黃土狀壓實填土壓縮和強度特性研究.pdf

1、隨著改革開放和現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進，我國國民經(jīng)濟取得了長足發(fā)展，社會化進程不斷加快。然而建設(shè)規(guī)模的不斷擴大、城市化進程的加快與自然環(huán)境產(chǎn)生了不可避免的沖突，自然環(huán)境惡化、建設(shè)用地緊張的問題日益突出。開山填洼，人工造地的辦法很好地解決了建設(shè)用地緊張的問題。我國西北、華北等地多數(shù)位于黃土高原地帶，山多川少，特殊的地形地貌導(dǎo)致了在經(jīng)濟建設(shè)加快發(fā)展過程中大量填方工程的出現(xiàn)，其中不乏高填方工程。此外，我國西北、華北又廣泛分布黃土。黃土工程性質(zhì)特殊

2、，具有水敏性。因此，針對黃土狀填土的巖土工程問題逐漸凸顯。長期以來，人們對原狀黃土各種工程性質(zhì)的研究已較為深入，但基于黃土狀填土的強度、變形或結(jié)構(gòu)方面的系統(tǒng)研究尚不多見。
　　未經(jīng)處理或處理不當(dāng)?shù)奶钔恋鼗嬖诓痪鶆虺两祷蜻^大沉降等問題，從而引發(fā)上部建（構(gòu)）筑物開裂、下沉等各種工程事故。壓實或強夯是目前處理填土地基最常用的手段，而填土的壓實質(zhì)量直接影響地基或路基的工程質(zhì)量，保證填土壓實質(zhì)量是保證回填地基或路基工程質(zhì)量的關(guān)鍵，也

3、是保證上層建筑正常使用的重要環(huán)節(jié)。本文以國家自然科學(xué)基金項目“壓實黃土的強度與變形影響因素及其微觀結(jié)構(gòu)研究(51178287)”為依托，對取自山西呂梁和太原兩地的典型黃土作為填土材料的工程力學(xué)性質(zhì)進行了分析研究，揭示了黃土的壓實特性以及壓實黃土強度、變形等變化規(guī)律受擊實含水量、擊實能以及浸水等因素的影響，結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)分析，將內(nèi)、外因素相結(jié)合對壓實黃土及其受浸水影響表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)進行了合理的解釋。為進一步深入認(rèn)識和把握壓實黃土的工程力學(xué)特

4、性，正確評價壓實黃土的性狀及壓實質(zhì)量，有效開展黃土地區(qū)回填工程設(shè)計、施工質(zhì)量控制等提供相關(guān)的物理性質(zhì)指標(biāo)和參數(shù)，具有一定的現(xiàn)實意義。主要成果整理如下:
　　(1)壓實黃土試樣在不浸水時的各項強度指標(biāo)均隨擊實含水量增加而降低，壓縮變形隨擊實含水量增加而增大。不同含水量范圍內(nèi)壓實黃土的強度和變形隨擊實能增長的變化規(guī)律不同，在最優(yōu)含水量干側(cè)壓實的土體，擁有較高的強度指標(biāo)和較低的壓縮性。但擊實的作用使得壓實黃土的結(jié)構(gòu)不同于原狀黃土，在較小

5、含水量擊實下的土體更具親水性，從而造成遇水軟化、強度降低等現(xiàn)象。相對而言，在最優(yōu)含水量濕側(cè)壓實的土體受浸水的影響要小。
　　(2)多因素影響分析結(jié)果表明初始含水量對壓實黃土壓縮應(yīng)變的影響最大，而垂直壓力對抗剪強度的影響最大;單因素分析時擊實能的影響相對較小，但擊實能與含水量的交互作用對于壓實黃土壓縮變形和抗剪強度的影響都比較大。
　　(3)當(dāng)壓力不超過400kPa時，壓實黃土的εs-p關(guān)系可用雙曲線模型擬合，但對于較大壓力范

6、圍內(nèi)壓實黃土的εs-p關(guān)系采用冪函數(shù)模型擬合更符合實際。在冪函數(shù)擬合基礎(chǔ)上，提出了采用改進的割線模量法計算填土地基沉降量公式，并結(jié)合工程實例進行了驗證。
　　(4)相同擊實能作用下，壓實黃土試樣的主應(yīng)力差-軸向應(yīng)變關(guān)系隨初始含水量的增加呈現(xiàn)由應(yīng)變軟化—弱應(yīng)變硬化—強應(yīng)變硬化的變化趨勢?？蓪⒆顑?yōu)含水量作為區(qū)分壓實黃土試樣應(yīng)變軟化和應(yīng)變硬化的分界含水量。
　　(5)壓實黃土的微結(jié)構(gòu)類型為團粒體結(jié)構(gòu)，基本單元體以團粒為主，孔隙主要

7、包括團粒間孔隙和團粒內(nèi)孔隙兩種。相同擊實能作用下的壓實黃土其結(jié)構(gòu)形式隨初始含水量由小到大變化呈現(xiàn)由松散到密實，由無序的粒間排列到有序的粒間排列，由各向同性到各向異性的變化過程。
　　(6)對于黃土這種對水具有特殊敏感性的典型細(xì)粒土，壓實過程中對其含水量的控制尤為重要。在保證壓實度達到要求的前提下，可同時采用空氣體積率作為黃土狀填土壓實質(zhì)量控制指標(biāo)。空氣體積率的控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)結(jié)合具體壓實土樣的室內(nèi)擊實試驗來制定，一般以不超過10％為佳。