2023年湿陷性黄土的湿陷系数 湿陷性黄土开挖放坡系数

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湿陷性黄土的湿陷系数 湿陷性黄土开挖放坡系数篇一

关键词：湿陷性黄土；特征；地基处理方法 1 黄土的湿陷特征

湿陷性黄土是一种十分特殊的土质，俗称大孔土，主要分布于我国陕、甘、宁等缺水少雨的干旱地区。属砂壤土的范畴，砂壤土的粘土含量为12.50%～25%,壤土的粘土含量为25%～37.50%，而湿陷性黄土的颗粒组成中粘粒的含量为8%～26%，属于砂壤土，但其性质与砂壤土又有所不同：①在天然状态下具有肉眼能看见的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有由于生物作用所形成的管状孔隙，天然剖面呈竖直节理、颗粒粗，土质干燥；②颜色在干燥时呈淡黄色，稍湿时呈黄色，湿润时呈褐黄色；③土中含有石英、高岭土成分、含盐量大于0.3０%，有时含有石灰质结核；④吸水及透水性较强，塑性粘聚力差，水易冲刷成沟，不易粘结，土样浸入水中后，很快崩解，同时有气泡冒出水面；⑤在干燥状态下，有较高的强度和较小的压缩性，由于土质竖直方向分布的小管道几乎能保持竖立，边坡遇水后，土的结构迅速破坏发生显著的附加下沉，产生严重湿陷。这种土质的基础处理与其它土质相比，施工难度大，进度慢，程度复杂，耗用时间长，特别是大面积的土质夯填及水利坝体处理。2 湿陷性黄土地基的处理方法

湿陷性黄土地基处理的根本原则是：破坏土的大孔结构，改善土的工程性质，消除或减少地基的湿陷变形，防止水浸入建筑物地基，提高建筑结构刚度。

2.1 强夯法 又叫动力固结法。是利用起重设备将80～400 kg的重锤起吊到10～40m高处，然后使重锤自由落下，对黄土地基进行强力夯击，以消除其湿陷性，降低压缩变形，提高地基强度，但强夯法适用对地下水位以上饱和度sr≤60%的湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的深度在3～12m。土的天然含水率对强夯法处理至关重要，天然含水量低于10%的土，颗粒间摩擦力大，细土颗粒很难被填充，且表层坚硬，夯击时表层土容易松动，夯击能量消耗在表层土上，深部土层不易夯实，消除湿陷性黄土的有效深度小，夯填质量达不到设计效果。当上部荷载通过表层土传递到深部土层时，便会由于深部土层压缩而产生固结沉降，对上部建筑物造成破坏。

2.2 垫层法 土（或灰土）垫层是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法，我国已有2000多年的应用历史，在湿陷性黄土地区使用较广泛，具有因地制宜，就地取材和施工简便等特点。实践证明，经过回填压实处理的黄土地基湿陷性速率和湿陷量大大减少，一般表土垫层的湿陷量减少为1～3cm，灰土垫层的湿陷量往往小于1cm，垫层法适用于地下水位以上，对湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的湿陷性黄土层厚度在1～3m，垫层法根据施工方法不同可分为土垫层和灰土垫层，当同时要求提高垫层土的承载力及增强水稳定时，宜采用整片灰土垫层处理。

2.2.1 素土垫层法。素土垫层法是将基坑挖出的原土经洒水湿润后，采用夯实机械分层回填至设计高度的一种方法，它与压实机械做的功、土的含水率、铺土厚度、及压实遍数存在密切关系。压实机械做的功与填土的密实度并不成正比，当土质含水量一定时，起初土的密实度随压实机械所做的功的增大而增加，当土的密实度达到极限时，反而随着功的增加而破坏土的整体稳定性，形成剪切破坏。在大面积的素土夯填施工中时常遇到，运输土料的重型机械容易对已夯筑完毕的坝体表面形成过度碾压，造成剪切破坏，同时对含水率过高的地区形成“橡皮泥”现象，从而出现渗漏。这些都将是影响夯填质量的主要因素。2.2.2 灰土垫层法。灰土垫层法是采用消石灰与土的2∶8或3∶7的体积比配合而成，经过筛分拌合，再分层回填，分层夯实的一种方法，要保证夯实的质量必须要严格控制好灰土的拌制比例，土料的含水率，这对夯填质量起主要的影响因素。在实际施工过程中，不可能用仪器对每一层土样进行含水率测定，只能通过“握手成团，落地开花”的直观测定法来测定，但这种方法对于湿陷性黄土测定范围过于偏大，经过实验测定大致在14%～19%，存在测定偏差，且土质湿润不够均匀，往往有表层土吸水饱和，下层土干燥的现象，给施工带来很大的难度。当处理厚度超过3m时，挖填土方量大，施工期长，施工质量也不易保证，严重影响工程质量和工程进度。所以垫层法同样存在着施工局限。2.3 挤密法 挤密法是利用沉管、爆破、冲击、夯扩等方法在湿陷性黄土地基中挤密填料孔再用素土、灰土、必要时采用高强度水泥土、分层回填夯实以加固湿陷性黄土地基，提高其强度，减少其湿陷性和压缩性。挤密法适用于对地下水位以上，饱和度sr≤65%的湿陷性黄土地基进行加固处理，可处理的湿陷性黄土厚度一般为5～15m。但通过实践证明：挤密法对土的含水量要求较高（一般要求略低于最优含水率），含水量过高或过低，挤密效果都达不到设计要求，这在施工中很难控制，因为湿陷性黄土的吸水性极强且易达到饱和状态，在湿陷性黄土进行洒水湿润时，表层土质饱和后容易形成积水，下部土质却很难受水接触而呈干燥状态，对于含水量＜10%的地基土，特别是在整个处理深度范围内的含水量普遍偏低的土质中是不易采用的。

