特殊性岩土工地进程性质评价综述.doc

特殊性岩土工程特性评价综述参阅了国内外相关文献，发现对于软土的定义都不尽相同。往往概述性比较强，具有一定的模糊性。软土视为软粘土的简称，软土视为整个软弱土质(高压缩性的有机土、可液化的砂土、软粘土等)的简称软土视为软弱土的简称软土或软弱土我国交通部(JTJ017-96)对软土的定义为“滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量、孔隙比大、对压缩性高、抗剪强度低的细粒土”。其鉴定标准参见表1-1。 软土鉴别表(JTJ017-96) 表1-1特征指标名称天然含水量(%)天然孔隙比十字板剪切强度(kPa)指标值35与WL1.01；3) 压缩模量Es4000kPa；4) 标准贯入击数N63.52；5) 静力触控贯入阻力ps700kPa；6) 不排水强度Cu25kPa；我国建设部颁JGJ83-91)规定凡符合以下三项特征即为软土：1) 外观以灰色为主的细粘土；2) 天然含水量大于或等于液限；3) 天然孔隙比大于或等于1.0。 软土地基的标准(1987年日本道路公团) 表1-2地层 泥炭质地基及粘土质地基砂质地基层厚 10mSPT-N4610QCC-qu/kPa60100Qc/kPa80012004000德国地基基础规范(DIN4084)中的软土指“很容易搓捏的土”，相当软塑状态的土；而将液塑状的土称为“浆糊状土(拳头紧握它时，会从指缝挤出)”。Terzaghi和Peck(1967)将无侧限抗压强度qu小于25kPa的粘土称作“很软的”，而将强度在2550kPa的粘土称作“软的”。而国外一些论文中将不排水抗剪Su(Su=qu/2)小于40kPa的粘性土称为软粘土综合上述，软土的判别实质上是针对工程而言。其划分界限的确定，一方面是工程建设的客观需要之外，另一方面设定一个共同的标准，便于学术交流、深入研究与执行国家相关规范标准。因此，某一部门或某一行业所做出的软土划分界限，是人为划分，属于工程属性，而不是其固有属性。随着工程建设需求的提高及对软土土性的深入认识，其划分标准还会有一定的变动。2 黄土 黄土分为湿陷性黄土与非湿陷性黄土两类，就工程而言，更关注湿陷性黄土。我国分布有世界上面积最大的黄土，对湿陷性黄土变形特征、评价方法的研究十分重要。黄土的湿陷性是指黄土在一定的压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质。黄土工程特性评价，主要涉及到定性(确定湿陷性黄土与非湿陷性黄土)划类(划分自重湿陷性与非自重湿陷性黄土地基或场地)分级(划分湿陷等级)判定湿陷起始压力等。其次，还包括评定湿陷性黄土的分布范围、深度界限与厚度大小、区分湿陷性强烈程度及其在地层中的规律性等。21黄土的分类黄土是一个统称，它由于生成的年代、成因、环境、地域以及生成后历史变迁上的差异而会具有不同的性质。因此，仍然需要有一个恰当的分类定名体系，分别反映各自有倾向性和代表性的属性，以便更好地了解和应用各类黄土，获取相应的科学数据和特性规律。目前人们经常遇到的黄土分类定名体系,分为三类：1) 以地质特征(地层、年代、成因)为基础的体系, 如1黄土、2黄土、3黄土、4黄土，午城黄土、离石黄土、马兰黄土，老黄土、新黄土、新近堆积黄土,风积黄土、冲积黄土、洪积黄土、坡积黄土等。 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)黄土分类表， 参见2-1。