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黄土湿陷对渗透系数影响的试验研究

中国公路学报 2017年第6期30卷 198-208,222页

作者：李喜安洪勃李林翠王力长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

针对湿陷性黄土地区工程建设中常常遇到"渗透-湿陷-渗透"这一反复发生的复杂过程所带来的一系列工程问题,开展了黄土湿陷后渗透性试验研究。基于室内湿陷渗透试验,结合扫描电子显微镜(SEM)和图像处理软件(IPP)分析等手段,通过试验对比... 详细信息

针对湿陷性黄土地区工程建设中常常遇到"渗透-湿陷-渗透"这一反复发生的复杂过程所带来的一系列工程问题,开展了黄土湿陷后渗透性试验研究。基于室内湿陷渗透试验,结合扫描电子显微镜(SEM)和图像处理软件(IPP)分析等手段,通过试验对比研究了黄土湿陷前后土体的渗透系数、微结构、孔隙大小分布、孔隙形状及连通性的变化,以揭示黄土湿陷对其渗透性的影响规律及其微观机理。结果表明:渗透过程和湿陷过程相互影响,黄土的多孔结构是影响渗透性及湿陷性的主要内因;湿陷后黄土较原状黄土的渗透性明显变差,原状黄土多孔结构遭到破坏,颗粒接触方式有所变化,使得颗粒排列变密实,且孔隙连通性降低,从而导致渗透系数明显下降(为原状黄土的25%~33%);土的结构和构造、可溶盐的溶解和土中胶结物的溃散、土中孔隙的大小与数量以及连通性变化是黄土湿陷对渗透性影响的重要因素,多因素共同作用使得湿陷后土体渗透系数降低;试验结果可为湿陷性黄土地区的工程设计与施工提供可借鉴的基础理论依据。

关键词：道路工程黄土湿陷湿陷渗透试验渗透系数可溶盐多孔结构

黄土地层的湿陷变形对隧洞围岩与衬砌相互作用影响研究

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黄土地层的湿陷变形对隧洞围岩与衬砌相互作用影响研究

作者：高梦洁西安理工大学

学位级别：硕士

由于黄土具有的大孔性、结构性以及遇水强度骤降、变形突增的水敏性,使得黄土具有强烈的湿陷性,因而在黄土地区常常会发生多种遇水导致的工程灾害。引汉济渭二期工程线路大约有1/4穿行于湿陷性黄土地层,黄土的湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级,对工... 详细信息

由于黄土具有的大孔性、结构性以及遇水强度骤降、变形突增的水敏性,使得黄土具有强烈的湿陷性,因而在黄土地区常常会发生多种遇水导致的工程灾害。引汉济渭二期工程线路大约有1/4穿行于湿陷性黄土地层,黄土的湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级,对工程建设有不利影响。在黄土湿陷性评价以及输水隧洞地基处理方面前人得到了很多成果,但黄土地层的不均匀性和隧洞工程长距离线性的特点,需要不断提高湿陷性评价方法以及地基处理方法的适用性。本文依托引汉济渭二期北干线咸阳塬隧洞工程以及西安一现场试坑浸水试验,采用数值模拟手段,对原状黄土场地和既有隧洞(不同埋深)黄土场地的渗水特性进行分析;根据咸阳塬隧洞工程特点建立不同土层、不同埋深的三种工况,在考虑地表浸水的情况下,建立各工况下的黄土湿陷变形数值分析模型,对浸水过程中隧洞围岩与衬砌结构的相互影响进行分析;并采用混凝土换填法将隧洞基底以下土层进行不同深度的换填处理,对处理前后的衬砌结构变形与内力变化进行分析。本文的主要研究成果如下:(1)对咸阳塬沿线五段隧洞所处场地地层的湿陷性进行分析,得到各段的湿陷性等级。其中三段隧洞洞底的地基具有明显湿陷性:B1+300～B9+948段隧洞埋深一般为5m～10m,地基湿陷性等级以Ⅲ级为主,局部Ⅱ级;B9+948～B1 2+248段隧洞埋深一般为12m～20m,地基湿陷性等级为Ⅱ～Ⅲ级;B25+805～B33+837段的隧洞埋深一般为6m～13m,洞底地基湿陷等级为Ⅲ级。(2)以现场浸水试验结果为基础,采用数值模拟手段,在模型反算的基础上,分析有无隧洞工况下水分入渗特征,并深入讨论了隧洞埋深和地层组合对隧洞周边水分运移场的影响规律:隧洞的存在会增大洞身两侧土体中水分的渗透速率;隧洞埋深越大,水分入渗扩散范围越大;土层渗透系数不同,水分在竖直和水平方向的入渗速率也不相同,因此不同地层组合下得到的浸润区域有着明显差异。(3)依据咸阳塬隧洞工程信息以及前文得到的地表渗水情况下咸阳塬隧洞黄土场地的饱和区域,建立既有隧洞条件下黄土地层湿陷的数值分析模型,给出了两种不同地层分布的隧洞基底竖向压力分布函数:研究不同湿陷等级、不同埋深、不同地层组合工况下地表沉降、隧洞基底以及衬砌结构的变形与内力变化规律,揭示了湿陷等级、隧洞埋深和地层组合下隧洞和周边土体的相互作用特征;以关键部位的变形增量、不均匀变形等特征指标,描述黄土遇水湿陷过程中隧洞结构的结构破坏机理。整体上衬砌结构最大沉降变形位置在拱脚处,湿陷过程中拱脚处黄土饱和但仰拱中心处未饱和情况下产生的不均匀沉降最易导致衬砌结构破坏。在整个湿陷过程中湿陷前后内力变化量最大的位置在仰拱和拱脚部位,拱顶位置在湿陷过程始终受拉,应重点关注,避免发生拉裂破坏。(4)基于上述黄土地层湿陷条件下隧洞衬砌结构变形与内力分析,使用混凝土垫层换填的方法进行地基处理,并建立数值模型进行模拟,对换填前后特征点位移以及隧洞内力变化进行分析。换填后三个工况拱顶拉应力达到混凝土极限抗拉强度时的湿陷深度分别为15m左右、10m左右、12m左右。使用换填法处理基底后,会致使拱顶位置处的拉应力在湿陷过程中增大,因此应该注意拱顶处的内力变化。