2.4 桩基础法 桩基础既是一种基础形式也可看作是一种地基处理措施，是在地基中有规则的布置灌注桩或钢筋混凝土桩，以提高地基承载能力。桩根据受力不同可分为端承桩和摩擦桩，这种地基处理方法在工业与民用建筑中使用较多，但桩基础仍然存在浅在的隐患，地基一旦浸水，便会引起湿陷给建筑物带来危害。在自重湿陷性黄土中浸水后，桩周土发生自重湿陷时，将产生土相对桩的向下位移对桩产生一个向下的作用力即负摩擦力。而且通过实践证明，预制桩的侧表面虽比灌注桩平滑，但其单位面积上的负摩擦力却比灌注桩大。这主要是由于预制桩在打桩过程中将桩周土挤密，挤密土在桩周形成一层硬壳，牢固的黏附在桩侧表面上，桩周土体发生自重湿陷时不是沿桩身而是沿硬壳层滑移，硬壳层增加了桩的侧表面面积，负摩擦力也随着增加，正是由于这股强大的负摩擦力至使桩基出现沉降，由于负摩擦力的发挥程度不同，导致建筑物地质基础产生严重的不均匀沉降，构成基础的剪切应力，形成剪应力破坏，这也正是导致众多事故发生的主要因素。

2.5 预浸水法 湿陷性黄土地基预浸水法是利用黄土浸水后产生自重湿陷的特性，在施工前进行大面积浸水使土体预先产生自重湿陷，以消除黄土土层的自重湿陷性，它只适用于处理土层厚度大于10m，自重湿陷量计算值不大于500mm的黄土地基，经预浸法处理后，浅层黄土可能仍具外荷湿陷性，需做浅层处理。

预浸水法用水量大、工期长，一般应比正式工程至少提前半年到一年进行，浸水前沿场地四周修土埂或向下挖深50cm，并设置标点以观测地面及深层土的湿陷变形，浸水期间要加强观测，浸水初期水位不易过高，待周围地表出现环形裂缝后再提高水位，湿陷性变形的观测应到沉陷基本稳定为止。预浸水法用水量大，对于缺水少雨、水资源贫乏地区，不易采用，当土层下部存在隔水层时，预浸时间加大，工期延长，都将是影响工程的因素。

2.6 深层搅拌桩法 深层搅拌桩是复合地基的一种，近几年在黄土地区应用比较广泛，可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便、快捷、无振动，基本不挤土，低噪音等特点。

深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入粘土后，与粘土中的水分发生水解和水化反应，进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不溶于水的稳定的结晶化合物，这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应，使水泥有一定的强度，从而使地基土达到承载的要求。

深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工两种，干法施工就是“粉喷桩”，其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅拌机械喷入土中并搅拌而成。因为输入的是水泥干粉，因此必然对土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量较低时，很容易出现桩体中心固化不充分、强度低的现象，严重的甚至根本没有强度。在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况。因此，应用粉喷桩的土层中含水量应超过30%，在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好。对于土的天然含水量过高或过低时都不允许采用。3 结语

湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，应根据不同的地基土质和不同的结构物，对地基处理选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别等重要地质参数，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。而不能一味的追求经济利益，对工程质量视而不见，终将导致无可挽回的后果。

湿陷性黄土的湿陷系数 湿陷性黄土开挖放坡系数篇二

寒冷地区路基冻害整治（2006-3）

[ 2006-9-28 ]

铁建齐齐哈尔勘测设计院 蔡松昆

路基冻害是严寒地区影响铁路安全及正常运营的常见病害，它与寒冷的气候有关，冰冻线能达到相当深度，又涉及到土的特性。在哈局管内的各种路基病害中，路基冻害因其分布广、时间长、工作量大、影响行车非常严重而占首位。如何整治路基冻害，减少维修养护工作量，确保行车安全受到各级领导高度重视。

路基表层冻害的防治

一是排水及隔水。其目的在于排除地表水或降低疏导地下水，以及隔断下层水，以消除或减少路基土体的冻胀。具体措施包括：地表排水——通过修建侧沟、天沟、排水沟、排水槽、截水沟等，尽一切可能使地表排水畅通，并将大量地表水由桥梁及涵洞排走；基床排水——通过基床整形（平整基床及路肩）、挖除道碴陷槽、路肩换渗水性土壤、加设横向盲沟、纵向盲沟、横向排水管等排水；排除地下水——通过截水明沟、渗水暗沟（截水渗沟、边坡渗沟、支撑渗沟）、渗水隧洞等排水；隔水——利用塑料薄膜、聚苯乙烯薄板、聚氯乙烯软板材料制成的隔水层或树脂类注入等方式，隔断毛细水的上升及隔断冬季土冻结时所产生的水分向上迁移。

二是改土。其目的是换除路基土体中的不均匀土质或改良土的性质，以消除或减少路基土体的冻胀。

三是隔温。其目的是使冻胀性土脱离冻结层或部分脱离冻结层，从而消除或减少路基土体的冻胀。

路基深层冻害的防治

路基深层冻害产生在路基基床土体的下部。根据均质土体的冻胀情况来看，冻胀强度最大的部位均发生在路基表层，只有当地下水位较接近最大冻结深度时或在最大冻结深度内时，则最大的冻胀才发生在下部。只有当开式析冰系统时，其下部的冻胀土才产生一定的冻胀，而且冻胀发生在冻结期的后期（约2～3月份）。所以防治深层冻害主要是整治地下水。