时 代地 层 名 称特 征全新世Q4近期新黄土新近堆积黄土人类文化期内沉积物多、多为坡、洪积层、不均匀，常含有砂砾，石块和杂物，一般有湿陷性，常具有高压缩性早期一般新黄土大孔隙发育，壁立性好，部分含有砂姜石，有湿陷性晚更新世Q3马兰黄土中更新世Q2离石黄土老黄土经成岩作用，较密实，壁立性强，具有一定大孔隙，常夹有砂姜石层和古土层，一般无湿陷性早更新世Q1午城黄土2) 以颗粒组成特性为基础的体系 朱慕仁同志根据对全国20226组(其中青海4949组，甘肃1161组，宁夏1318组，陕西7897组，山西2517组，河南607组，内蒙36组,山东657组，辽宁657组，黑龙江38组)黄土试验成果的细致分析得到：对黄土来说,塑性指数仍然是分类定名的良好指标，并以它为基础提出了把黄土区分为砂黄土(4IP6，粉黄土(6IP 17)，粘黄土(IP17)，以及必要时，将粉黄土再分为砂质粉黄土(6IP 9)，粉黄土(9IP 15)和粘质粉黄土(15IP 17)三个亚类,将粘黄土再分为粉质粘黄土(17IP 20)和粘黄土(IP20)等两个亚类的建议,这可作为进一步研究的基础。这一分类体系与我们熟悉的一般粘性土的分类体系非常相似。然而，遗憾的是，它在目前还没有得到应有的肯定和广泛的应用。3) 以湿陷特性为基础的体系 如非湿陷性黄土、湿陷性黄土，自重湿陷性黄土、非自重湿陷性黄土等。此分类定名体系，为我国历代湿陷性黄土地基规范所采用，从而在岩土工程界影响最深最广，也最为相关人士研究最多。但是，它只能提供关于黄土湿陷特性方面的信息，而且这些信息又以黄土在侧限低压力压缩下饱和浸水所得的湿陷变形为基础,与通常工程上遇到的非侧限(一般为有限侧胀)非饱和(一般为不同增湿)和非低压(较大的建筑物)的条件有较大的出入,使得湿陷性的有关指标在工程计算应用上受到限制,大大减弱了它的应用价值。此外,它除了关于黄土湿陷性在特定条件下的有关信息之外,很难从它了解到关于黄土强度,渗透或其他性质的任何信息。它虽然抓住了一个最重要的性质,但作为黄土的分类却有太大的局限性1。22 黄土湿陷性评价黄土的湿陷性评价，主要依据由归纳总结湿陷性黄土的相关研究和工程实践经验，所制定的现行湿陷性黄土地区建筑规范(GBJ25-90)标准进行。221 黄土湿陷性的确定1) 湿陷系数s值小于0.015时，定为非湿陷性黄土；2) 湿陷系数s值等于或大于0.015时，定为湿陷性黄土。222 湿陷性类型的划分1) 以自重湿陷系数zs=0.015为判别标准：当zs0.015时，定为自重湿陷性黄土； zs0.015时，定为非自重湿陷性黄土。2) 场地湿陷类型的判定场地湿陷类型一是按实测自重湿陷量zs或按室内压缩试验累计的计算自重湿陷量zs判定。当实测或计算自重湿陷量小于或等于7cm时，定为非自重湿陷性黄土场地；当实测或计算自重湿陷量大于7cm时，定为自重湿陷性黄土场地。此外，也有用湿陷起始压力为依据，进行场地类型的划分，但未被列入规范。当各土层湿陷起始压力均大于相应各土层的上覆土饱和自重压力时，定为非自重湿陷性黄土场地；当各土层湿陷起始压力均小于相应各土层的上覆土饱和自重压力时，定为自重湿陷性黄土地基。3) 湿陷性黄土地基的湿陷等级判别湿陷性黄土地基的湿陷等级，根据基底下各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素判定。参见表2-2。 湿陷性黄土地基的湿陷等级 表2-2计湿陷类型算自重湿陷量(cm)总湿陷量(cm)非自重湿陷性场地自重湿陷性场地zs773530(轻微)(中等)3050(严重)(很严重)注：当总湿陷量30cms50cm，计算自重湿陷量7cms30cm ,可判为级；当总湿陷量s50cm,计算自重湿陷量zs30cm时，可判为级。鉴于经验总结，黄土的湿陷强烈程度，根据湿陷系数s的大小划分为三类1：s0.03轻微湿陷；0.030.07强烈湿陷。3 膨胀土 膨胀土在我国的分布面积也很广，据报道在河北、河南、安徽、广东等省均有发现。