关键词：黄土隧洞黄土湿陷入渗特性地基处理

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计算黄土卸荷湿陷量的模量折减法研究

岩石力学与工程学报 2021年第7期40卷 1473-1483页

作者：金鑫王铁行张玉张猛西安工业大学建筑工程学院陕西西安710021 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室陕西西安710048

黄土卸荷湿陷现象普遍存在于湿陷性黄土场地试坑和桩间土浸水等工况中,探究卸荷湿陷影响下的黄土湿陷量计算方法对于在保证黄土工程稳定安全的前提下,提高设计合理性、节约资金具有重要意义。为实现黄土卸荷湿陷量的快速计算分析,首先... 详细信息

黄土卸荷湿陷现象普遍存在于湿陷性黄土场地试坑和桩间土浸水等工况中,探究卸荷湿陷影响下的黄土湿陷量计算方法对于在保证黄土工程稳定安全的前提下,提高设计合理性、节约资金具有重要意义。为实现黄土卸荷湿陷量的快速计算分析,首先根据黄土恒载湿陷试验结果进行反算分析,利用黄土遇水后变形模量降低的特性,建立恒载条件下黄土湿陷系数与模量折减系数的对应关系。进一步对卸荷湿陷试验结果进行反算分析,建立卸荷条件下黄土卸荷湿陷系数与模量折减系数的对应关系。根据湿陷系数与卸荷湿陷系数的相关关系得到计算黄土卸荷湿陷量的模量折减法。然后利用黄土卸荷湿陷系数与模量折减系数在卸荷量为零时可退化至恒载湿陷条件下的对应关系,对模量折减法的合理性进行退化验证。并将其用于桩间黄土湿陷时的桩侧负摩阻力计算以验证可靠性。研究成果为黄土卸荷湿陷变形分析提供了便捷途径,并对湿陷性评价体系进行一定的补足和验证。

关键词：土力学黄土湿陷卸荷作用模量折减卸荷湿陷量

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卸荷条件下黄土湿陷系数的计算方法及验证

岩土工程学报 2019年第10期41卷 1959-1966页

作者：金鑫王铁行赵再昆罗扬西安建筑科技大学土木工程学院

自重湿陷性黄土场地桩间土在浸水作用下存在卸荷与湿陷的伴生过程,考虑卸荷作用的黄土湿陷变形还难以计算。首先探讨了卸荷湿陷与传统湿陷的差异性,分析了湿陷完成比、卸荷应力比等因素对黄土卸荷湿陷变形的影响,然后考虑各影响因素进... 详细信息

自重湿陷性黄土场地桩间土在浸水作用下存在卸荷与湿陷的伴生过程,考虑卸荷作用的黄土湿陷变形还难以计算。首先探讨了卸荷湿陷与传统湿陷的差异性,分析了湿陷完成比、卸荷应力比等因素对黄土卸荷湿陷变形的影响,然后考虑各影响因素进行了卸荷湿陷试验,采用湿陷完成比、卸荷湿陷比和卸荷应力比来描述原状黄土的卸荷湿陷过程。由于逐级多次卸荷试验更符合工程实践中的连续卸荷工况,重点进行了多次卸荷试验。基于单次卸荷与多次卸荷试验结果,建立了考虑卸荷作用的湿陷系数计算方法。进一步采用卸荷湿陷系数,得到了考虑卸荷作用的自重湿陷性黄土场地桩间土自重湿陷量的计算方法,并通过室内验证试验与工程实例计算,论证了卸荷条件下黄土湿陷系数计算方法的合理性。

