湿陷性黄土地基

1、3黄土主要的成因假说 风成说、水成说、土壤说（残积说）和多成因说 5水成说 可分为冲积说、坡积说、洪积说等10黄土高原地貌形态 黄土塬、黄土梁、黄土峁、黄土阶地及黄土盆地9. 黄土高原地貌特征 底层发育较好，面积大，地层完整，层序清楚，地貌类型多12 地层地质年代的划分 全新世Q4晚更新世Q3中更新世Q2早更新世Q1 15黄土孔隙 按成因可分为粒间孔隙 黏粒间空隙 团块间孔隙 晶粒间孔隙 根洞 虫孔 节理和裂隙及溶蚀孔洞等。20黄土的化学性质矿物成分 化学成分和成岩作用27黄土的一般力学性质及动力特性黄土的一般力学性质包括压缩性 应力应变关系 强度特性， 动力特性包括土的 动强度 动变形及反映

2、动应力 - 动应变的动本构关系。37黄土湿陷性评价指标 湿陷系数S s、自重湿陷系数S zs和失陷起始压力Psh34黄土湿陷变形影响因素 黄土微结构 黄土物质成分 孔隙比 含水量 45黄土自重湿陷影响因素1）地理位置 2）地质年代和成因 3）自重湿陷性黄土层的埋藏深度 4）湿陷性黄 土层的厚度 5）挖填方的影响62一般建筑工程建设的主要程序场址选择、总平面设计、建筑设计、结构设计、地基基础设和其他设计（给排水设计、采暖通风设计等）。51场地湿陷类型 自重湿陷性黄土场地、非自重湿陷性黄土场地 16黄土节理的成因类型 1）原生闭合垂直节理； 2）张开垂直节理； 3）次生张 开垂直节理； 4）原生闭

3、合斜节理或交叉节理； 5）风化节理。23黄土压缩性高低标准当a1-2 0.5MPa-1时，为高压缩性，1MPa-1a1-20.5MPa-1时，为中等压缩 性，a1-20.015时，定 为湿陷性黄土。39湿陷系数如何判定失陷强烈程度 ：当0.015 S s 0.03时湿陷性轻微；当0.03 VS s 0.07时，湿陷性强烈。1 黄土概念 以风力搬运堆积未经次生扰动的、无层理的、黄色粉质富含碳 酸盐并具有大孔隙的土状沉积物6黄土塬 黄土高原区被黄土覆盖面积较大的平坦地面。7黄土梁 黄土高原一种长条状延伸的尖端或平顶垄岗地形。8堆积地貌 指由堆积作用形成的黄土地貌，随外力作用方式不同有风积的 和冲、

4、洪积的，如黄土塬，包括台塬等11.午城黄土 一一早更新世Q1黄土，形成于距今70万-120万年之间，其标准 剖面首先在山西省隰县午城镇找到，故又称午城黄土。13. 黄土微结构特征 指构成土体的固体颗粒和与其有关的孔隙特征，以及它 们在空间上的排列形式。14. 土架颗粒接触关系 指骨架颗粒在空间上的赋存状态， 也即排列方式。 有 点接触和面胶结两种形式。17生物孔隙 根洞、虫孔及鼠穴统称为生物孔隙18薄膜状胶结物 细粒物质在薄膜水的作用下黏附在碎屑颗粒表面呈薄膜 状，薄膜厚度一般小于 0.01mm。25土的压缩性 指在外力作用下土体体积缩小的性质。26欠压密性 ：a.般欠压密土：饱和粘性土在上覆