膨胀土的含义、命名、判别方法及工程性质评价仍主要以膨胀土地区建筑技术规范(GBJ112-87)为依据，并在此基础上，许多学者对判别指标的选取及评判方法进行了相关研究。并取得一定的成果。31 国内膨胀土判别方法及工程性质评价所谓膨胀土指的是一中具有吸水膨胀，失水收缩的粘性土，其主矿物成分是蒙脱石-伊利石，或伊利石-蒙脱石。GBJ112-87规范中采用宏观观察结合试验指标来判别是不为膨胀土。对具有下列工程地质特征且自由膨胀率大于或等于40%的土，为膨胀土l 裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；l 多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；l 建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。GBJ112-87规范中以自由膨胀率ef作为膨胀土膨胀势的判别标准，以地基分级变形量Sc作为膨胀土地基的胀缩等级划分标准，具体参见表3-1、3-2。 膨胀土的膨胀潜势分类 表3-1自由膨胀率ef (%)膨胀潜势40ef65弱65ef90中ef90强 膨胀土地基的胀缩等级 表3-2地基分级变形量Sc级别15Sc3535Sc70Sc70公路路基设计规范(JTJ 013-95)依据“0 002粘粒含量、自由膨胀率(%)、胀缩总率(%)”三种定量指标界定膨胀土类型为“弱膨胀土、中等膨胀土、强膨胀土”3种。其参照指标如表3-3。 膨胀土等级划分表 表3-3分 类野 外 地 质 特 征主要粘土矿物成分50904中等膨胀土以棕、红、灰色为主，粘土中含少量粉砂，滑感较强，裂隙较发育，晚风化呈碎粒状，含钙质结核蒙脱石伊利石3550659024弱膨胀土黄褐色为主，粘土中含较多粉砂，有滑感，裂隙发育，易风化呈碎粒状，含较多钙质或铁锰结核蒙脱石伊利石高岭石40%，A线以上为膨胀土；后者取液限(100克锥)L50%，A线以上为膨胀土。图3-1 WLIP膨胀土判别及等级分类图 膨胀土胀缩指标判别分类 表3-4胀缩等级无荷载下体总胀缩率/%无荷载下线总胀缩率/%线总膨胀率/%胀限含水量状态下的体缩率/%自由膨胀率/%强18842380中1218682416235080弱812460.728163050 膨胀土以物质成分与物理指标划分等级分类表 表3-5胀缩等级粘粒含量%粉粒含量%液限%塑性指数%比表面积m2/g强50404825300中3550405040481825150300弱1250401848875严重4548686075中等4045464560一般32 国外膨胀土判别方法及工程性质评价国际会议上对膨胀土的概述性定义为是一种对环境变化，特别是对于温热变化非常敏感的土，其反映是发生膨胀和收缩，产生膨胀压力。影响膨胀土的主要矿物是蒙脱石。虽然在国际会议上，就膨胀土的定义进行了统一。但由于各国传统命名上的习惯，许多国家仍旧采用传统命名。例如印度称膨胀土为 黑棉土，我国对膨胀土命名也有多种，如膨胀土、胀缩土、膨润土等。虽然命名不一样，但就膨胀土的含义而言，国内外学者基本达成共识。国际上广泛利用的判别方法是1964年南非土木工程研究所VanderMerWe提出，然后1980年经Williams和Donadson修正后，利用塑性指数、2含量、粘土活性三个因素，建立粘土膨胀势判别图的方法。在理论上，塑性指数是粘性土物质成分(粘土矿物、粘粒含量)和物理化学活性的综合影响的结果。同时该方法又突出了粘粒含量(2)和活性(与70%的土不发生液化。同样我国中科院“海城地震与液化考察报告”中亦提出相似的结论。