范文一:试论我国黄土的工程地质性质及其常见的工程地质问题
浅论我国黄土的工程地质性质及其常见
的工程地质问题
长安大学地测学院
姓名:马鑫
学号:2601050307
摘 要
黄土作为地基用于各类建筑工程中己有漫长的历史。 而黄土湿陷性问题, 一 直是黄土地区的一个典型的工程地质问题, 黄土的湿陷性对其分布区的工程建设 活动常常造成巨大的危害, 对工程建筑极具破坏性。 要预防和减少黄土的湿陷性 的危害, 弄清黄土的湿陷成因就显得十分重要。因此, 就需对黄土的湿陷性进行进一步的分析研究。
关键词:黄土:湿陷性;显微结构;
一、绪 论
黄土在全世界有较广泛的分布, 主要分布于中纬度干早、半干早地区, 面积达1 3 0 0 万平方公里, 约占陆地总面积的9 . 3 %, 具体在欧洲、北美、南美、 亚洲均有分布,此外,在澳洲等地区也有零星分布。
我国黄土分布面积大约有6 . 3 2 x1 05 平方公里, 约占 全国面积的6 . 6 %。主要分布在北纬3 0 0° -4 9 0°, 东经7 5° - 1 2 7° 之间。 在大范围分布区中, 黄河中 游地区,西起乌鞘岭,东到太行山西麓,北起长城附近,南抵秦岭北麓,地表几乎全部被 黄土所覆盖,形成了地层连续、厚度大、面积广的典型黄土地区。
黄土作为地基用于各类建筑工程中己有 漫长的历史。 而黄土湿陷性问题, 一直是黄土地区的一个典型的工程地质问题, 黄土的湿陷性对其分布区的工程建设活动常常造成巨大的危害,常能引起工程建筑物的破坏,它可直接引起土质边坡塌滑、铁路路基下沉、 房屋下沉开裂等不良 工程地质现象, 对工程建筑极具破坏性。 此外,由于黄上具有湿陷性而极易造成严重的水土流失灾害。 要预防和减少黄土的湿陷性的危害,弄清黄土的湿陷成因就显得十分重要。因此,就需对黄土的湿陷性进行进一步的分析研究。 黄土湿陷性机理研究历史及现状
湿陷性成因的 研究是解决一系列实际问题的最关键而基本的工作[ 3 1 , 同时黄 土的湿陷成因的研究也是一个世界性的难题, 为了搞清这个问题, 前人做了大量 卓有成效的工作, 取得了大量理论性及应用性研究成果, 并在此基础上提出了 许 多假说, 但由于黄土材料的特殊性和复杂性, 使得对于黄土湿陷性的成因到目 前 尚看法不一。
国内 外众多学者对于不同 地区黄土的 湿陷 性进行了不同 程度的研究其研究方向、方法、出发点不同,在此基础上提出的假说也各有其特点。但总的说来可以归纳为三大类, 即从湿陷性黄土物质组成成分出发的湿陷性成因研究、 从湿陷性黄土结构特点出发的湿陷性成因研究、从触发湿陷性的力学机制出发的湿陷性成因研究。
二、黄土的微观结构特征
孔隙是黄土体内未被骨架颗粒和胶结物占据的空间。它的成因、形状、大小、多少、及分布特征都直接影响着黄土的工程地质性质。关于黄土微观结构的研究,多在偏光镜下作定性研究。
2.1孔隙的类型
黄土孔隙按其成因可分为原生孔隙及次生孔隙两大类。
2..1.1次生孔隙:这类孔隙的孔壁主要由次生碳酸钙组成。一种是非晶质碳酸钙孔隙沉淀,常呈管道状;一种为结晶质碳酸钙沿孔隙生长呈晶簇状。此外,还可以看到少量由植物遗体和粘土构成的孔壁。
2.1.2原生孔隙:按照碎屑颗粒的排列方式,原生孔隙可分为支架孔隙,镶嵌孔隙和胶结孔隙。(1)支架孔隙:系指粗颗粒疏堆积,互相支架构成的孔隙,一般较大,孔径有时大于构成孔隙的颗粒直径。这类孔隙的孔壁由构成土体的碎屑材料组成,很少有次生物质围绕孔壁,其形状也不规则。支架孔隙极不稳定,当受到上覆地层的压力或黄土中水分的影响时,其周围的颗粒被陷入孔内。因此,可以得出支架孔隙是引起黄土湿陷的主要因素之一。(2)镶嵌孔隙:系指粗颗粒互相靠拢,互相穿插所形成的粒间缝隙,多呈缝隙状,一般较小,比较稳定,透水性好。(3)胶结孔隙:系指分布于胶结物中的微小孔隙。
2.2、孔隙的大小类型:有特大孔隙、大孔隙、中孔隙、小孔隙及微孔隙之分。
特大孔隙:孔隙一般大于250微米,在剖面上自上而下显著地减少。大孔隙:孔隙在16到25微米之间,在剖面上自上而下减少。中空隙:孔径在4到16微米之间,在剖面上自上而下减少。小孔隙:孔隙为1到4微米,在剖面上自上而下逐渐增多。微孔隙:孔径一般小于1微米,在剖面上自上而下显著增多。从孔隙的类型来讲,支架孔隙是引起黄土湿陷的主要孔隙,从孔隙的大小来讲,大孔隙和中孔隙则是引起黄土湿陷的主要孔隙。
三、 湿陷性黄土分布及主要工程地质问题
3 . 1黄土湿陷性及湿陷系数
湿陷性黄土由于它的特殊性, 致使在压力和水的作用下发生湿陷现象, 产生 湿陷变形。 为了便于以下章节的讨论, 现将有关湿陷性的一些主要概念及其涵义, 简单介绍如下。
3 . 1 . 1 湿陷变形
当湿陷性黄土在一定压力 ( 自重压力或者自重压力加附加压力) 作用下,受 水浸湿产生下沉变形 。下沉变形中,除掉正常压缩变形外,还有一部分附加下
沉变形, 这部分变形被称为湿陷变形。 湿陷变形是由于水的作用产生的。 从湿陷 性黄土受水受压产生的总下沉变形中减去湿陷性黄土不浸水而受压后产生的压
缩下沉变形,就是湿陷变形。
湿陷变形的大小量值, 叫做湿陷量。 湿陷量包括自重湿陷量及剩余湿陷量等。 自重湿陷量:用自重压力求得的湿陷系数 ( 叫自重湿陷系数) 计算出来的整 个湿陷性黄土总厚度范围内的湿陷变形量。
剩余湿陷量:是指地基处理后,其湿陷量的剩余部分。
湿陷系数( 6 . ) :单位厚度的土样所产生的湿陷变形,以小数表示。
湿陷系数是判定黄土湿陷性的定量指标,由室内压缩试验测定。
自 重湿陷系数( S s ) : 单位厚度的土样在该试样深度上覆土层饱和自 重压力 作用下所产生的湿陷变形, 以小数表示。 自重湿陷系数主要用于计算自重湿陷量。 它并不作为判定黄土湿陷性的定量指标。
3 . 1 . 2湿陷性质