5、自重作用下，渗透固结尚未完成，土体中的 超静力孔隙水压力没有完全消散， 上覆土重量由作用在土骨架上的有效应力和孔 隙水压力承担。b 有结构强度的欠压密土：上覆土自重作用下的固结尚未完成但没有孔隙水压 力，上覆土自重由土骨架承担。29土水特征曲线 在非饱和土的吸力特性研究中， 它是基质吸力与土的湿度 状态（饱和度、重量含水量、体积含水量）之间的关系，也称为吸力状态曲线。 30非饱和土 所谓非饱和土就是土的孔隙中既存在有孔隙水，也有孔隙气， 而气相的存在是它的性质复杂的主要原因。31土的结构性 构成土体的颗粒形状、大小、表面特征、定量的比例关系，空 间上的排列状态以及骨架颗粒与胶结物的胶结形式，

6、孔隙的形态、 大小、数量及 分布情况。36自重湿陷性黄土 某些黄土浸湿后在上覆土饱和自重压力下就会产生失 陷，称之为自重湿陷性黄土38湿陷系数 单位高度土样在一定压力（自重应力或自重应力加附加应力） 作用下浸水后产生的失陷量。41湿陷起始压力：存在一个压力界限值， 压力低于这个数值， 黄土即使浸水也只产生压缩变形， 而 不会出现湿陷现象。这个界限值称为湿陷起始压力。43蝶形湿陷洼地一般积水中间部位下沉最大， 由里向外逐渐减小， 形如蝶形，称为蝶形湿陷洼地。 46外荷失陷影响深度 由基底作用压力引起的发生在基底以下有限深度范围内的湿陷性黄土层中， 这一 深度就是外荷湿陷影响深度。57振动土介质（

7、假设为均质， 各向同性的连续弹性介质） 中的一个质点在振动荷载作用 下围绕平衡位置进行的往复运动成为振动。58土的动剪切模量土的动剪切模量是使土体产生单位剪应变所需的动剪应力， Gd= t d/丫 d,动弹性 模量Ed可用关系式Ed=Gd/（1+2u）求的，对于不同的动荷载，黄土的剪切模量也 不同，影响黄土动剪切模量的土的物理力学指标和结构特征在我国存在规律， 所 以动剪切模量也有规律从西北到东南动剪切模量逐渐增大。59土的动强度在一定的应力往返作用次数N下产生某一指定破坏应变 df所需的动应力。 54地基湿陷等级地基土受水浸湿， 发生湿陷的程度， 可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生 的湿

8、陷量的总和来衡量 。2黄土应具备的特性1）为风力搬运沉积，无层理； 2）颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色； 3） 颗粒组成以粉粒为主，含量一般在 60鸠上，几乎没有粒径大于0.25m m的颗粒； 4） 富含碳酸钙盐类； 5）垂直节理发育； 6）一半有肉眼可见的大孔隙。 4风成说的依据1）黄土颗粒很细、质地均匀； 2）黄土的母岩成分与当地原有地层的成份无关， 而且成分复杂； 3）黄土的地形，与其下伏基岩地形有一致性，随地形起伏而起 伏； 4）黄土在山坳里，不论高低，一律有覆盖；在一个区段里，不论高山或低 地，均有分布； 5）我国黄土和沙漠、戈壁顺递相连，自北而南，由粗到细，岩 相变化颇有规律

9、； 6）我国黄土具坡向性埋藏特征，在迎风面堆积的量大，在背 风面则堆积的少些； 7）黄土层厚度有时很大，具有多层古土壤，有陆生动、植 物化石，且多为干旱草原型动物。19黄土的粒度分布（特点）1） 在我国黄土的主要分布区内， 自西往东黄土的粒度成分的变化特点是： 西（六 盘山以西，即陇西地区）黏粒少，中（六盘山和吕梁山之间，即陇东 -陕北地区 和关中地区）黏粒增多，东（吕梁山以东和河南地区）则黏粒下降或持平，这一 情况对 Q3,Q22 与 Q12 的黄土均不同程度适用。 2）在六盘山和吕梁山之间 （北 部边缘地区、陇东 -陕北地区和关中地区）的南北带内，黄土粒度中北部粒多， 自北往南沙粒含量渐减

