黃土狀壓實(shí)填土壓縮和強(qiáng)度特性研究.pdf

1、隨著改革開(kāi)放和現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，社會(huì)化進(jìn)程不斷加快。然而建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、城市化進(jìn)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(wèn)題日益突出。開(kāi)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(wèn)題。我國(guó)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(jì)建設(shè)加快發(fā)展過(guò)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(guó)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(duì)黃土狀填土的巖土工程問(wèn)題逐漸凸顯。長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)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(qiáng)度、變形或結(jié)構(gòu)方面的系統(tǒng)研究尚不多見(jiàn)。
　　未經(jīng)處理或處理不當(dāng)?shù)奶钔恋鼗?，往往存在不均勻沉降或過(guò)大沉降等問(wèn)題，從而引發(fā)上部建（構(gòu)）筑物開(kāi)裂、下沉等各種工程事故。壓實(shí)或強(qiáng)夯是目前處理填土地基最常用的手段，而填土的壓實(shí)質(zhì)量直接影響地基或路基的工程質(zhì)量，保證填土壓實(shí)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“壓實(shí)黃土的強(qiáng)度與變形影響因素及其微觀結(jié)構(gòu)研究(51178287)”為依托，對(duì)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(jìn)行了分析研究，揭示了黃土的壓實(shí)特性以及壓實(shí)黃土強(qiáng)度、變形等變化規(guī)律受擊實(shí)含水量、擊實(shí)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(duì)壓實(shí)黃土及其受浸水影響表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了合理的解釋。為進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)和把握壓實(shí)黃土的工程力學(xué)特

4、性，正確評(píng)價(jià)壓實(shí)黃土的性狀及壓實(shí)質(zhì)量，有效開(kāi)展黃土地區(qū)回填工程設(shè)計(jì)、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(shí)意義。主要成果整理如下:
　　(1)壓實(shí)黃土試樣在不浸水時(shí)的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)均隨擊實(shí)含水量增加而降低，壓縮變形隨擊實(shí)含水量增加而增大。不同含水量范圍內(nèi)壓實(shí)黃土的強(qiáng)度和變形隨擊實(shí)能增長(zhǎng)的變化規(guī)律不同，在最優(yōu)含水量干側(cè)壓實(shí)的土體，擁有較高的強(qiáng)度指標(biāo)和較低的壓縮性。但擊實(shí)的作用使得壓實(shí)黃土的結(jié)構(gòu)不同于原狀黃土，在較小

5、含水量擊實(shí)下的土體更具親水性，從而造成遇水軟化、強(qiáng)度降低等現(xiàn)象。相對(duì)而言，在最優(yōu)含水量濕側(cè)壓實(shí)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(duì)壓實(shí)黃土壓縮應(yīng)變的影響最大，而垂直壓力對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響最大;單因素分析時(shí)擊實(shí)能的影響相對(duì)較小，但擊實(shí)能與含水量的交互作用對(duì)于壓實(shí)黃土壓縮變形和抗剪強(qiáng)度的影響都比較大。
　　(3)當(dāng)壓力不超過(guò)400kPa時(shí)，壓實(shí)黃土的εs-p關(guān)系可用雙曲線模型擬合，但對(duì)于較大壓力范

6、圍內(nèi)壓實(shí)黃土的εs-p關(guān)系采用冪函數(shù)模型擬合更符合實(shí)際。在冪函數(shù)擬合基礎(chǔ)上，提出了采用改進(jìn)的割線模量法計(jì)算填土地基沉降量公式，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(4)相同擊實(shí)能作用下，壓實(shí)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(qiáng)應(yīng)變硬化的變化趨勢(shì)?？蓪⒆顑?yōu)含水量作為區(qū)分壓實(shí)黃土試樣應(yīng)變軟化和應(yīng)變硬化的分界含水量。
　　(5)壓實(shí)黃土的微結(jié)構(gòu)類(lèi)型為團(tuán)粒體結(jié)構(gòu)，基本單元體以團(tuán)粒為主，孔隙主要

7、包括團(tuán)粒間孔隙和團(tuán)粒內(nèi)孔隙兩種。相同擊實(shí)能作用下的壓實(shí)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(shí)，由無(wú)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(guò)程。
　　(6)對(duì)于黃土這種對(duì)水具有特殊敏感性的典型細(xì)粒土，壓實(shí)過(guò)程中對(duì)其含水量的控制尤為重要。在保證壓實(shí)度達(dá)到要求的前提下，可同時(shí)采用空氣體積率作為黃土狀填土壓實(shí)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(shí)土樣的室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)來(lái)制定，一般以不超過(guò)10％為佳。