黄土浸水受压后,能发生湿陷者,叫做湿陷性黄土。黄土浸水受压后,不发 生湿陷者,叫做非湿陷性黄土。在黄土湿陷性评价的实际工作中, 规定出一个湿 陷系数界限值, 大于界限值的叫湿陷性黄土, 小于界限值的叫非湿陷性黄土。 这 个界限值,采用湿陷系数等于0 . 0 1 5 或者0 . 0 2 ,就是说。凡是湿陷系数大于等于 0 . 0 1 5( 或者0 . 0 2 )的黄土层,就定为湿陷性黄土。湿陷压力( n , I Ka ) : 产生湿陷变形时所产生的 压力。《 湿陷性地区黄土建筑规范》( G B 7 2 5 -9 0 )规定,测定湿陷系数的压力,应自 基础底面 ( 初步勘察阶段基底标高不确定时,自 地面1 . 5 m)算起,l 0m以内的土层湿陷压力应采用2 0 0 K p a , 1 0 m以下至非 湿陷性土层顶面,应采用其上覆土的饱和自 重压力,( 当大于3 0 0 K P a 时,仍采用3 0 0 K P a )
3 . 2湿陷性黄土的分布
3 . 2 . 1黄河中游湿陷性黄土的区域分布
我国的湿陷性黄土分布广泛,其中分布最为广泛的是黄河中游地区。
黄河中游地区( 即三门峡— 龙羊峡之间黄河及其支流流域范围内的地区) :
黄土几乎呈连续成片的分布。湿陷性黄土亦然,发育的最为广泛、这一区域泛指山西太行山西麓往西直到甘肃的乌鞘岭, 北起长城往南抵秦岭北坡, 黄土分布面 积约占全国黄土面积的百分之七十二点三。 而湿陷性黄土主要分布在黄河及其支 流徨水、 大通河、渭河、径河、延河、 洛河及汾河等河谷地区。另外,在某些山 前斜坡地带、丘陵地带、黄土源顶也有所分布。本区湿陷性黄土厚度,以六盘山 为界,以西厚度较大, 最大可达三十余米,以东厚度较小, 汾河流域在十二米左 右,在往东至豫西则更小些。在本区的吕梁山、六盘山,陕北榆林、秦岭之间, 在这东西长四百公里南北宽四百五十公里的范围内, 黄土分布既广又厚, 地层发 育的也比较齐全,是我国黄土分布的典型地区。 莽莽的黄土,构成了我国著名的 西北黄土高原
黄土高原是一种独特的自 然地理单元, 狭义上, 其范围北界长城, 南抵汾渭 盆地北缘,东起吕梁山西麓,西迄陇西盆地西缘,范围包括陇西、宁南 ( 宁夏自 治区南部)、陇东、陕北、晋西等地区,呈近东西向展布,总面积约2 3 万平方公 里,一级地貌类型有黄土源及黄土梁r-
具体来讲,黄土高原位于北纬3 4 “-4 1 0、东经1 0 3 。一1 1 4 0之间,地势
西北高、东南低,海拔高度介于 1 0 0 0- 2 0 0 0 m之间。本次研究范围主要为西起 兰州, 东至黄河, 北到长城一带, 南达渭河盆地北缘的广大区域。 主要包括陇西、 陇东及陕北三地区。
3 . 2 . 2湿陷性黄土在地貌单元上的分布
地貌是在一定的物质组成的基础上,受内力地质作用和外力地质作用相互
作用而形成的。因而地貌类型不同, 反映了 构成地貌的地层或构造的不同。 而地 层、 构造又恰是与工程建设密切相关的。 不同的地貌对工业布局和建筑物的平面 布置并不相同。 分析和研究地貌类型及其形态, 有助于判断地层的成因, 有无滑 坡、 泥石流、断裂等不良地质现象, 也可以根据地貌的形态来预测地质环境改变 之后,可能发生的变化和变化趋势。
综上可见,在黄土地区进行工民建工程建设,工程勘察以及环境工程评价, 都不能离开地貌条件的调查与研究, 有时地貌条件可能是影响工程建设适宜性和 场地、 地基整治的重要因素。 就工业与民用建设工程地质而言, 研究黄土地貌主 要是研究中型和小型地貌,有时还要研究微型地貌1 1 1 .
黄土地貌一般可分为黄土源、 黄土梁、 黄土筛、河谷阶地、 冲积洪积平原等 类型。
3 . 3湿陷性黄土对工程建设的形晌
黄土的湿陷性, 通常是指黄土受水浸泡在上覆土层或建筑物荷载作用下突然 失稳, 发生急速下陷, 压密和侧向流变。 这种工程力学特性常常严重威胁和破坏 工程建筑的正常运营和使用。
湿陷性黄土地区进行各种工程建设时, 常常遇见一些工程地质问题, 包括自 然地质现象与人类工程活动造成的地质现象等几个方面对工程建筑的影响的内
容。 湿陷性黄土地区主要而常见的工程地质问题有: 湿陷性, 地基强度与压缩性, 斜坡的稳定性,还包括黄土潜蚀陷穴、冲沟、泥石流。以及古墓、砂井砂巷、水 渠水库蓄水及其它工程活动所引起的工程地质问题。
除上面举出的一些自 然地质现象及某些特殊工程建设等引起的工程地质问 题外, 湿陷性黄土地区类似的问题还有很多, 诸如大面积堆载地面受荷、 黄土洞 室、地下采空、地震、斜坡的稳定性、黄土潜蚀与黄土陷穴等。
就黄土侵蚀来说, 大量野外调查和统计分析表明, 洞穴侵蚀常发育于沟缘线 附近, 具有坡面和沟道多种侵蚀方式的发育特征, 在一定程度上反映了坡面侵蚀 与沟谷侵蚀的内在联系与演化过程。洞穴侵蚀发育不仅具有水蚀过程的一般特
征, 如地面径流的直接冲刷作用, 也有径流潜蚀、 跌水冲淘和重力陷落等多种方 式的综合作用。 它不仅以其独特的方式改变着黄土的地质地貌环境, 而且也对黄 土区各种工程设施形成巨大的潜在危害。 所以, 深入分析研究洞穴侵蚀机理和影 响因素,对研究其发育分布规律以及对黄土区各种工程的破坏方式具有重要作 用。这里以黄土暗穴对公路的影响为例进行具体说明。
黄土暗穴对公路产生的危害是公路损毁的一种主要方式, 具有显著的突发性 特点。 根据野外对黄土高原各主要公路干线的调查研究, 发现黄土暗穴对公路的 破坏几乎包括了组成公路的各个部分, 包括对路基路面的破坏、 路堤及路堑边坡 的破坏、 公路桥涵的破坏以及对公路排水措施的破坏等, 也对隧道构成潜在的威 胁。这些破坏在黄土暗穴、陷穴发育地段表现的尤其严重,常常造成交通事故、交通堵塞与 交通瘫痪, 造成重大经济损失甚至人员伤亡, 并且由此引起的公路维 修费用每年高达上千万甚至上亿元。
所以, 进一步研究黄土暗 〔 陷) 穴对公路工程的危害程度和危害机理, 针对
洞穴侵蚀和成灾特点, 采取合理可行的预防措施, 保证公路工程建设免受由于洞 穴侵蚀造成的破坏。
综上所述, 我们只有在分析湿陷性黄土的结构和成分的基础上, 弄清黄土湿 陷的机理, 并揭示出影响湿陷的主要内在因素和诱发因素,才能够因地制宜, 在 掌握规律的基础上采取更大的主动性,根据具体情况,制定相应措施,以最大限 度地预防和避免 湿陷性造成的工程危害
范文二:关于沉积黄土的工程地质问题
关于沉积黄土的工程地质问题
作者:苏珊·耶林 弗莱贝格工业大学