10、，黏粒相应增多，至南部的关中地区黏粒含量可达25%或更高，且这一规律不同程度的适用于不同时代的黄土。21黄土中可溶盐类主要有以下三类： 1）易溶盐类， 包括氯化物盐类、 易溶的硫酸盐及碳酸盐等； 2） 中溶盐类，以石膏为代表； 3）难溶盐类，主要为碳酸钙。22碳酸钙在土的形式、作用 碳酸钙在黄土中的赋存状态有三种 :1 ）原始物质中的粉质碳酸钙； 2）黄土成土 过程中呈集粒散 布的碳酸钙； 3）黄土成土后由于淋滤作用富集在一起的碳酸钙 结核或钙质结核。黄土中的碳酸钙常对土体起胶结和骨架作用， 增大土体的强度； 但长期受到地表 水的下移溶解，碳酸钙由固态转为液态时，建筑物的稳定性也会受到影响。

11、24黄土压缩性的特点1）在天然含水量下，黄土的压缩性一般是不高的或是低压缩性的（堆积时代很 近的除外），黄土试样层位愈深愈是如此。 2）在饱和状态下，黄土的压缩性有很 大增高，除Q1外，对Q3,Q2 2与Q1 2黄土均是如此。3）黄土试样的压缩系 数随试验压力的增高有增有减。 在天然含水量状态下和饱和状态下， 对不同时代 有所不同。28. 土的应力应变关系：土的应力-应变关系通常通过常规三轴剪切试验（c 1 （7 2=c 3）取得，一般表现为硬化型和软化型。其中硬化型强度（q）随垂直应力 增大而增大；而软化型，首段强度（q）随垂直应力增大而增大，为硬化段，达 到峰值强度（qp）后，强度随垂直应

12、力增大而减小，为软化段。峰值强度（qp）和相应的峰值应变（& P）随围压（7 3）而变化。32. 新近堆积黄土的鉴别堆积环境，颜色，结构，包含物； 1.在 50150kPa 压力段变形较大，小压力下 具高压缩性。2利用判别式判定 R= 68.45e+10.98a- 7.16丫 +1.18w, R0= 154.80。当 RR0 时，可将该土判为新近堆积黄土。33黄土湿陷变形机理及假说 黄土湿陷的发生有其内在因素和外在原因两个方面。 内因主要体现在黄土本身的 物质组成（包括颗粒组成、矿物成分和化学成分）和其结构，是湿陷性的根本原 因。外因主要是水和压力的作用。假说： 1）固化凝聚力降低或消失假说：

13、 2）毛管假说； 3）黏土粒膨胀假说； 4） 欠压密理论； 5） 黄土湿陷的结构性学说35黄土湿陷的结构性学说 ：认为黄土湿陷性问题可由黄土湿陷变形的结构理论 从本质上说明。 黄土湿陷的根本原因是黄土具有粒状架空结构体系， 在力和水的 共同作用下架空结构破坏形成的湿陷变形。42现场试坑浸水试验 1）试坑宜挖成圆（或方）形，其直径不应小于湿陷性黄土层的厚度，并不应小 于10m试坑深度宜为0.50m,坑底宜铺100mn厚的砂、砾石，试坑内的水头高 度不宜小于300mm 2）为了测得地表及其下各黄土层的自重湿陷量，浸水试验 时一般需在坑内外设置标点，然后利用水准仪观测各标点在浸水期间的下沉量。 3）

14、沉降观测。 4）试坑内停止浸水后，应继续观测不少于 10 天，且连续 5 天的 平均下沉量不大于1mm天，试验方可终止。44自重湿陷量大小： 自重湿陷量的大小与湿陷性黄土层的厚度和土层自重湿陷 的强弱有关。一般来说，湿陷性黄土层厚度越大，自重湿陷越强烈，自重湿陷量 也越大。自重湿陷黄土层的埋藏深度有明显差异。47湿陷系数与压力的关系（三种）1）对Q3黄土试样，湿陷性在压力远小于 200KPa时即已明显，随后湿陷系数随 压力急增，直至压力很高时仍然如此。2）对Q22上部黄土，湿陷性在压力达到 200KPa之后显示出来，随即S s随压力急增，在压力很高时，S s-P曲线仍有一 定上升趋势。 3）对