另外，砂土的初始应力状态，即指土体的有效初始竖向应力愈小（液化土层埋藏深度愈浅），土体达到液化时，所需积聚的孔隙水压力水平就愈低，土层愈容易发生液化破坏；地震的强度愈高，持续时间愈长，即循环荷载产生的剪切力愈大，循环次数愈多，液化土层愈易发生液化。二、液化地基的处理无论是液化地基处理的设计，还是处理后效果的检验，都要求有一个砂土液化可能性评价的有效方法。目前大致归纳为三大类方法，即现场试验、室内试验和经验对比。由于地震时砂土液化的机理十分复杂，现场试验判别砂土液化可以比较全面地反映液化土的各种影响因素，如何利用现场的实测结果判断砂土液化可能性，成为工程界关心的问题。1. 砂土液化的判别关于土的液化判别方法，在我国建筑抗震设计规范（GBJ11-89）中作了明确的规定。具体判别方法如下：饱和的砂土或粉土，当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或不考虑液化影响（1） 地质年代为第四世纪晚更新世（Q3）及其以前时，可判为不液化土；（2） 粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率，对应于地震裂变七度、八度和九度分别不小于10、13、和16时，可判别为不液化土；（3） 采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响 （5-111）式中 dw为地下水位深度（m），宜按建筑使用期内或近期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用； du为上覆非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥或淤泥质土层扣除； db为基础埋置深度（m），不超过2m时应采用2m； do液化土特征深度（m），可按表5-25采用。 表5-25 液化土特征深度（m） 饱和土类别烈度七度八度九度粉土678砂土789 经过以上初步判定后，认为需要进一步判别时，应采用标准贯入击数N的判别法，即 在地面下15m深度范围内，有可能液化土层按式（5-112）判定。当有成熟经验时，尚可采用其它判别方法。 （5-112）式中 N为饱和土标准贯入锤击数实测值（未经杆长修正）； Ncr液化判别标准贯入锤击数临界值； N为液化判别标准贯入锤击数基准值，应按表5-26采用； ds为饱和土标准贯入点深度（m）；Pc为粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时均应采用3。表5-26 标准贯入锤击数基准值N 近、远震烈度七度八度九度近震61016远震812-2. 防止砂土液化的工程措施简介 地震时因砂土地基液化而造成建筑物毁坏的情况是十分普遍的。所以当判明建筑物地基中有可液化的砂土层时，必须采取相应的工程措施，以防止震害。防止砂土液化的处理原则是避开、挖除或加固。如果可能液化的范围不大，可以根据具体情况或避开或挖除。如果范围较广、较深时，一般只能采取加固的措施。我国目前常用的加固方法有人工加密、围封、桩基及盖重等。加密是增加砂土层密度，如用振浮法、砂桩挤密法，以及国内外近年推行的强夯法等。前二者已经实践证明可有效地提高地基抗液化能力；后者经近年来实践证明亦是可行的。围封是用板桩把有可能液化的范围包围起来。桩基是将建筑物支承在桩基础上，而桩必须穿过可能液化的砂层，支承在下部不液化的密实土层上。盖重是加大可液化砂层的上覆压力。如在可能液化范围的地面上加载（如堆土）等，这对防止液化也有一定效果。如果在增加上覆压力过程中同时采取排水措施，还可使砂土进一步加密，抗液化效果更好。此外，复合型土工合成材料制作的塑料排水板PVDs也可用于地基抗液化处理，这是基于PVDs既有优良的张拉特性，在可能液化地基中起到加筋作用；又因为其排水功能，降低易液化地基在动力（地震）荷载下超静孔隙水压力积聚的水平。