摘要:地球表面的大约百分之五的面积被黄土所覆盖。 特别是在亚洲地区, 许多城市都座落与黄 土地区。 在实践中遇到的沉积黄土的主要问题是由于加载和浸水引起的结构性塌陷。 这一过程称 为水固结作用。 这是一个从开放的颗粒堆积状态到闭合的颗粒堆积状态的过渡。 其中, 这一过程 取决于颗粒堆积的种类和现有成分,例如:石英、长石、云母。特别是粘土和碳酸盐的对于塌陷 的烈度有着重要的决定作用。 在土木工程中沉积黄土是一种特殊的工程地质问题土壤, 有必要黄 土塌陷的过程以防止结构性的崩塌。 在自然含水条件下沉积黄土表现出很高的承载能力, 但是这 一能力会在饱和条件下立即丧失。 由于人类对城市供水新技术的开发, 这一过程的缺陷变得越来 越突出。
关于黄土
定义
黄土是一种颗粒较细粉质的风成未固结的堆积物, 通常是黄色或棕色包含细小的矿物颗粒由 于风的搬运作用形成。这些颗粒比砂土颗粒细但是比粉土或粘土颗粒粗。平均的颗粒大小为 0.02~0.06㎜。在世界上的一些地区沉积黄土在厚度上常有数米,地层稳定并且在顶土上常形成 耕植土。是一种前冰川活动的产物。
结构
黄土主要由石英、长石、云母颗粒构成,颗粒角度呈现出小的抛光度和磨圆性。 因为颗粒有 棱角, 黄土常能保持土坡的形状不坍塌很多年。 黄土的这种特性称为垂直节理性, 这一特性使得 在黄土中营造黄土窑洞成为可能。 尽管如此, 水、 风和地震活动对黄土的侵蚀作用还是非常巨大。 分布
黄土高原广泛分布于亚洲、欧洲、北美洲和南美洲部分地区,覆盖了大约 10%的世界陆地 面积,风成黄土的面积约占 5%。例如在过去的二百四十万年里,中国的黄土堆积形成了黄土高 原,这一区域的面积约有 440.000㎞2。黄土的厚度通常达到 50-100m ,尽管如此在西北部的半 干旱的黄土高原发现了厚度超过 300m 的黄土。
欧洲分布地点:波兰;乌克兰地区,奥地利南部,奥地利北部,奥地利东南部的施蒂里亚等 地。
德国分布地点:Jülicher B?rde, Zülpicher B?rde, K?lner Bucht, Ravensburger Hügelland, Leipziger Tieflandsbucht, Oberlausitz, Lommatzscher Pflege, Thüringer Becken等地。
黄土地区对于农业经济有非常重要的意义。 因为土壤微小的颗粒富含空气和植物生长所需的 矿物成分。这种肥沃的土也被作为一种愈疗土在医药上应用。
分类
1. 黄土梯:垂直侵蚀的沟,状如楼梯。
2. 黄土井:环形的隔断 . (图 1)
3. 黄土桥:黄土井间的连接部分 (图 1)
图 1:黄土侵蚀
形成
黄土在最后的冰河时代形成, 那时巨大的冰川覆盖了地球表面的绝大部分。 当气候转暖, 温 暖的气候使得冰盖融化并且产生水量巨大的峡谷河流和广阔的冲积淤泥平原。当这些平原干涸, 强风把暴露于地表的沉积物吹走并且将更细小的矿物成分从洪积平原带到沿海地区也就形成了 陡土坡, 如果细粒继续堆积, 更高的山丘形成了。 通常若干沉积黄土层是沉积在其他黄土层顶上 的,因为每个冰盖融化产生新的沉积黄土。
土力学特性
颗粒状态
湿陷土的结构是由开放性的, 30μm 粒径中等的棱角尖锐的颗粒组成, 颗粒平均轴大约比例 是 8:5:2。开放性的结构是由于风成形成的,也正因此上覆土层土压力增长缓慢。颗粒间的接 触常在上覆土层压力增长前就固定了。 这些接触关系中一些交互接触颗粒起着更重要的作用。 在 黄土排水固结的过程中这些交互接触的颗粒的接触在整个黄土系统中是一个显著特色。
什么是排水固结?由于科学家使用俄文和英文对其定义, 文字上的定义仍然有两种分歧。 总 的来说归结为 “排水固结本质上是一种由开放的颗粒堆积状态转变为更紧密的颗粒堆积状态的过 程” (Rogers 1994)是什么引起排水固结的?可以假定一种沉积黄土的模型,只由磨圆度差的 石英和长石颗粒构成的随机开放结构, 不含粘土, 碳酸盐和其他矿物成分。 这一理想的黄土结构 模型是刚性的并具有膨胀性, 由于石英——石英这种点接触不会被水削弱所以当加荷载和浸水时 它不会湿陷。 典型的黄土湿陷在这种特定的接触关系重建时发生。 这种理想的石英——石英边界 表面接触关系在湿陷性黄土中近乎不存在。 两种重要的矿物成分对于接触关系重建有影响:粘土 和碳酸盐。这些成分混合存在于大多数的沉积黄土中。
在图 2中可以看出有下列四种重建模式:
(1) 小团粘土模式 -少量的您图矿物存在于黄土系统当中,集中分布于主结构间的接触表面 上。
(2) 少量碳酸盐模式 -接触点被少量的石灰胶体粘结产生刚性的结构, 这一粘合力在小范围内 保持增长。
(3) 大量粘土模式 -粘土填充大部分基本颗粒结构间的空隙并形成连续的土相。
(4) 大量碳酸盐模式 -碳酸盐填充粒间空隙并且产生大范围的胶结现象。 (Rogers 1994) 在图 3中所示四种理想抗剪力黄土系统。应力交点对应着破坏点。曲线 3b 说明原始结构在小范
围内的抗破环力是很高的, 但是它是刚性结构所以当其一旦发生破环抗剪能力会迅速降低。 曲线 3c 典型地说明大范围内粘土矿物对于系统的抗破坏能力有着很强的影响,即使开始发生破坏时 抗破坏能力也不会显著降低。少量粘土模式对应的曲线 3a 可能是最有趣的,如果粘土的量很小 在系统内的小范围内的抗破坏能力还是相当高的。 粘土在颗粒接触关系重建时在小范围内形变增 大引起抗破坏能力缓慢降低, 但是对于少量碳酸盐模式下就不同了, 曲线 3b 和 3d 形状上没有显 著差别, 但是大量碳酸盐模式的前期抗力较大并且刚性特性可以抵抗小的形变, 但是一旦失效破 坏,抗力会迅速降低。
在 1973年, Handy 发现湿陷性黄土含有少量的粘土矿物成份,而且在粘土矿物含量越高黄 土就不会发生湿陷。 小团粘土系统在干燥时是刚性的但当湿润时接触发生滑移。 主要的接触点因 此而移动以至于结构发生破环。 在大团粘土系统中没有结构性的破坏的发生但是也许有塑性变形 产生。 这一系统总体上前期边界接触关系表现出具有小范围内的开放性结构, 在初始的边界是固 定不变的, 但是在水和应力的作用下侧向局部范围发生出粘土颗粒边界接触点的移动。 初始的抗 破坏能力也许会由于少量的碳酸盐产生的附加刚度而被强化。 (Rogers 1994)