15、 Q22 下部黄土，湿陷性在压力达到很高之后才显示出来，超 过此点，S s-P曲线即趋上升，在压力高达1000-1200KPa时仍有上升趋势。Q12 黄土与此性状类似。48自重湿陷性与深度的关系1）在陇西地区，黄土试样显示强烈的自重湿陷性，从浅部到深度90m或更深，其湿陷起始压力一直远小于有效自重应力。 2）在陇东 -陕北地区， 自重湿陷性土 的下限深度在十几米到三四十米。 3）在关中地区，自重湿陷性土的下限深度常 可达 16米，有的地方可达 23米，个别地方有断续延伸至 40米者。 4）在北部边 缘地区的榆林，深度在25m左右往下的土层还存在自重湿陷倾向。49工程地质测绘的目的 为了研究拟建

16、场地的地层、岩性、构造、地貌、水文地质条件及物理地质现象， 对工程地质条件给出初步评价，为场址选择及勘察方案的设计提供依据。50详细勘察阶段（1）勘察工作量的确定。 1）详细查明地基土层及其物理力学性质，确定场地湿 陷类型、地基湿陷等级的平面分布和地基承载力。 2）勘探点的布置，应根据总 平面和建筑物类别以及工程地质条件的复杂程度等因素确定。 3）在单独的甲乙 类建筑场地内，勘探点不应少于 4 个。 4）采取不扰动土样和原位测试的勘探点 不得少于全部勘探点的 2/3 ，其中采取不扰动土样的勘探点不宜少于 1/2。 5）勘 探点的深度应大于地基压缩层的深度，并穿透湿陷性黄土层；当拟采用桩基时，

17、应满足桩基设计的需求。 （2）勘查成果。 1）按建筑物或建筑群提供详细的岩土 工程资料和设计所需的岩土技术参数， 当场地地下水位有可能上升至地基压缩层的深度以内时， 应提供饱和状态下的强度和变形参数。 2）对地基做出分析评价， 并对地基处理、 不良地质现象和地质环境问题的防治等方案作出论证和建议。 3） 对深基坑应提供坑壁稳定性分析、基坑支护设计和抽、降水等所需的计算参数， 并分析对邻近建筑物的影响。 4）对桩基础的桩型、桩长和桩端持力层位置提出 合理建议，并提供设计所需的技术参数及单桩竖向承载力的预估值。5）提出关于施工和监测的建议。 对甲类和乙类中的重要建筑物， 应提出有关变形观测的建 议

18、。52按自重湿陷量的计算值判定场地湿陷类型： 1）当自重湿陷量的实测值或计 算值小于等于70mm寸，应定为非自重湿陷性黄土场地。2）当自重湿陷量的实测 值或计算值大于70mm寸，应定为自重湿陷性黄土场地。3）当自重湿陷量的实测 值和计算值出现矛盾时，应按自重湿陷量的实测值来判定。53失陷类型的判定：采用S s=0.015作为湿陷性黄土的界限值，S s大于等于 0.015 定为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限 值确定的。一般认为S sv 0.03为弱湿陷性黄土，0.03VS s0.07为强湿陷性黄土。55湿陷等级的划分 黄土地基湿陷等级的界限值是基于湿陷系数和湿陷计算