参考文献1周树华,ierreGRAND,魏兰英.运用轻便触探和静载荷试验研究黄土的湿陷性J.工程地质学报,2002(04) :356-365 2黄天石.采用平均曲线法进行黄土湿陷性评价J.工程勘察.1998(1):17-213张利生.关于用室内试验测试黄土湿陷性方法的探讨J.勘察科学技术，2000(6):35-394吴翔天,谷栓成.关中地区黄土湿陷性的模糊综合评判J.建筑技术开发，2004 (9):89-91v张苏民,郑建国.湿陷性黄土(3)的增湿变形特征J.岩土工程学报,1990(3)5刘悦,王家鼎.黄土湿陷性评价中的模糊信息优化处理方法J.西北大学学报(自然科学版),2000(1):78-826刘普寅等.模糊理论及其应用M.长沙:国防科技大学出版社1998.97王家鼎,张倬元.黄土自重湿陷变形的脉动液化机理J.地理科学,1999,19(3):271-276.8朱慕仁.黄土地基的塑性指数分类J.西北建筑工程学院学报,1995(1) 6-89曾国红,孟宪,裘以惠. 关于黄土湿陷起始压力、湿陷起始含水量的探讨J. 太原工业大学学报，1997 (28):17-2010郑建国,张苏民.黄土的湿陷起始压力和起始含水量J.工程勘察,1989(2):61011谢定义.试论我国黄土力学研究中的若干新趋向J.岩土工程学报,2001(1):3-1212雷祥义.黄土显微结构类型与物理力学性质指标之间的关系.地质学报,1989(2):182190.13高国瑞.中国黄土微结构.科学通报,1980(2).14高国瑞.黄土显微结构分类与湿陷性.中国科学,1980(12):12031208.15高国瑞.黄土湿陷变形的结构理论.岩土工程学报,1990(12):19.16林崇义.黄土的结构特性.中科院土木建筑研究所黄土基本性质研究论文集.北京:科学出版社,1962.17汪国烈.黄土湿陷性与湿陷敏感性及其对工程的影响.非饱和土理论与实践学术讨论会论文集.北京: 中国土木工程学会力学及基础工程学会,1992.203220.18沈珠江.关于黄土力学的研究途径.中加非饱和土学术研讨会论文集.武汉,1994.153160.19王永焱,林在贯.黄土的结构与物理力学性质.北京:科学出版社,1990.20谢定义,齐吉琳.土结构性及其定量化参数研究的新途径.岩土工程学报,1999(6):651656.21谢定义,齐吉琳,朱元林.土的结构性参数及其与变形-强度的关系.水利学报,1999(10):16.22张炜，张苏民.我国黄土工程性质研究的发展J. 岩土工程学报，1995 (6)80-8823涂光祉. 试论黄土地基的自重湿陷敏感性J. 工程勘察,1980(2):36-3924刘祖典等. 陕西关中黄土变形特性和变形参数的探讨J. 岩土工程学报,1984(3):24-3125陈正汉,高祖典.黄土的湿陷变开机理J 岩土工程学报,1986(2):1-1226李晓军,张登良.黄土微结构定量评价的探讨与展望J 西安公路交通大学学报,1998(4):227-23227雷祥义.中国黄土的孔隙类型与湿陷性J.中国科学(B辑),1987(12):1309131628施斌.粘性土击实过程中微观结构的定量评价J.岩土工程学报,1996(4):576229倪万魁,韩启龙.黄土土性参数的统计分析J. 工程地质学报2001(1):62-6730张原丁.论黄土的湿陷敏感性J. 岩土工程学报,1996(5):79-8331李生林,施斌,杜延军. 中国膨胀土工程地质研究J. 科技进展, 82-8632冯玉国.用物元分析法判别膨胀土胀缩等级J勘察科学技术,1996(4):28-3133谭罗英,张梅英,邵梧