多年冻土地区路基的构成，其上部为季节融化层，下部为多年冻土层。所以它除了上部的季节融化层具有季节冻土地区路基冻害的特点外，下部则有多年冻土路基的特殊病害——路基热融沉陷、路基冻融坍塌、路堑边坡热融滑坍及路堤边坡表层滑坍。多年冻土地区路基特殊病害的防治总的概括为两大类：一是在使用中保持土冻结状态的原则（即采用保温措施等），这种原则适用于含冰丰富的冻土或厚层地下冰地带；二是在使用中冻土可以融化或局部融化，或控制融化速度，这一原则一般使用于厚度较薄的冻土层或含冰量局部较大的岛壮冻土地带。

路基冻害成因

牙林线k92+00～k92+845位于岩山—育林区间，为连续并垂直衔接的多年冻土地带，年平均气温-2℃，多年冻土上限为0.9m，线路位于阳坡沟谷地段，地势较平坦，路堤高1.5m，路堑高1.3m，路堤填料为砂粘土。线路右侧有两处积水坑，形成潜流及渗透作用。地表塔头草及灌木丛生，泥炭层厚0.4m，基底冻结上限下降大于1.50m，上限以下为冰土互层（含冰40%）,冬季形成冻害，最大冻高150mm，夏季融后流动路基下沉累计达900mm。下沉时间为7～9月，尤以雨后为大。

地温动态：基底地温明显升高，在路基面以下5m深度范围内，一般较自然地温高2～5℃，多年冻土上限比正常的0.9m下降1.5m，剖面成u型槽，且偏于路基中心的右侧。在基底下地温最低时仍有0～0.3℃的正常温存在。

水温水位动态：凡路基冻害较大及路基严重下沉地段的基底融化槽内均存在自由水，它们由线路右侧的积水坑补给，透过基底，并在基底进行热交换。

上述地质地貌和病害特点可知，基底富冰冻土是路基下沉的内部原因，积水坑水的渗入及积存所引起的热交换作用则是其外部原因。每年10月份进入冻结阶段，气温逐渐下降到0℃以下，路基土层中的水分逐渐冻结，冻结层对下层未冻土中的自由水有较大的吸附作用，积水坑的水源不断地补充到冻结层，使得冻胀体不断增大，形成冻害。地表塔头泥炭产生压缩下沉，恶化了地表的径流条件。由于近距离内无纵向排水设备，造成积水坑长期积水，并向基底内渗入。因为水有巨大的潜热，使基底多年冻土的自然热平衡条件遭到破坏，导致多年冻土上限下降，使含水量甚大的淤泥质砂粘土层在融化的同时，不但强度急剧下降，还产生压塑变形，从而形成融化槽。

路基冻害及融沉的整治

根据路基冻害及融沉产生的原因及特点，确定整治原则是保护多年冻土，隔离积水坑向基底渗入的水源，消除热源，采取必要的保温措施，以促使融化槽消失，从根本上改变基底的热平衡状态以达到彻底根治的目的。即采用eps板保温层和土工布挡水层相结合的综合整治措施，具体方案如下：

在k92+000～k92+460及k92+660～k92+845处线路右侧（积水坑侧）路基坡角处开挖深2.7 m，宽0.5m的沟，沟的右侧铺设不透水土工布进行封闭，然后向沟内回填原状土，并将土工布向路基边坡处回折覆盖在回填土表层，土工布上边夯填长1.5m、厚20cm的原状土。按4‰的坡度向路基外顺坡。

在k92+450～k92+845处路基面下0.2m处铺设厚 5cm、宽7.5m的eps板保温层，eps板上、下各设20cm厚的砂垫层。路肩夯填 0.2m厚的土毛子（应在春融前施工）。

采用上述措施的目的是不允许积水坑的水向基底内渗入，由于eps板的保温隔热功能对多年冻土起到了保护作用，提高基底多年冻土的上限，以消除路基冻害和热融下沉，尤其在春融期线路回落平稳，整治效果显著。□

湿陷性黄土的湿陷系数 湿陷性黄土开挖放坡系数篇三

湿陷性黄土对铁路工程的影响研究期刊门户-中国期刊网2009-7-16来源:《企业技术开发(下半月)》2009年第4期供稿文/宋建波

[导读]本文对黄土的成因、黄土的湿陷性及敏感性、黄土的湿陷性对桩基沉降的作用、黄土湿陷处理措施以及黄土路基工后沉降评估问题进行了分析和研究。

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湿陷性黄土对铁路工程的影响研究

宋建波

（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津300450）

作者简介：宋建波，中铁十八局集团第五工程有限公司。

摘 要：黄土在天然含水率时一般呈坚硬或硬塑状态且具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性，但遇水浸湿后，部分黄土即使在其自重作用下也会发生剧烈的沉陷，强度也随之迅速降低。本文对黄土的成因、黄土的湿陷性及敏感性、黄土的湿陷性对桩基沉降的作用、黄土湿陷处理措施以及黄土路基工后沉降评估问题进行了分析 和研究。