关键词：卸荷黄土湿陷湿陷系数

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黄土湿陷系数影响因素的相关性分析

中国地质灾害与防治学报 2019年第2期30卷 128-133页

作者：朱凤基南静静魏颖琪白兰长安大学地质工程与测绘学院地质工程系陕西西安710054 西安长庆科技工程有限责任公司陕西西安710018

湿陷性是黄土重要的工程性质,而湿陷系数则是评价黄土湿陷等级的重要指标,本文从工程地质角度学出发分析了各土性指标对湿陷系数的影响,利用数理统计方法建立其内在关系。由于黄土湿陷是众多影响因子共同作用下造成的,且各因素之间并非... 详细信息

湿陷性是黄土重要的工程性质,而湿陷系数则是评价黄土湿陷等级的重要指标,本文从工程地质角度学出发分析了各土性指标对湿陷系数的影响,利用数理统计方法建立其内在关系。由于黄土湿陷是众多影响因子共同作用下造成的,且各因素之间并非是完全独立,基于全面选取指标的考虑,采用因子分析理论对孔隙比、干密度、初始含水率、饱和度、塑限、液限、塑性指数、压缩模量八个常见指标进行分析,消除共线性对拟合的影响。将八个指标分为四大类,并从每一大类中选取一个与湿陷系数相关程度最大的因子进行线性回归分析,建立黄土湿陷系数与各影响因子的回归方程。最后,利用甘肃庆阳地区一探井实测数据验证该模型的精确度,结果显示湿陷系数预测结果与实测结果较为接近,对快速、准确预测黄土湿陷系数和评价黄土地区场地湿陷等级具有一定的工程实践和参考价值。

关键词：黄土湿陷湿陷系数因子分析法相关性

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黄土湿陷对基桩竖向承载性状影响的试验研究

建筑结构 2021年第S2期51卷 1634-1639页

作者：张豫川赵野王润兴惠新勤姚永国谢龙兰州大学土木工程与力学学院兰州730000 大唐定边风力发电有限责任公司榆林719000

为探究黄土湿陷对基桩承载力及沉降的影响及"先湿法"、"后湿法"两种工况下基桩负摩阻力特性的差异,在湿陷性黄土场地设置3根桩,分别对应"天然状态"、"先湿法"和"后湿法"三种工况进行现场静载荷试验。研究表明:桩周土湿陷对桩产生的下拉... 详细信息

为探究黄土湿陷对基桩承载力及沉降的影响及"先湿法"、"后湿法"两种工况下基桩负摩阻力特性的差异,在湿陷性黄土场地设置3根桩,分别对应"天然状态"、"先湿法"和"后湿法"三种工况进行现场静载荷试验。研究表明:桩周土湿陷对桩产生的下拉荷载,不仅使基桩承载力降低,引起的桩顶沉降也不可忽视,"后湿法"的湿陷沉降更为显著;从桩顶沉降趋势可以看出,"先湿法"得到的基桩承载力大于"后湿法";由于负摩阻力的产生需抵消桩身在前期加载过程中产生的正摩阻力,故"后湿法"的中性点位置浅,下拉荷载和平均负摩阻力较小;"后湿法"更符合桩基正常使用实际情况,以"先湿法"得到的平均负摩阻力及中性点深度指标作为设计参考值较为保守。

关键词：黄土湿陷先湿法后湿法负摩阻力中性点

陕西泾阳地区黄土固结湿陷试验及预测模型研究

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西北地质 2018年第2期51卷 227-233页

作者：刘颖莹谢婉丽朱桦於红葛瑞华西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069 国土资源部黄土地质灾害重点实验室中国地质调查局西安地质调查中心陕西西安710054

黄土湿陷问题的研究具有很大的工程意义及价值。野外取得陕西泾阳地区黄土原状样,在天然含水率的基础上分别配置了含水率为12%、15%、18%与20%的5组原状黄土试样,采用单线法对研究地区黄土进行了湿陷性试验,获得了在不同法向应力下黄土... 详细信息