结果:在黄土区有大范围的侧向和垂直向的排水固结变异分化。
图 2:四种理想的边界接触系统 ; 棱角状的主要矿物颗粒的基本结构,加上(a ) 少量的粘土 (b ) 少量的碳酸盐 (c ) 大量的粘土 (d ) 大量的碳酸盐 (Rogers 1994)
图 3:四种理想接触关系模型的应力 -应变关系。碳酸盐约束关系主要是由小范 围内的约束决定,在极小的应变发生时应力会很快降低。大量粘土边界接触关 系可允许较大的应变。 (Roger, 1994)
排水固结原理
排水固结的本质归结为土由不稳定的颗粒堆积状态向稳定的堆积状态的转化。 这种变化是由 颗粒间特定的相互约束关系决定的, 但是如果含水量增高这种过程会被破坏。 这种转化可以被分 成四种情况(图 4) 。情况 I 和 II 表示饱和度低于 15%。在第一种情况中结合水增厚,在粘土颗 粒周围分散的结合水圈在没有自由水积累的情况下首先扩张。 伴随着粘土颗粒间的约束作用减小 粘土颗粒间的距离逐渐增大, 在孔隙间的松散水呈现湾液面, 此时附着力开始增长。 第二种情况 包括含有易溶胶体的溶液,结构性缺陷在毛细附着力达到最大时形成。饱和度在 15~18%的范围 内是典型的情况 III ,随着含水量的增长,粘土矿物成份水化溶解转移到凝结体中,颗粒的聚集 里降低。
图 4:黄土湿陷作用原理
黄土湿陷实验结果由三周试验或蒙特卡罗模拟法确定
沉积黄土的工程地质治理:
注射增加粘土含量
对于黄土可以运用孔隙注射粘土溶液的方法, 这种方法包含高渗透沉积, 并结合静力预压和 机械硬化的优点,经常采用膨润土悬浮液以提高粘土含量。
图 5:注射实验模型
地层加固的不同方法
机械压缩:在土层夯实后有时为更好地提高稳固性, 可以使用滚筒滚动有必要的话也可采用电动 滚筒对土层进行压缩。
石灰岩固化:由于石灰岩 Al 2O 3-和 SiO 2-成分发生反应,生成不容于水的石灰岩、铝酸盐、碳酸 盐、硅酸盐。这种组成在湿润条件甚至干燥条件下变得稳固。
加热操作:常用于黄土,顾名思义就是对黄土加热知道土干燥或者焦化。
但是必须认识到黄土一旦发生湿陷就无法恢复,所以治理措施必须预先完成。
Lommatzsch 黄土介绍
历史名城 Lommatzsch 坐落于德国萨克森州 Mei?en 附近,这里从十六世纪已开始酿造烈性 啤酒。贮藏室或者洞室地窖建造与建筑物地下 3.5-4.0m 的位置。建立于基岩上的圆角面可有效 防止坍塌的发生。 另外的一个疑问是没有人知道有多少个这样的洞穴存在于地下, 现今学者认为 至少有 85个这样的地窖洞室存在,总的长度达到了 2千米。
背景材料
Lommatzsch 属萨克森州中部黄土平原的一部分,地貌形态上地势平坦为主间或有平原丘陵 状。在更新统以上 15m 内是风成相沉积物。 Lommatzsch 周边的黄土十分典型,其颜色由明黄色 至黄褐色,该黄土未分层, 85%由粉土构成,粘土和砂含量很小,石灰岩成分总共占 10~15%。 Lommatzsch 以一座小山为特征, Lommatzsch 的中部位于这座山的东北侧, 此地也是一处泉水的 出露点。城镇礼堂和市场位于该地区,此地有很多地下地窖,其中有一部分是深度为 3.5到 8米 的多层地窖, 地窖的走廊通常不设支挡结构, 老旧毁坏的地窖通常被回填塞满, 但是洞室仍然保 留着。
第一次有记载的湿陷发生于 1666年,但是直到十九世纪湿陷情况加剧了,其原因是由于一
个中心饮用水供水设施修建,引发了灾难性后果(图 6) 。地窖破坏的主要原因是水管的缺陷, 除此之外还有废水排水管和屋面排水也是重要原因。原有供水系统在 1894年由现在建成的新的 中心高压水管替代,水管的主要材料是铸铁,但这种材料在变形和压力作用下很容易被破坏。 最典型的特征是发生在地表面的陷穴, 使得街道和建筑物发生损毁, 建筑物上的裂缝和建筑物的 倾斜可以得出破坏的初期程度。
图 6:湿陷迫使采取必要的支撑 (Lommatzsch 1926)
重建方法
在 1996年 02月 17日 3时“金太阳”饭店的客人们听到一声巨响,在靠近店门的墙上他们 发现有一条宽数公分的裂缝, 在饭店和隔壁地窖里都涌出黄色的泥浆。 在饭店的外面则有一个深 1.5米直径一米的大坑。
工程探明该建筑基础底部已经形成了一个底切凹槽, 重建工作中在基础安装了钢筋混凝土支 挡,用了 65立方米的高流动性和稳定性绝缘材料填充地窖。
图 7:由地下贮存的布袋引起的膨胀性破环
图 8:建筑物中心变形
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www.karl-heinz-hentschel.net/loess.html
www.wikipedia.org/wiki/L%C3%B6ss
范文三:关于沉积黄土的工程地质问题.doc
关于沉积黄土的工程地质问题
作者:苏珊?耶林 弗莱贝格工业大学
摘要:地球表面的大约百分之五的面积被黄土所覆盖。特别是在亚洲地区,许多城市都座落与黄土地区。在实践中遇到的沉积黄土的主要问题是由于加载和浸水引起的结构性塌陷。这一过程称为水固结作用。这是一个从开放的颗粒堆积状态到闭合的颗粒堆积状态的过渡。其中,这一过程取决于颗粒堆积的种类和现有成分,例如:石英、长石、云母。特别是粘土和碳酸盐的对于塌陷的烈度有着重要的决定作用。在土木工程中沉积黄土是一种特殊的工程地质问题土壤,有必要黄土塌陷的过程以防止结构性的崩塌。在自然含水条件下沉积黄土表现出很高的承载能力,但是这一能力会在饱和条件下立即丧失。由于人类对城市供水新技术的开发,这一过程的缺陷变得越来越突出。
关于黄土
定义
黄土是一种颗粒较细粉质的风成未固结的堆积物,通常是黄色或棕色包含细小的矿物颗粒由于风的搬运作用形成。这些颗粒比砂土颗粒细但是比粉土或粘土颗粒粗。平均的颗粒大小为0.02~0.06?。在世界上的一些地区沉积黄土在厚度上常有数米,地层稳定并且在顶土上常形成耕植土。是一种前冰川活动的产物。
结构