关键词：湿陷性；黄土；铁路工程

由于黄土特殊的工程性质(水敏性、大孔性、结构性)，黄土地区的铁路工程建设常常会出现多种工程病害，如深挖方边坡的坍塌，高填方路堤的不均匀沉降，地基 承载力低，高湿度黄土中隧道的塌方和既有线黄土隧道出现拱部裂缝，桩基因负摩擦作用的变形和破坏等多方面的问题。其中黄土湿陷性问题最为突出，给铁路运营 和养护带来的危害也最大。天然黄土在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉 的，称为湿陷性黄土。当黄土作为建筑物地基时，为了恰当考虑湿陷对建筑物的影响，需采取相应的措施，分析、判别黄土是否属于湿陷性的、其湿陷性强弱程度以 及地基湿陷类型和湿陷等级，是黄土地区工程勘察与评价的核心问题和工程设计的基础。黄土的成因

黄土是一个复杂而巨大的地质系统，因此，关于黄土成因的研究，己有百余年的历史，中外学者先后提出了十多种不同成因的假说，其中主要是风成说、水成说和多 成因说三大类型。一般认为，典型的、或原生的黄土主要是风成黄土。黄土状土或次生黄土多为其他成因的黄土(如冲积，洪积，坡积，湖泊沉积，冰水沉积，洪积 一坡积，洪积一冲积，残积一坡积，冲积一坡积等)或经过其它营力改造过的风成黄土。

2黄土的湿陷性及敏感性

黄土的湿陷性是指黄土在天然低湿度下往往具有明显的高强度和低压缩性，但遇水浸湿后会发生变形大幅度突增和强度也随之迅速降低的现象。对黄土湿陷性的研 究，主要侧重于湿陷机理、影响因素、指标选择、评价方法以及工程应用诸方面。近年来，黄土工程性质的研究出现了由侧限压缩到三轴压缩，由常规三轴应力路径 到多种复杂应力路径，由浸水湿陷量到湿陷敏感性，由狭义的浸水(饱

和)湿陷到广义的增湿湿陷，由单调的增湿变形到增、减湿和间歇性的湿陷变形，由增(减)湿路径到增(减)湿路径与加(卸)荷路径的祸合，由湿陷性到湿剪性以及由宏观特性分析到宏、微观结合的力学特性分析等诸多方面的发展，丰富了对黄土湿陷性 的认识，缩短了黄土湿陷性与工程实际应用之间的距离。湿陷类型和湿陷等级不能完全表达湿陷性黄土的全部工程性质，对于自重湿陷性黄土，还应研究湿陷敏感 性。根据敏感性指标，可将自重湿陷性黄土地基按敏感性分为:很敏感、不很敏感、不敏感三类，对湿陷量(等级)相同但敏感性不同的自重湿陷性黄土应区别对 待。黄土的湿陷性对桩基沉降的作用

湿陷性黄土地基中单桩在竖向荷载作用下的沉降量由桩体自身的弹性压缩变形、桩底下部土体在自重应力作用下的变形以及桩底下部土体在附加应力(包括负摩擦 力)作用下的变形三部分组成。影响单桩沉降的因素很多，主要因素包括桩长、桩与土的相对压缩性、土层性质、荷载大小以及荷载作用时间、桩侧桩端各自分担的 荷载比及桩侧阻力沿桩身的分布图式等。一般而言，单桩沉降量随桩的长径比和桩土刚度比的减少而增大，随桩底处持力层的弹性模量与桩周土的弹性模量之比值的 增大而减小。湿陷性黄土地基中的桩基由于黄土的浸水湿陷在桩体侧壁上形成负摩擦力，负摩擦力产生的下拉荷载必然加大桩基的沉降，因此，湿陷性黄土地基中单 桩的沉降量除上述这些影响因素外，还有负摩擦力的影响。所以，在验算桩基沉降时需考虑负摩擦力的作用。就黄土的湿陷性对桩基沉降的影响而言，负摩擦力值越 大，中性点越低，下拉荷载就越大，对桩基沉降的影响也就越显著。黄土的湿陷性对桩基沉降的主要作用有:

①湿陷性黄土层越厚，湿陷等级越高，对桩基沉降的影响越大。

②同一种黄土，当含水率较低时，负摩擦力相对较大，对桩基沉降的影响也大，随着含水率的增大，负摩擦力会减小，对桩基沉降的影响也会减少。

③桩的长径比越小，截面刚度越大，负摩擦力越大，中性点也越深，对桩基沉降的影响也越大。

④桩底持力层的刚度越大，桩受到的负摩擦力越大，中性点深度越深，对桩基沉降的影响越大。黄土湿陷处理措施

当黄土地基的湿陷变形、压缩变形或承载力不能满足设计要求时，要针对不同的建筑类别和黄土的湿陷特点，采用经济合理的处理措施。目前我们已经由早期的大开 挖逐渐发展到后来的垫层(灰土或砂石)、强夯(表面强夯、深孔强夯、置换强夯)、挤密(灰土桩，水泥土桩，二灰桩、ddc)、沉桩(预制打入桩、钻孔灌注 桩、大径扩底灌注桩、水泥搅拌桩)、化固(单液法，双液法，碱液法，水泥浆灌注法)和预湿等，这些方法与设计中基本防水，检漏防水和严格防水等不同的等级 以及施工中的施工防水等防水处理措施的结合成了黄土地基设计施工中的一个重要理念。黄土一般为粉质赫土或粉土，当用黄土直接作填料用于铁路建设当中时，其 压实性质、稳定性和水稳性均较难达到路基工程的要求，因此需将黄土进行改良填筑，其黄土改良方法主要是掺加水泥、石灰等掺和料，这样改良后黄土的强度、变 形特征、水稳性都会有大的改善和提高。黄土路基工后沉降评估