19、深度的考虑来确定的， 湿 陷系数S s小于等于0.03的湿陷黄土，湿陷起始压力值较大，地基浸水时，湿 陷性轻微，对建筑物危害性较小；0.03小于S s小于等于0.07的湿陷性黄土， 湿陷性中等或强烈湿陷起始压力值小的具有自重湿陷性， 地基浸水时， 下沉速度 较快，附加下沉量较大，对建筑物有一定危害，S s大于0.07的湿陷黄土，湿 陷起始压力值小的具有自重湿陷性地基浸水时湿陷性强烈， 下沉速度快， 附加下 沉量大，对建筑物危害大。因此，以湿陷量的计算值s=300mnHA s=700分别作为失陷等级的界限值 。56黄土动力特性： 土的动力特性描述土在动力荷载作用下的基本性状， 动荷载 是指大小和

20、方向随时间变化的荷载，动荷载的种类很多，如惯性力，冲击荷载， 风荷载等动荷载分为周期荷载冲击荷载和不规则荷载。 简谐荷载是土动力学研究 的基本内容， 许多动荷载都可以通过数学转化为简谐荷载分析。 冲击荷载的强度 很大，持续时间很短， 不规则荷载随时间变化的强度没有规矩可循， 它是土动力 学中主要研究的一种荷载。60液化1 ）黄土液化产生的条件：包括场地条件、物性指标条件和地震动强度条件。 2）发生黄土液化的现象：一种是饱和黄土在静应力较低，动荷较大时，由于动 荷引起黄土结构的迅速破坏导致孔压的迅速上升， 或者剩余湿陷变形的迅速发展 而出现液化现象。 但如静应力较大， 振动前黄土已发生较明显的变

21、形并发展了次 生结构性， 或动应力较小， 振动只能引起黄土原生结构的较小和缓慢削弱， 只发 生较低水平的孔压， 则动荷只能引起一定的振险。 另一种是干燥黄土， 当其受到 较大动应力的剪揉作用而发生快速的结构破坏时， 因黄土的含水量很低， 粉颗粒 批次散开，并向大孔隙落入。此时，由于空隙中的空气一时来不及排出，致使在 粉粒悬落过程的瞬间，土的强度丧失，发生液化流动。61. 地震动参数 表征地震引起的地面运动的物理参数，包括峰值、反应谱和持续 时间。特点：场地震害严重，地震动峰值加速度偏大b.地震动频谱成分变化大，长周期分量多；局部地形因素对黄土地区地震灾害有显著影响； 地震动衰减缓慢。 63黄土

22、地区选择场址（应注意的要求） a 具有排水畅通或有利于组织场地排水 的地形条件b.避开洪水的威胁的地段 c.避开不良的地质环境和地下坑穴集中的 地段d.避开新建水库等可能引起地下水位上升的地段 e避开重要的建筑项目布置 在很严重的自重湿陷性黄土场地或厚度大的新近堆积黄土和高压缩性的饱和黄 土等地段f.避开由于建设项目可能引起工程地质环境恶化的地段。 64湿陷性黄土地基处理1. 当地基的变形（湿陷、压缩）或承载力不能满足设计要求时，为了改善土的 物理力学性质，使土的压缩性降低、承载力提高、湿陷性消除，针对不同土质条 件和建筑物的类别，在地基压缩层内或湿陷性黄土层内采取的处理措施。方法： 灰土或素土垫层；重锤夯实及强夯法；石灰土或二灰挤密桩；预浸水处理。2. 主要目的：一是消除其全部湿陷量， 是处理后的地基变为非湿陷性黄土地基， 或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层， 使上部荷载通过桩基础传递至压缩性低或 非湿陷性黄土层上， 防止地基产生湿陷， 当湿陷性黄土层厚度较薄时， 也可直接 将基础设置在非湿陷性黄土层上； 二是消除地基的部分湿陷量， 控制下部未处理 湿陷性黄土层的剩余湿陷量或湿陷起始压力值符合相关规定的数值。 65失陷量的最小处理厚度a.在非自重湿陷性黄土场地，不应小于地基压缩层深度的2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值不应小于l