黄土主要由石英、长石、云母颗粒构成,颗粒角度呈现出小的抛光度和磨圆性。因为颗粒有棱角,黄土常能保持土坡的形状不坍塌很多年。黄土的这种特性称为垂直节理性,这一特性使得在黄土中营造黄土窑洞成为可能。尽管如此,水、风和地震活动对黄土的侵蚀作用还是非常巨大。 分布
黄土高原广泛分布于亚洲、欧洲、北美洲和南美洲部分地区,覆盖了大约10%的世界陆地面积,风成黄土的面积约占5%。例如在过去的二百四十万年里,中国的黄土堆积形成了黄土高原,这一区域的面积约有440.000??。黄土的厚度通常达到50-100m,尽管如此在西北部的半干旱的黄土高原发现了厚度超过300m的黄土。
欧洲分布地点:波兰;乌克兰地区,奥地利南部,奥地利北部,奥地利东南部的施蒂里亚等地。
德国分布地点:Jülicher B?rde, Zülpicher B?rde, K?lner Bucht, Ravensburger Hügelland,
Leipziger Tieflandsbucht, Oberlausitz, Lommatzscher Pflege, Thüringer Becken等地。
黄土地区对于农业经济有非常重要的意义。因为土壤微小的颗粒富含空气和植物生长所需的矿物成分。这种肥沃的土也被作为一种愈疗土在医药上应用。
分类
1. 黄土梯:垂直侵蚀的沟,状如楼梯。
2. 黄土井:环形的隔断. (图1)
3. 黄土桥:黄土井间的连接部分(图1)
图1:黄土侵蚀
形成
黄土在最后的冰河时代形成,那时巨大的冰川覆盖了地球表面的绝大部分。当气候转暖,温暖的气候使得冰盖融化并且产生水量巨大的峡谷河流和广阔的冲积淤泥平原。当这些平原干涸,强风把暴露于地表的沉积物吹走并且将更细小的矿物成分从洪积平原带到沿海地区也就形成了陡土坡,如果细粒继续堆积,更高的山丘形成了。通常若干沉积黄土层是沉积在其他黄土层顶上的,因为每个冰盖融化产生新的沉积黄土。
土力学特性
颗粒状态
湿陷土的结构是由开放性的,30μm粒径中等的棱角尖锐的颗粒组成,颗粒平均轴大约比例是8:5:2。开放性的结构是由于风成形成的,也正因此上覆土层土压力增长缓慢。颗粒间的接触常在上覆土层压力增长前就固定了。这些接触关系中一些交互接触颗粒起着更重要的作用。在黄土排水固结的过程中这些交互接触的颗粒的接触在整个黄土系统中是一个显著特色。
什么是排水固结,由于科学家使用俄文和英文对其定义,文字上的定义仍然有两种分歧。总的来说归结为“排水固结本质上是一种由开放的颗粒堆积状态转变为更紧密的颗粒堆积状态的过程”( Rogers 1994)是什么引起排水固结的,可以假定一种沉积黄土的模型,只由磨圆度差的石英和长石颗粒构成的随机开放结构,不含粘土,碳酸盐和其他矿物成分。这一理想的黄土结构模型是刚性的并具有膨胀性,由于石英——石英这种点接触不会被水削弱所以当加荷载和浸水时它不会湿陷。典型的黄土湿陷在这种特定的接触关系重建时发生。这种理想的石英——石英边界表面接触关系在湿陷性黄土中近乎不存在。两种重要的矿物成分对于接触关系重建有影响:粘土和碳酸盐。这些成分混合存在于大多数的沉积黄土中。
在图2中可以看出有下列四种重建模式:
(1) 小团粘土模式-少量的您图矿物存在于黄土系统当中,集中分布于主结构间的接触表面
上。
(2) 少量碳酸盐模式-接触点被少量的石灰胶体粘结产生刚性的结构,这一粘合力在小范围内
保持增长。
(3) 大量粘土模式-粘土填充大部分基本颗粒结构间的空隙并形成连续的土相。 (4) 大量碳酸盐模式-碳酸盐填充粒间空隙并且产生大范围的胶结现象。(Rogers 1994) 在图3中所示四种理想抗剪力黄土系统。应力交点对应着破坏点。曲线3b说明原始结构在小范
围内的抗破环力是很高的,但是它是刚性结构所以当其一旦发生破环抗剪能力会迅速降低。曲线3c典型地说明大范围内粘土矿物对于系统的抗破坏能力有着很强的影响,即使开始发生破坏时抗破坏能力也不会显著降低。少量粘土模式对应的曲线3a可能是最有趣的,如果粘土的量很小在系统内的小范围内的抗破坏能力还是相当高的。粘土在颗粒接触关系重建时在小范围内形变增大引起抗破坏能力缓慢降低,但是对于少量碳酸盐模式下就不同了,曲线3b和3d形状上没有显著差别,但是大量碳酸盐模式的前期抗力较大并且刚性特性可以抵抗小的形变,但是一旦失效破坏,抗力会迅速降低。
在1973年,Handy发现湿陷性黄土含有少量的粘土矿物成份,而且在粘土矿物含量越高黄土就不会发生湿陷。小团粘土系统在干燥时是刚性的但当湿润时接触发生滑移。主要的接触点因此而移动以至于结构发生破环。在大团粘土系统中没有结构性的破坏的发生但是也许有塑性变形产生。这一系统总体上前期边界接触关系表现出具有小范围内的开放性结构,在初始的边界是固定不变的,但是在水和应力的作用下侧向局部范围发生出粘土颗粒边界接触点的移动。初始的抗破坏能力也许会由于少量的碳酸盐产生的附加刚度而被强化。(Rogers 1994)
结果:在黄土区有大范围的侧向和垂直向的排水固结变异分化。
图2:四种理想的边界接触系统;棱角状的主要矿物颗粒的基本结构~加上,a,少量的粘土,b,少量的碳酸盐,c,大量的粘土,d,大量的碳酸盐,Rogers 1994,
图3:四种理想接触关系模型的应力-应变关系。碳酸盐约束关系主要是由小范围内的约束决定~在极小的应变发生时应力会很快降低。大量粘土边界接触关系可允许较大的应变。(Roger, 1994)
排水固结原理
排水固结的本质归结为土由不稳定的颗粒堆积状态向稳定的堆积状态的转化。这种变化是由颗粒间特定的相互约束关系决定的,但是如果含水量增高这种过程会被破坏。这种转化可以被分成四种情况(图4)。情况I和II表示饱和度低于15%。在第一种情况中结合水增厚,在粘土颗粒周围分散的结合水圈在没有自由水积累的情况下首先扩张。伴随着粘土颗粒间的约束作用减小粘土颗粒间的距离逐渐增大,在孔隙间的松散水呈现湾液面,此时附着力开始增长。第二种情况包括含有易溶胶体的溶液,结构性缺陷在毛细附着力达到最大时形成。饱和度在15~18%的范围内是典型的情况III,随着含水量的增长,粘土矿物成份水化溶解转移到凝结体中,颗粒的聚集里降低。
图4:黄土湿陷作用原理
黄土湿陷实验结果由三周试验或蒙特卡罗模拟法确定