路基的变形一般可分为路基的工后沉降和路基的弹性变形及塑性变形两类。工后沉降为路基竣工开始铺轨后产生的沉降，它由路基本体的压密变形和地基的沉降变形 两部分组成。实测资料表明，当填料及压实度满足要求时路基填筑部分的压密沉降仅占填土高度的0.1—0.5%，且一般在一年左右即可完成，所以，路基工后 沉降主要是由地基沉降引起的沉降量。工后沉降的控制是路基上铺设无碴轨道的关键，在铺设无碴轨道之前，为保证路基的工后沉降和变形符合设计要求，必须对路 基变形作系统的评估。勘察设计阶段，可根据地质条件、土层物理力学参数、填土高度、地基加固措施、工期等计算总沉降量及工后沉降量，以便选择合理的地基加 固措施。由于地层的不均匀性、参数选取的精度、计算方法的局限性以及施工过程等因素的影响，设计阶段的沉降计算只能是一种估算，其精度难以满足客运专线标 准要求。因此，客运专线沉降控制必须根据施工期间和路基填筑完成或施加预压荷载后不少于6个月的观测期和调整期的实测沉降数据，采用数学方法对最终沉降 量、沉降速率、工后沉降量进行推算，借此确定铺轨时间。结语

由于黄土工程地质性质的复杂性，因此需要进一步结合区域黄土的地貌特征、成因、地层结构特征、物理力学性质和湿陷性特征对浸水试验工点湿陷性结果的差异性做出合理的解释和分析，为铁路建设的湿陷性问题提供可靠的数据支持以及处理方法。

参考文献：

［1］铁道科学研究院高速铁路技术研究总体组．高速铁路技术［m］．北京:中国铁道出版社，2005．

［2］周长江．高速铁路发展概况及展望［j］．建筑设计，2005．

［3］姜志武．高速铁路发展概况［j］．科技信息，2007．

［4］钱立新．世界高速铁路技术［m］．北京:中国铁道出版社，2003．

湿陷性黄土的湿陷系数 湿陷性黄土开挖放坡系数篇四

院 系：专 业：姓 名：学 号：

实

习

总

结

城市与环境学院 10级土木工程1班 任永强 0802100107 湿陷性黄土地基处理

一、黄土的分布及特征

黄土分布广泛，在欧洲、北美、中亚等地均有分布面积达1300万km2，占地球面积2.5%以上。我国是黄土分布面积最大的国家，总面积约64万km2。西北、华北、山东、内蒙古及东北等地均有分布。黄河中游的陕、甘、宁及山西、河南等省黄土面积广、厚度大，属黄土高原。

黄土是以粉粒为主，含碳酸盐，具有大孔隙，质地均一，无明显层理而有显著垂直节理的黄色陆相沉积物。

典型黄土具备以下特征: 1颜色为淡黄、褐黄和灰黄色。○2以粉土颗粒（0.075～0.005 mm）为主，约占60%～70%。○3含各种可溶盐，主要富含碳酸钙，含量达10%～30%，对黄土颗粒有一定○的胶结作用，常以钙质结核的形式存在，又称姜石。

4结构疏松，孔隙多且大，孔隙度达33%～64%，有肉眼可见的大孔隙、虫○孔、植物根孔等。

5无层理，居柱状节理和垂直节理，天然条件下稳定边坡近直立。○6具有湿陷性。○

二、黄土的成因及分类

黄土按成因分为原生黄土和次生黄土，一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运和重新沉积而形成的为次生黄土，具有层理，并含有较多的砂砾和细砾。

黄土一般分为湿陷性黄土、非湿陷性黄土。在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土称之为湿陷性黄土；在一定压力下受水浸湿，无显著附加下沉的黄土称之为非湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土、非自重湿陷性黄土。由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大，因此其湿陷性也有较大差别，有些湿陷性黄土受水浸湿后的土的自重压力下就产生湿陷，而另一些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷，前者称为自重湿陷性黄土，后者称为非自重湿陷性黄土。一般将黄土开始湿陷时的相应压力称为湿陷起始压力，可看作黄土受水浸湿后的结构强度。当湿陷性黄土实际所受压力等于或大于土的湿陷起始压力时，土就开始产生湿陷。反之，如果小于这一压力，则黄土只产生压缩变形，而不发生湿陷变形。

三、湿陷性黄土的工程性质

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，故在润陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。

1、湿陷性黄土的颗粒组成

我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，占总重量约60%～70%，而粉土颗粒中又以0.005mm～o.01mm的粗粉土颗粒为多，占总重约40.60%，小于0．005mm的粘土颗粒较少，占总重约14.28%，大于0．01m的细砂颗粒占总重在5%以内，基本上无大于0.25mm的中砂颗粒。我国湿润陷性黄土的颗粒从西北向东南有逐渐变细的规律。

黄土是干旱或半干旱气候条件下的沉积物，在生成初期，土中水分不断蒸发，土孔隙中的毛细作用，使水分逐渐集聚到较粗颗粒的接触点处。同时，细粉粒、粘粒和一些水溶盐类也不同程度的集聚到粗颗粒的接触点形成胶结。粗粉粒和砂粒在黄土结构中起骨架作用，由于在湿陷性黄土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接触，能直接接触的大多为粗粉粒。细粉粒通常依附在较大颗粒表面，特别是集聚在较大颗粒的接触点处与胶体物质一起作为填充材料。粘粒以及土体中所含的各种化学物质如铝、铁物质和一些无定型的盐类等，多集聚在较大颗粒的接触点起胶结和半胶结作用，作为黄土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结晶作用被牢固的粘结着，故使湿陷性黄土具有较高的强度，而遇水时，水对各种胶结物的软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷。