黄土湿陷问题的研究具有很大的工程意义及价值。野外取得陕西泾阳地区黄土原状样,在天然含水率的基础上分别配置了含水率为12%、15%、18%与20%的5组原状黄土试样,采用单线法对研究地区黄土进行了湿陷性试验,获得了在不同法向应力下黄土的压缩特性及湿陷性系数,研究了不同含水率以及不同压力对黄土湿陷性的影响。结果表明,在较低含水率的情况下,湿陷系数随着压力的增大而增大,在较高含水率的情况下,湿陷系数随着压力的增加先增大后减小。而湿陷系数与含水率的关系相对复杂,在相同压力下,湿陷系数均在某一含水率下达到峰值。根据湿陷系数与含水率及压力的曲线特征,建立了不同压力下黄土湿陷系数与含水率的回归关系式。最后,基于最小二乘支持向量机,以黄土的密度、含水率、压力等指标作为预测变量,建立了黄土湿陷性预测模型。结果表明,采用支持向量机所建立的模型来预测黄土湿陷性是可以满足工程要求的。

关键词：黄土湿陷预测模型回归关系支持向量机

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黄土湿陷的大变形有限元分析

黄土湿陷的大变形有限元分析

作者：路凯冀长安大学

学位级别：硕士

本文依托国家自然科学基金项目《黄土湿陷的大变形理论描述与数值仿真分析》（NO.598780401），在广泛总结前人有关黄土力学和非饱和土力学研究成果的基础上，针对黄土地基非均匀浸水增湿的变形过程，引入了二维非饱和土积水入渗模型和... 详细信息

本文依托国家自然科学基金项目《黄土湿陷的大变形理论描述与数值仿真分析》（NO.598780401），在广泛总结前人有关黄土力学和非饱和土力学研究成果的基础上，针对黄土地基非均匀浸水增湿的变形过程，引入了二维非饱和土积水入渗模型和黄土增湿本构关系，并提出了浸水变形计算的初应变法。基于已有的大变形有限元固结分析程序（LSCFEA），运用上述理论，编制了相应的黄土浸水变形计算模块，实现了黄土增湿变形的大变形描述。利用该程序对黄土地区公路路基坡脚积水入渗这一常见问题进行了数值分析，比较了大、小变形的分析结果，并初步探讨了应力路径和增湿路径对变形的影响。

关键词：非饱和土黄土力学黄土湿陷浸水增湿变形本构关系大变形数值分析

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黄土湿陷过程中微观结构的动态变化研究

黄土湿陷过程中微观结构的动态变化研究

作者：邵显显兰州大学

学位级别：硕士

湿陷性黄土在水和压力的共同作用下,原有结构会发生破坏,产生附加下沉。黄土的湿陷性可引发黄土地区发生滑坡、崩塌、地面塌陷等地质灾害,导致建筑物发生地基下沉、裂缝、倾斜或结构破坏。本文选取兰州地区的Q3马兰黄土,采用静力压实法... 详细信息

湿陷性黄土在水和压力的共同作用下,原有结构会发生破坏,产生附加下沉。黄土的湿陷性可引发黄土地区发生滑坡、崩塌、地面塌陷等地质灾害,导致建筑物发生地基下沉、裂缝、倾斜或结构破坏。本文选取兰州地区的Q3马兰黄土,采用静力压实法制备含水率为9%,干密度分别为1.30g/cm3、1.40g/cm3、1.50g/cm3的黄土试样,进行分级浸水直至试样饱和的黄土增湿变形试验,并对增湿试验前后的试样进行扫描电镜试验和压汞试验。论文从非饱和角度研究了不同干密度黄土增湿变形特性随饱和度增大的动态变化规律,以及黄土湿陷过程中颗粒形态、孔隙结构的变化规律,进一步探讨了黄土湿陷的微观机理。主要结论如下：(1)黄土在一定压力下分级浸水产生增湿变形时,试样的孔隙比随饱和度增大呈指数函数递减,湿陷后不同干密度黄土的孔隙比趋向于一致。(2)对应于每一级压力大小,黄土试样存在一个临界干密度,当试样浸水前的干密度小于临界干密度时,浸水后才会产生湿陷。黄土湿陷的临界干密度随着竖向压力的增大呈指数函数形式递减,在已知黄土试样浸水前干密度的情况下,可通过该函数关系预测黄土的湿陷性。(3)黄土湿陷过程中,其颗粒分布、颗粒扁圆度、颗粒排列的定向程度基本不发生变化。(4)黄土在一定压力下的湿陷性与其内部大于颗粒尺寸的大孔隙数量有关,当黄土中大部分孔隙尺寸大于颗粒尺寸,呈架空结构时,具有强烈的湿陷性;反之,黄土中架空孔隙数量越少,其湿陷性越小。干密度越小,黄土中架空孔隙数量越多,湿陷前后孔隙结构变化越大,黄土的湿陷性越大;干密度越大,黄土中架空孔隙数量减少,湿陷后孔隙结构变化越小,黄土的湿陷性越低。(5)不同干密度黄土湿陷后的单位孔隙体积相同。黄土干密度越小,湿陷后孔隙尺寸越小,数量越多;干密度越大,湿陷后孔隙尺寸更大,数量更少。

关键词：黄土湿陷增湿变形微观结构孔径分布非饱和土力学