沉积黄土的工程地质治理:
注射增加粘土含量
对于黄土可以运用孔隙注射粘土溶液的方法,这种方法包含高渗透沉积,并结合静力预压和机械硬化的优点,经常采用膨润土悬浮液以提高粘土含量。
图5:注射实验模型
地层加固的不同方法
机械压缩:在土层夯实后有时为更好地提高稳固性,可以使用滚筒滚动有必要的话也可采用电动滚筒对土层进行压缩。
--石灰岩固化:由于石灰岩AlO和SiO成分发生反应,生成不容于水的石灰岩、铝酸盐、碳酸232
盐、硅酸盐。这种组成在湿润条件甚至干燥条件下变得稳固。
加热操作:常用于黄土,顾名思义就是对黄土加热知道土干燥或者焦化。
但是必须认识到黄土一旦发生湿陷就无法恢复,所以治理措施必须预先完成。
Lommatzsch黄土介绍
历史名城Lommatzsch坐落于德国萨克森州Mei?en附近,这里从十六世纪已开始酿造烈性啤酒。贮藏室或者洞室地窖建造与建筑物地下3.5-4.0m的位置。建立于基岩上的圆角面可有效防止坍塌的发生。另外的一个疑问是没有人知道有多少个这样的洞穴存在于地下,现今学者认为至少有85个这样的地窖洞室存在,总的长度达到了2千米。
背景材料
Lommatzsch属萨克森州中部黄土平原的一部分,地貌形态上地势平坦为主间或有平原丘陵状。在更新统以上15m内是风成相沉积物。Lommatzsch周边的黄土十分典型,其颜色由明黄色至黄褐色,该黄土未分层,85%由粉土构成,粘土和砂含量很小,石灰岩成分总共占10~15%。 Lommatzsch以一座小山为特征,Lommatzsch的中部位于这座山的东北侧,此地也是一处泉水的出露点。城镇礼堂和市场位于该地区,此地有很多地下地窖,其中有一部分是深度为3.5到8米的多层地窖,地窖的走廊通常不设支挡结构,老旧毁坏的地窖通常被回填塞满,但是洞室仍然保留着。
第一次有记载的湿陷发生于1666年,但是直到十九世纪湿陷情况加剧了,其原因是由于一
个中心饮用水供水设施修建,引发了灾难性后果(图6)。地窖破坏的主要原因是水管的缺陷,除此之外还有废水排水管和屋面排水也是重要原因。原有供水系统在1894年由现在建成的新的中心高压水管替代,水管的主要材料是铸铁,但这种材料在变形和压力作用下很容易被破坏。 最典型的特征是发生在地表面的陷穴,使得街道和建筑物发生损毁,建筑物上的裂缝和建筑物的倾斜可以得出破坏的初期程度。
图6:湿陷迫使采取必要的支撑(Lommatzsch 1926)
重建方法
在1996年02月17日3时“金太阳”饭店的客人们听到一声巨响,在靠近店门的墙上他们发现有一条宽数公分的裂缝,在饭店和隔壁地窖里都涌出黄色的泥浆。在饭店的外面则有一个深1.5米直径一米的大坑。
工程探明该建筑基础底部已经形成了一个底切凹槽,重建工作中在基础安装了钢筋混凝土支挡,用了65立方米的高流动性和稳定性绝缘材料填充地窖。
图7:由地下贮存的布袋引起的膨胀性破环
图8:建筑物中心变形
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范文四:黄土的工程地质特性研究
第5卷第1期2005年3月
安徽水利水电职业技术学院学报
JOURNALOFANHUITECHNICALCOLLEGEOFWATERRESOURCESANDHYDROELECTRICPOWER
.5No.1VolMar.2005
黄土的工程地质特性研究
王国强,(合肥工业大学)
摘 要:对我国黄土地层的划分、阐述黄土的湿陷性评价方法和湿陷性黄土地基处理的各种方法,。关键词:黄土;;;湿陷性评价;地基处理
中图分类号:X:A 文章编号:167126221(2005)0120001204
Astudyonspecialengineeringgeologicalcharacteristicsofloess
WANGGuo2qiang, LIUHong2jie, WUDao2xiang
(SchoolofResourcesandEnvironment,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)
Abstract:Thispaperdiscussesthedemarcationoftheloessgeologicstrataandthesubsidencemechanizationofloess,expoundstheevaluationmethodsofthesubsidenceofloessandkindsofthetreatingmethodsofsubsidenceloessground,andputsforwardtheinvestigativepointandthedirectioninthefutureresearchintheengineeringgeologyofloess.Keywords:loess;
subsidence;
specialengineeringgeologicalcharacteristics;
evaluationofthe
subsidence;groundtreatment
黄土是在第四纪干旱、半干旱的气候环境下形成的一种特殊的陆相松散堆积物。其容重小以粉土颗
粒为主要组成成分,富含碳酸钙,颜色一般为黄色或褐黄色,无层理,孔隙度高,发育大孔隙和垂直节理,在我国的分布面积约为64万km2,其中具有湿陷性的黄土分布面积达45万km2,因此进行深入研究黄土的工程特性具有重要的意义。
1 黄土的地层划分
我国黄河中游地区,黄土层厚度达80~120m,在一些区域最厚可达175m。黄土地层中常具有红褐色或灰棕色的古土壤,它是黄土在两个干旱其间堆积减缓或间歇(湿润期)时表层土壤化的产物,这是划分黄土地层的一个重要标记,如表1所列。
黄土的工程性质与其成因、时代和埋藏深度有关[1]。老黄土具有良好的工程性质,土质致密、低压缩性,强度高,无湿陷性。新黄土有湿陷性或强烈湿陷性,强度一般,分布广泛。新近堆积黄土土质疏松,压
收稿日期:2003211224;修回日期:2004210220
作者简介:王国强(1951-),男,安徽泾县人,教授,硕士生导师.