2、湿陷性黄土的湿度和密度

湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉，除上述在遇水时颗粒接触点处胶结物的软化作用外，还在于土的欠压密状态，干旱气候条件下，无论是风积或是坡积和洪积的黄土层，其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度，在其形成过程中，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层的压密欠佳。接近地表2--3米的土层，受大气降水的影响，一般具有适宜压密的湿度，但此时上覆土重很小，土层得不到充分的压密，便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的充分条件。

3、湿陷性黄土的压缩性

压缩性反映地基土在外荷载作用下产生压缩变形的大小。对湿陷性黄土地基而言，压缩变形是指地基土在天然含水量条件下受外荷载作用时所产生的变形，它不包括地基土受水浸湿后的湿陷变形。

一般在中更新世末期和晚更新世早期形成的湿陷性黄土多为中等偏低，少量为低压缩性土；晚更新世末期和全新世黄土多为中等偏高，有的甚至为高压缩性土，新近堆积黄土的压缩性多数较高。

4、黄土的抗剪强度

黄土的抗剪强度主要取决于土的含水量和密实程度。当含水量越低，密实程度越高，则抗剪强度越大。当黄土的天然含水量低于塑限时，水分变化对强度影响最大，随含水量的增加，土的内摩擦角和黏聚力都降低较多，但当天然含水量大于塑限时，含水量对抗剪强度的影响减小，而超过饱和含水量时，抗剪强度变化不大。当土的含水量相同，则密实程度越大，即土的干重度越大，抗剪强度越大。在浸水过程中，黄土湿陷处于发展状态，此时，土的抗剪强度降低最多，但当黄土的湿陷压密过程已基本结束，此时土的含水量虽然很高，但抗剪强度却高于湿陷过程。因此，湿陷性黄土处于地下水位变动带时，其抗剪强度最低，而处于地下水位以下的黄土，抗剪强度反而高些。

四、湿陷性黄土地基的处理原则

《湿陷性黄土地区建筑规范》（gb 50025-2004）对湿陷性黄土地区建筑物的设计和施工按建筑物的类别及场地的湿陷类型、等级相应提出了不同的措施要求。其中设计措施分为地基处理措施、防水措施和结构措施。各类建筑物的设计应根据建筑物的分类和场地土的湿陷类型、湿陷等级采取以地基处理为主的综合措施。地基处理措施主要用于改善土的物理学性质,减少或消除地基的湿陷变形；防水措施和结构措施一般用于地基不处理或用于消除地基部分湿陷量的建筑，以弥补地基处理的不足。

对地基受水浸湿可能性大或对不均匀沉降有一定限制的一般工业与民用建筑物，即乙类建筑物，设计措施的原则是当地基发生湿陷时,能保证主体结构安全,次要部位易于修复。在ⅱ级,ⅲ级自重湿陷性黄土地基上的乙类建筑及丙类建筑物，若以地基处理为主时,其处理厚度应控制剩余湿陷量分别小于20 cm和30 cm ,并且应采取适当的防水措施和结构措施；如以防水措施为主时,仍不能忽视地基处理的重要性,尽量减少地基的剩余湿陷量,以保护防水措施免遭破坏。

五、湿陷性黄土地基处理的方法

湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，根据不同的地基土质和不同的结构物，地基处理应选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。

湿陷性黄土地基的处理方法依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（gb50025-2004）推荐有换填垫层法、重锤表面夯实法、强夯法、预浸水法、挤密法、桩基础法等。

1、换填垫层法

换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分析，进行换填垫层的设计和选择施工方法。该法是将基础底面以下一定深度范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的填料分层填充，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。

垫层可以选用的填料有砂石（包括碎石、卵石、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质）、粉质粘土（用于湿陷性黄土的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块）、灰土（土料宜用粉质粘土，石灰用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5㎜，体积配合比宜为2：8或3：7）、粉煤灰、矿渣（指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣）、其他工业废渣（要求质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害）、土工合成材料等。

经该方法处理过的人工地基或垫层，可以把上部荷载扩散到下面的下卧层，以满足上部建筑所需的地基承载力和减少沉降量的要求。当垫层下面有较软土层时，也可以加速软弱土层的排水固结和强度的提高。此法用于湿陷性黄土地基可以消除地基的湿陷性。

2、重锤表面夯实法

重锤表层夯实是在基坑内的基础底面标高以下待夯实的天然土层上进行的。它与换填土垫层法相比,可少挖土方工程量,而且不需要回填，其夯实土层与土垫层的作用基本相同。

重锤表层夯实加固原理是将18～30kn的重锤提高到4～5m后自由落下，并如此重复夯打，使土的密度增大，土的物理力学性质改善，以减少或消除地基的变形。

在重锤夯实区域附近有建筑物以及正在进行砌筑工程或浇筑混凝土时，应注意防止建筑物、砌体和混凝土因受振动而产生裂缝，应采取适当的措施。

3、强夯法

强夯法的加固原理是利用夯锤自由落下产生的冲击波使地基密实。这种冲击引起的振动在土中以波的形式向地下传播。这种振动波可分为体波和面波两大类。

强夯理论认为：压缩波大部分通过液相运动，使孔隙水压力增大，同时使土粒错位，土体骨架解散，而随后的剪切波使土颗粒处于更加密实的状态。

现在一般的看法是，地基经强夯后，其强度提高过程可分为：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密；土体液化或土体结构破坏；排水固结压密；触变恢复并伴随固结压密。

