施來保證攪拌樁復合地基各參數(shù)能達到各自的設計值，否則設計的可靠度會降低，如樁端為硬土，或樁長超過臨界樁長時，

(樁間土承載力拆減系數(shù))取值高于規(guī)定，就必須采取設置褥墊層或其他方法使樁間土發(fā)揮較高的強度，選用較高的樁體強度時，就必須采取增加水泥用量、摻加外加劑、復攪等措施，才能保證設計與預期的實際結(jié)果比較一致。

(2)施工中為達到強度要求，有必要進行復攪。復攪是在樁的一部分或樁的全長重復攪拌一次，其作用是：①改善樁體的均勻性，如第一次注漿不均勻時，可通過復攪調(diào)節(jié)，提高樁長方向上的均勻程度，同時，也使樁截面內(nèi)的均勻性得到改善。②現(xiàn)場不同樁段有不同的水泥摻入比，使不同樁段有不同的樁身強度。

(3)加強施工管理，因為樁體的固化材料需由壓縮空氣作載體，而氣體流速、流量受土層情況的影響，人工難以調(diào)節(jié)，所以施工機械應采用帶有自動控制噴漿、噴粉的裝置，以消除施工中一些人為因素，便于監(jiān)督檢查，避免由于噴漿和噴粉不均勻或者噴漿量、噴粉量未達到設計要求而發(fā)生斷樁問題。第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一四、濕陷性黃土地基的工程處置措施

(4)現(xiàn)場施工中應勤于檢查，嚴格監(jiān)督。深層攪拌樁屬于一種柔性樁，樁身檢測較困難，施工時質(zhì)量有疏忽，就可能發(fā)生