2 安徽水利水电职业技术学院学报 第5卷
缩性高,湿陷性变化范围大,强度低。
表1 我国黄土地层的划分
地质时代
全新世Q4
近期Q24早期Q14
——马兰黄土离石黄土午城黄土
新黄土
湿陷性黄土
地 层 名 称
新近堆积黄土
强湿陷性黄土
晚更新世Q3中更新世Q2早更新世Q1
非()2 土的湿陷机理分析
2.1,划分为超细孔隙、细孔隙和大孔隙。大孔隙是肉眼可
见的孔隙,占孔隙总体积的6%~18%,因动植物活动时挤压孔壁而相对密实稳定[2]。超细孔隙和细孔隙可合为粒间孔隙,其直径略大于土的颗粒或集合体的直径,是黄土孔隙率的主体部分,约占孔隙总体积的80%。发生湿陷时结构破坏,粒间孔隙则改变、减少甚至趋于消逝,于是黄土中大孔隙的存在就给土颗粒位移创造了条件[3,4]。由此说明黄土的强度与土体结构特征是有着密切的关系,黄土遇水湿陷时结构状态的调整与湿陷变形同时发生,而粒间孔隙的破坏和土颗粒的滑移是黄土发生湿陷的主要过程。2.2 黄土的颗粒组成
我国湿陷性黄土的颗粒以粉粒(d=0.05mm~0.005mm)为主,其含量可达50%~75%,其次为砂粒(>0.05mm)和黏粒(<>
黄土中原生碎屑沉积物因钙的淋滤微弱而具碳酸盐化作用,但由于微晶碳酸盐胶结的微细原生粘粒物质成土作用弱,只具有极弱的胶结作用,并不能对黄土单矿物颗粒起到胶结作用。黄土浸水后水溶解了碳酸盐微晶胶结物使其成为水胶溶液,这种水胶溶液在土体破坏过程中加速颗粒滑移、塌落,使胶结作用力迅速消失,土结构骨架遭到破坏而产生湿陷。若黄土中钙质的含量增多(形成钙质结核),则使以微晶碳酸盐为主的胶结加强了颗粒间的连接,从而使黄土的湿陷性降低。
3 黄土的湿陷性评价
3.1 湿陷性黄土的评价
湿陷性黄土在一定压力作用下,沉降稳定后浸水饱和而产生的附加下沉,即为湿陷变形。常用湿陷系数?s来定量判定黄土湿陷性。湿陷系数?s值等于或大于0.015的黄土为湿陷性黄土,小于0.015的黄土为非湿陷性黄土。按照湿陷系数?s可把湿陷性黄土分为3类:弱湿陷性黄土(?s<0.03)、中等湿陷性黄土(0.03≤?s≤0.07)和强湿陷性黄土(?s>0.07)。3.2 自重湿陷性黄土的评价
湿陷性黄土按照湿陷形式可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。前者是指在上覆土自重压力下受水浸湿发生湿陷的湿陷性黄土;后者是指只有在大于上覆土自重压力下(包括附加压力和土自重
第1期 王国强,等:黄土的工程地质特性研究3
压力)受水浸湿才发生湿陷的湿陷性黄土。
自重湿陷系数?zs主要用于计算自重湿陷量,表示单位体积土样在其深度受上覆土层和自重压力作用下所产生的湿陷变形。计算自重湿陷量?zs按自重湿陷系数?zs计算而得,即:
n
?zs=Β0∑?zsihi
i=1
其中,?zsi为第i层土在上覆土得饱和(Sr>0.85)自重压力下的自重湿陷系数;hi为第i层土的厚度,cm;Β0为修正系数。
实测?zs是在现场采用试坑浸水试验确定的,、试坑面积、浸水时间、浸水量等因素有关。计算相同的场地内,、,则实测大;反之,则小。
建筑场地的自重湿陷类型,应按实测?zs?zs判定,与基础埋深无关。当实测或计算?zs≤7cm时,,?zs>7cm时,为自重湿陷性黄土场地。3.3 s为其在基础载荷作用下浸水饱和产生湿陷变形的计算值,自基础底面算起,:
n
?s=
∑Β?h
si
i=1
i
其中,?si为第i层土的湿陷系数;hi为第i层土的厚度,cm;Β为修正系数。
湿陷性黄土地基的湿陷等级,是根据基底下各土层累计的总湿?s和计算自重湿陷量?zs的大小等因素按表2而判定。
表2 湿陷性黄土地基的湿陷等级
湿陷量 cm?s≤30
30<>
非自重湿陷性场地
?zs≤7 (轻微) (中等)
—
7<>
自重湿陷性场地
?zs>35— (严重) (很严重)
(中等) 或 (严重)
?s>60
注:①当30<><><><30时,可判为 级;②当?s≥50,?zs≥30时,可判为="">30时,可判为>
4 湿陷性黄土地基处理方法
建在湿陷性黄土地基上的建筑物常常会由地下水变化、降水入渗或生活废水排泄不当等因素,引起
湿陷性黄土地基的沉陷,导致建筑物破坏,故常采用表3中的处理方法。
表3 湿陷性黄土地基的处理方法
地基类型高湿度湿陷性黄土地基低湿度湿陷性黄土地基
处理目的提高地基承载力减少有害压缩变形消除或减少湿陷变形
处 理 深 度
浅砂石垫层法
中
砂石垫层+箱基或筏基
振冲碎石桩强夯法强夯法+挤密法
深混凝土灌注桩钢筋混凝土预制桩素土或灰土挤密桩孔内深层强夯挤密桩
灰土垫层法
4 安徽水利水电职业技术学院学报 第5卷
5 结束语
关于湿陷性黄土遇水湿陷的特性和形成机理,前人的研究已有大量理论性及应用性的研究成果:由于湿陷性黄土的工程地质性质特殊、复杂,仍有许多需要深入研究和探索的课题:如黄土微结构特性的研究,它对于解释黄土湿陷性的机理具有重要意义,虽然随着科技进步,近年来出现了新的理论和测试方法,但由于其本身问题的复杂性,仍然缺少全面合理的数理描述;,因远比浅层黄土复杂,的有效途径,研究第四纪以来我国黄土的形成及其对我国气候、生态环境的影响,。
[参 考 文 献]
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(责任编辑 李宗尧)
喜 讯
在中国高等学校自然科学学报研究会2004年高职高专学报评比中,我院学报荣获优秀学报一等奖,胡进荣获优秀编辑工作者称号。
范文五:柳河地区黄土的工程地质性状问题及处理
柳河地区黄土的工程地质性状问题及处理
2000年第4期(第18卷总189期)东北水利水电 [文章编号]10o2—0624(2?0)04—0039-02 柳河地区黄土的工程地质性状问题及处理 ?