4、预浸水法

采用预浸水法处理地基，应符合下列规定：

(1)浸水坑边缘至既有建筑物的距离不宜小于50m，并应防止由于浸水影响附近建筑物和场地边坡的稳定性。

(2)浸水坑的边长不得小于湿陷性黄土土层的厚度，当浸水坑的面积较大时，可分段进行浸水。

(3)浸水坑内的水头高度不宜小于300mm，连续浸水时间以湿陷变形稳定为准，其稳定标准为最后5d的平均湿陷量小于1mm/d。

(4)预浸水法宜用于处理湿陷性黄土层厚度大于10m，自重湿陷量的计算值不小于500mm的场地。浸水前宜通过现场试坑浸水试验确定浸水时间、耗水量和湿陷量等。

5、挤密法

灰土挤密桩或土挤密桩通过成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内的土被挤向周围，使桩间土得以挤密，然后将备好的灰土或素土（粘性土）分层填入到桩孔内，并分层捣实至设计标高。用灰土分层夯实的桩体，称为灰土挤密桩；用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受基础的上部荷载。夯实水泥土桩也属于挤密桩

灰土挤密桩和土挤密桩，在消除土的湿陷性和减小渗透性方面，其效果基本相同或差别不明显，但土挤密桩地基的承载力和水稳性不及灰土挤密桩。

6、桩基础法 可使用各种类型的桩穿透湿陷性土层，把上部结构的荷载通过桩尖(或扩大头)传到非湿陷性土层上。桩基础起着向深处传递荷载的作用,而不在于消除土体本身的湿陷性。湿陷性黄土浸水后桩身与土之间的摩擦力大大降低,在自重湿陷性黄土中还会产生负摩擦力。爆扩桩一般适用于穿透不大于8 m 的湿陷性黄土层。对非自重湿陷性黄土地基，其扩大头应支撑在压缩性较低的非湿陷性土层上，对自重湿陷性黄土地基则应支撑在密实的非湿陷性土层上。机械或人工成孔的灌注桩和预制桩可用于穿透厚度较大的湿陷性黄土层。扩底灌注桩的支撑条件应与爆扩桩的要求相同。不扩底的灌注桩和预制桩应支撑密实的非湿陷性土层或岩层上。

六、建议

上述几种湿陷性黄土地基的处理方法,近年来在工程建设中被广泛使用,都取得了良好的效果。随着科学技术的迅速发展,对湿陷性黄土地基的处理方法会越来越多,效果也会越来越好。地基处理的设计和施工应符合技术先进、确保质量、安全适用和经济合理的要求。各种地基处理方法都有一定的适用范围，在选用时一定应特别重视。建议用多因素法优选地基处理方案，因地制宜特别重要。只有在湿陷性黄土的处理过程中，仔细琢磨、因地制宜采取合适的方法，提高从事处理湿陷性黄土工作队伍的整体素质，并且要注意环境，不能造成环境的污染，广泛发展适用于各地、各种条件下处理方法，避免片面性，才能保证及延长建筑的使用寿命。

湿陷性黄土的湿陷系数 湿陷性黄土开挖放坡系数篇五

增湿作用下某湿陷性黄土隧道沉降变形分析

摘要：为了研究湿陷性黄土地区隧道工程的稳定性，对郑西高铁某隧道的沉降变形情况进行了分析，分析了增湿情况下的黄土的含水量变化情况，对其湿陷性及湿陷引气的隧道沉降变形进行了分析，希望对湿陷性黄土地区的隧道变形提供帮助。

关键词：黄土;冻融循环;含水量;稳定性

由于新黄土在形成过程中气候干燥，土中所含的碳酸盐、硫酸钙等在土的颗粒表面析出胶结物与粘粒的结合水、毛细水共同形成较好的粘结性，使土在自重作用下形成具有大孔隙的黄土，不能达到正常固结，常处于欠固结状态。这类黄土一旦被水浸湿后，由于水分子楔入颗粒间，破坏原来的联结及造成盐类溶解，使土的抗剪强度降低，土体在自重或上部荷载的附加作用下产生显著的下沉变形，造成上部建筑物的沉降变形，形成病害，这就是黄土的湿陷性。

对于湿陷性黄土隧道增湿作用下研究，国内外研究主要集中在以下方面。田宝华[1]以某一铁路客运专线试验段工程为例，对湿陷性黄土地基处理方法与效果、复合地基承载力与沉降分析计算，控制路基沉降措施等方面进行了探讨。常秀峰[2]结合吴子高速张家沟隧道左右线2座大断面湿陷性黄土隧道的施工，分析并总结出地表沉降开裂、拱顶下沉、水平收敛和开挖工序、雨水的关系和变形规律，由此提出大断面湿陷性黄土隧道施工变形控制的措施，并提出变形需进一步研究探讨的设计和施工建议。邵生俊[3]结合试验得出的湿陷系数计算隧道下地基土在实际压缩应力条件下的湿陷变形量。在考虑黄土结构性的条件下，利用太沙基公式计算隧道围岩应力，得到了围岩压力随黄土结构的变化关系。朱国保[4]针对黄延高速hy-08标段汉寨隧道的地质特点，研究了湿陷性黄土公路隧道包括开挖、支护、二衬及监控量测等几个主要工序中不同于其它地质条件下的隧道施工值得注意的关键问题。张茂花[5]通过实验总结了黄土实现变形和抗剪强度指标随饱和度以及压力变化的规律，建立了湿陷性黄土增（减）湿变形的本构模型。王梅[6]通过对不同湿陷性黄土土工试验，借助扫描电子显微镜测试技术，提出了黄土湿陷的主要构造因素，总结了微结构特征与湿陷性之间的统计关系。张茂花[7]分别采用单线法和双线法对原状q3黄土进行了增、减湿情况下的单轴压缩试验，总结了黄土的压缩变形随饱和度变化的规律。

为了揭示黄土隧道运行期可能浸水增湿引起的沉降变形，应用有限差分法首先进行开挖施工过程，确定成洞后围岩的应力场。然后，依据地表浸水入渗计算结果，考虑黄土增湿引起的自重增加和变形模量减小，再进行增湿变形计算。某客专湿陷性黄土隧道工程概况

某客专沿线黄土一般均具有湿陷性，本线湿陷性黄土的特征是湿陷厚度大，场地湿陷等级高。宝鸡-太宁沟段渭河高阶地和黄土残塬区多具自重湿陷性，湿陷性黄土厚度可达10～18m，湿陷等级ⅱ～ⅲ级;太宁-元龙段西秦岭中山区湿陷性黄土零星分布;元龙-天水段分布广泛，厚度10～30m，多具自重湿陷性，湿陷性黄土厚度10～22m，湿陷等级一般为ⅲ级（严重）～ⅳ级（很严重）;天水至兰州黄土高原梁峁区等地段，均为自重湿陷性场地，湿陷性黄土层厚度20～25m，最厚达40m，湿陷等级为ⅲ（严重）～ⅳ级（很严重）的自重湿陷性黄土;雷坛河阶地及兰州西站黄河二级阶地，湿陷性黄土层厚度可达17m，湿陷等级为ⅱ级（中等）～ⅲ级（严重）自重湿陷性黄土。分析和模拟方法

本次计算采用flac3d有限差分数值模拟软件模拟隧道施工过程，隧道的开挖采用程序内置的空单元模型（null）来实现，空单元区域的应力被设置为零，在这些区域中没有重力作用。支护结构的模拟分为超前支护的模拟、掌子面支护的模拟和衬砌结构的模拟，初衬采用壳单元（shell）模拟;二衬采用实体单元进行模拟，其实现方式为将钢筋混凝土的参数赋予代表二衬的单元材料;小导管超前支护采用beam结构单元+加固圈模拟，beam结构单元模拟超前小导管，加固圈即超前注浆加固区域，实现方式与二衬的模拟相同。

针对某隧道在不同的隧道埋深和入渗边界条件下，进行应力和变形计算，分别选取五种隧道埋深，并考虑不同的入渗边界条件。对于隧道场地区域内存在陷穴的情况，以某隧道为例，考虑隧道埋深及不同的入渗边界条件，选择隧道埋深为5m，入渗边界条件为降雨+蒸发和降雨+蒸发+灌溉。湿陷性黄土隧道增湿沉降分析

计算采用摩尔―库伦模型，由某隧道所选取的各种计算参数，其中，体积模量k和剪切模量g可根据计算公式由压缩模量es确定的变形模量及泊松比μ得出。在考虑降雨及降雨和灌溉同时作用的情况下，根据渗流计算的结果，确定出洞室顶部由于水体入渗导致含水量变化较大和相对变化较小的区域。考虑降雨条件下某隧道埋深5m时，工后增湿变形和洞底竖向应力变化较大。

由于隧道衬砌结构横断面近似为圆形，所以隧道衬砌结构阻水引起的隧道拱顶洞周浸润范围为半圆形和扇形，促使隧道围岩土体增湿变形引起地表横断面沉降形状为类似沉降槽正态分布曲线形状。拱底围岩土体增湿变形横断面沉降形状与地表的一致。对于隧道而言，隧道拱底湿陷变形对隧道衬砌结构危害最大。围岩拱底增湿变形在洞底以下的随埋深的增大逐渐减小。降雨和降雨灌溉引起增湿变形导致隧道拱底竖向应力的变化较小。降雨灌溉引起隧道围岩湿陷性变形促使的地表沉降，较降雨的要大;对于隧道拱底围岩湿陷性变形、拱底围岩应力影响较小，降雨灌溉与降雨基本一致。随着埋深的增加，湿陷性变形引起地表沉降、拱底沉降均增大而增大，这是由于隧道在深埋时，湿陷性土层厚度的增大，围岩压力也增大，引起的增湿变形较大。某隧道不同埋深的降雨和降雨灌溉引起拱底最大沉降量为1.85mm～5.75mm。

4结论

研究可得，湿陷性黄土地区，增湿作用会有效地加大隧道的围岩变形，降低隧道的稳定性，在湿陷性黄土隧道地区，对隧道的安全性应考虑增湿等情况的影响。

参考文献（references）：

田宝华.客运专线湿陷性黄土地基处理与沉降控制措施探讨[j].北京：铁道建筑技术.2005.04：6-13 常秀峰.浅埋大断面湿陷性黄土隧道地表变形规律分析[j].北京：施工技术，2010.39（增刊）：309-311 邵生俊，杨春鸣，焦阳阳，等.湿陷性黄土隧道的工程性质分析[j].武汉：岩土工程学报，2023，35：1580-1590.朱国保，张志强.湿陷性黄土公路隧道的施工要点[j].北京：隧道建设，2006，26：60-61 张茂花.湿陷性黄土增（减）湿变形性状试验研究.[硕士学位论文] [d].西安：长安大学.2002 王梅.中国湿陷性黄土的结构性研究.[博士学位论文] [d].山西：太原理工大学.2010 张茂花，谢永利，刘保健.增（减）湿时黄土的压缩变形特性分析[j].湖南：湖南科技大学学报（自然科学版）.2007（22）：50-55