3f一'
L,
栾德程,宣树学,卢秀凤
(东北勘测设计研究院,吉林长春13002]) [摘要]柳河地区黄土具有湿陷,崩解,渗透,昔仕等不良工程地质tIt状.渌凡研究黄
土的鲒构特性和
无然建筑材料覆脯止水库,坝工程地质?睦状,为谊区修建水库利用黄土作曲地基,区渗漏提供依据
[关键词].兰兰;三兰苎生兰苎
[中国分类号]P642131
柳河
文献标识码]B
l概况
柳河是辽河下游最大的支流,是辽河流域水土 流失较严重的地区.区内在新开河以北至养蓄牧河 以南地区,属微波状起伏的黄土台地地貌区.冲淘十 分发育,多呈树枝状,将台地切割得支离破碎,至使 柳河向辽河渲泄大量泥沙.使辽河下游成为地上河. 为了解决柳河流域水土流失治理及防治辽柳河下游 淤积问题,在柳河的支流或冲沟中拟建嘎海山,五家 子,格尔林,坤地,石灰窑等几座中小型水库及若干 个小型水库(拟建坝型均为土坝),其中多数水库将
黄土作为地基和天然建筑材料.由于黄土具有湿陷, 崩解,渗透,潜蚀等不良工程地质性状.因此.深入研 究其结构特征和工程地质性状是十分重要的 2黄土的分布规律和野外特征
柳河地区黄土主要形成于上更新统(),广泛 分布于用德海水库以上的各支流沿岸及其河谷两 侧,主要由风积黄土状壤土组成,厚度一般为10, 25cm,下伏下更新统(Q)灰白色砂,砂砾石或红色 粘土央砾石,中更新统(Q)钙质胶结砾石及棕红色 粘土夹砾石层,颜色多为灰黄色,土质均匀,较松散, 大孔隙发育,见有虫L.在黄土形成的陡壁或陡岸, 毛z,fi{
见有垂直节理,局部地段见有微层理.层中含有钙质 结核,其大小不等,局部地带成群或成带状分布 3黄土的工程性状
在土的 黄土主要由小于0.2mm的颗粒组成.
颗粒组成中,以极细砂粒(O.01,0.005mm)含量昂 高.占368,61.5,其次是粉粒(0.05,0.005 mil1)古量占6.8,39.4,粘粒(粒径小于O.005 mm)含量占11.1,2J.6.细砂含量最低,占 2.2,3.4,见表1,岩性定名为黄土状壤土
根据动力触探试验,允许承载力为2.33, 300kPa.
从上可以看出.天然状态下,黄土具有塑性较 弱,含水量较小.密度较低,L隙较大,透水性较强. 强度较高等特征.
黄土的湿陷性在平面和空间上各有其特征.据 现场试坑浸人试验,当湿睹性黄土厚度大于10rll 时,坑底铺5,10cFo厚的砂,向坑内注水井绦持30
cm的水头,至湿睹稳定为止,结果发现,湿睹变形在 坑中问自重湿睹最大,向外逐渐减小.一般10,15 Ill_趋于正常.另据对不同深度的原状土样进行室内 试验,采用0.3MPa荷重下试验,统计结果见表2 表1黄土试验成果表
天然含水量相对密度于密度孔隙比液塑性指越札蚰蛐监匝缩系敫誊遗系数
试验
t)m)l,.tJc:Lk}a).:【)(mPa.)1l.cm—
[收稿日期31999-12-1
东北水利水电2000年第4期(第18卷总189期) 表2黄土湿陷性统计表
取样罐度【m)0.0,2025,3035,505.0,70 湿陷系数平均值0.05420.1J4110.028100217
由表2可看出,黄土在垂直方向上变化趋势是 随深度的增加,湿陷系数逐渐减小,当湿陷系数小于 0.O15时,一般定为非湿陷性黄土.
4主要工程地质问题及处理意见
4.1湿陷性问题
柳河地区水土流失治理筑坝类型均为土坝,且 多在挪河支流或冲沟中.黄土坝基湿陷变形一般有 以下几种情形:?坝基和坝肩均为湿陷性黄土(如五 家子水库);?坝肩为湿陷性黄土,坝基为非湿陷性 黄土或砂砾石层(如坤地水库);?一岸为湿陷性黄 土,另一岸为基岩(如格尔林水库)
根据湿陷性判定标准.其湿陷系数在0.015, 0.07之间,属中等湿陷性黄土,且黄土在该区分布厚 度不大,一般为1O,25m,易于处理,传统方法有? 挖除法:以人工或机械手段,开挖并除掉湿陷性黄
土,达到消除坝基不稳定变形的目的?预浸水处理 :在坝体填筑前,法预先向坝基湿陷性黄土中灌水浸 泡,使土体预先产生自重湿陷,以消除黄土的湿陷 性,之后施以强夯?强夯法:将80,250kN重锤 提高8,25m自由下落,用其冲击能力改变地基性 质,降低压缩性和消除湿陷性.
4.2水库与埙区渗漏
挪河黄土地区水库渗漏主要是黄土层下'的砂砾 石层,其次是河流的冲积砂砾石层,对于均质黄土 层,由于河流深切,两岸地下水位低,在分水岭单薄, 渗径短的地段,通过黄土的孔隙,裂踪,可能形成邻 谷渗漏.
挪河地区筑坝的目的主要是治理水土流失,该 区水库渗漏可从两方面分析,一方面从地表水分析, 水库的库底和库周渗漏可算水库水头损失;另一方
可认为水的一部分蓄于 面从水资源利用角度考虑,
库内,另一部分贮于黄土的地层中.它们可以通过引 水工程取用.从后者看,黄土地区水库的库底和库周 渗漏只改变了水的蓄水方式,可以不算渗褊损失.一 般可不用防渗处理.如果库底渗漏量大,不能发挥蓄 水效应时.应进行防渗处理.方法是在库区进行铺 盖,填塞裂隙,再进行辗压夯实
邻各渗漏通过黄土地区的渗褊量不大,但长期 浸渗邻谷黄土层中的土颗粒,在水动力作用下.逐渐 被水带走,而发生管诵.或者邻谷斜坡黄土在渗褊水 流的作用下.产生滑坡防渗处理措施:首先清基,然 后用粘土铺包夯填,最后砌片石防冲层
坝区渗漏主要是在河漫滩和低阶地的砂砾石构 成坝基渗漏,处于坝肩的砂砾石层将构成绕坝渗漏
通道,防渗处理措施:?开挖槽,构造防渗墙.截断渗 漏通道;?灌浆防渗.对于砂砾石层埋藏深,厚度大, 不易开挖的情况,可用于粘土浆液进行灌浆处理. 5结语
柳河地区黄土是柳河水土流失治理及辽柳河下 游防淤重点研究的问题,通过对几座拟建水库的勘 查,以及对该区已建水库的了解,得到以下几方面的 认识:
(1)黄土在该区分布厚度10,25rn,岩性为黄 土状壤土.且具中等湿陷性.作为坝基,应对其湿陷 性进行处理
(2)黄土的湿陷性变形在平面上以中间自重沉 陷量最大,在垂直方向上,随着深度的增加.湿陷系 数逐渐变小.
(3)从水资源综合利用角度看.库底和库周渗漏 可以不算水头损失,渗入并贮存于黄土层中的水可 通过取水工程取用,以改善本区工农业生产条件. (4)黄土作为天然建筑材料,在拟建的水库坝址 附近,储量丰富,易开采,其指标除水溶盐含量偏大, 天然含水量和塑性指数偏小外,其它指标均满足筑 坝要求
作者简介]栾德程(】962).男+吉抹省长春市人,学士.工 程师
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0.03)、中等湿陷性黄土(0.03≤?s≤0.07)和强湿陷性黄土(?s>