1、濕陷性黃土的壓實(shí)度及含水率對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響康燁摘要：為研究非飽和濕陷性黃土的工程力學(xué)性質(zhì)，評(píng)估黃土隧道基底穩(wěn)定性， 通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)，分析了黃土作為隧道基底的基本物理力學(xué)性質(zhì)，研究了不同壓實(shí) 度、含水率條件下黃土的強(qiáng)度與變形特性。研究表明：濕陷性黃土易于壓實(shí)，壓 實(shí)后空氣容積率接近黏性土的空氣體積率，殘余變形能得到有效控制。最優(yōu)含水 率條件下，壓實(shí)度k0.95的黃土變形呈軟化特征；k0.005毫米0.05毫米的陸相黃 色粉砂質(zhì)土狀堆積物，其顆粒之間結(jié)合不緊，孔隙度一般在40%50%。其顆粒 組成以粉粒為主，其含量可以達(dá)50%以上。在我國(guó)，濕陷性黃土主要分布在北緯 3048。間自西而東的條形地帶上，

2、面積約64萬(wàn)平方公里，其中山西、陜西、甘 肅等省，是典型的濕陷性黃土分布區(qū)。我國(guó)黃土覆蓋地區(qū)廣，占全國(guó)土地面積的6%，工程建設(shè)不可避免的要在濕陷 性黃土地基上進(jìn)行。工程實(shí)踐表明，濕陷性黃土具有特殊的工程性質(zhì)及遇水濕陷 性，從而導(dǎo)致濕陷性黃土地基出現(xiàn)各種各樣的工程問(wèn)題。本文鑒于鄭西客專及其他黃土區(qū)隧道基底所出現(xiàn)的地基不均勻沉降、坍塌和 陷穴等工程病害，以新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目工程柳條山隧道基底濕陷性 黃土為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)與三軸試驗(yàn)，分析研究了濕陷性黃土的隧道基底 工程力學(xué)性質(zhì)，為新建大準(zhǔn)至朔黃重載鐵路聯(lián)絡(luò)線柳條山隧道基底加固處理提供 理論依據(jù)與參考。2黃土的基礎(chǔ)試驗(yàn)2.1基本化學(xué)物

3、理性質(zhì)新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目工程柳條山隧道位于山西省朔州市平魯區(qū)， 為典型黃土淺埋隧道，全長(zhǎng)2315米。隧道進(jìn)口段洞身全部位于II級(jí)濕陷性砂質(zhì) 黃土內(nèi)，為典型的非飽和超固結(jié)土，具有濕陷性和結(jié)構(gòu)性，濕陷系數(shù)為0.015 0.043,濕陷層厚度為39m，影響至隧道基底以下10m，泥質(zhì)具弱膨脹性，開(kāi)挖 后易發(fā)生坍塌和滑坡等現(xiàn)象，基底易發(fā)生不均勻沉陷，其他地段洞身位于灰?guī)r夾 泥巖中，巖石上覆砂質(zhì)黃土。最小埋深為12m，最大埋深為72m。試驗(yàn)用試樣取自于柳條山隧道進(jìn)口段基底。所采集土樣呈淺黃色，質(zhì)地堅(jiān)硬， 土質(zhì)較均勻，具有明顯孔隙。通過(guò)基本物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析得出本采樣點(diǎn)原狀黃土 具有如下物理力學(xué)參數(shù)

4、，見(jiàn)表1。3重塑黃土壓實(shí)度、含水率對(duì)變形及強(qiáng)度的影響規(guī)律剪切破壞是濕陷性黃土最常見(jiàn)的破壞形式，為了模擬其剪切破壞，同時(shí)考慮具體工程特 點(diǎn)，以研究不同含水率、不同密實(shí)狀態(tài)下黃土地基的力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律，進(jìn)行了室內(nèi)三軸壓 縮試驗(yàn)，所采用的實(shí)驗(yàn)儀器為TSZ-1全自動(dòng)三軸儀，設(shè)定的試樣含水率分別為12.5%、14.5%、 16.5%最優(yōu)含水率附近三組，壓實(shí)系數(shù)分別設(shè)置為0.92、0.93、0.95、0.97等四組，分別進(jìn)行 不固結(jié)不排水（UU）試驗(yàn)。試樣含水率通過(guò)制備最優(yōu)含水率條件下的試樣，對(duì)試樣反壓飽和 與補(bǔ)水增濕等方式實(shí)現(xiàn)，試樣壓實(shí)度則通過(guò)試樣干密度進(jìn)行控制。除了上述因素之外，還必 須考慮圍壓對(duì)黃土

5、力學(xué)性質(zhì)的影響，因此每一組試驗(yàn)分別設(shè)置了4組不同的圍壓，分別為 50kPa、100kPa、200kPa及500kPa，試驗(yàn)總共制備試樣約50個(gè)。3.1濕陷性黃土的變形性質(zhì)圖2為不同壓實(shí)度條件下，最優(yōu)含水率附近、不同圍壓狀態(tài)下，試樣的變形特性對(duì)比曲 線。圖2中四幅圖分別對(duì)應(yīng)于圍壓為50kPa、100kPa、200kPa、500kPa條件下，黃土試樣應(yīng) 力-應(yīng)變關(guān)系曲線，其中每條曲線對(duì)應(yīng)于某一壓實(shí)系數(shù)。分析曲線可知，壓實(shí)度對(duì)非飽和濕陷性黃土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系及破壞形式具有明顯影響， 任一圍壓水平下，壓實(shí)度大的土樣在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上具有明顯的峰值強(qiáng)度，并且高于壓實(shí)度 較小的情況。壓實(shí)度k=0.97、0

6、.95的土樣，在圍壓介于50kPa-500kPa之間的情況下，均具有 明顯的峰值強(qiáng)度，應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有軟化性特點(diǎn)，土樣的破壞形式為脆性破壞；該規(guī)律在圍 壓水平越低時(shí)，表現(xiàn)得越明顯，即土樣的殘余強(qiáng)度相比峰值強(qiáng)度降低更明顯，而圍壓水平較 高時(shí)，峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度相差較小。所以，可總結(jié)得出：低圍壓水平情況下，具有較高壓 實(shí)度的非飽和重塑濕陷性黃土塑性較差，此時(shí)土體的破壞形式更傾向于脆性破壞，此外，密 實(shí)度較高的非飽和重塑濕陷性黃土具有一定程度的剪脹性。圖2還可知，在最優(yōu)含水率條件 下，土體壓實(shí)度k0.95的黃土，其變形呈現(xiàn)出軟化特點(diǎn)，發(fā)生脆性破 壞，并且壓實(shí)度越高，峰值強(qiáng)度越大，軟化特征越明顯；圍

7、壓越低，黃土脆性破壞特征越明 顯。k0.93的黃土，當(dāng)圍壓處于較低水平50kPa-100kPa時(shí)，土樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線同樣存在峰 值強(qiáng)度，為軟化變形曲線；當(dāng)圍壓處于較高水平200kPa-500kPa時(shí)，則土樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線不 存在峰值強(qiáng)度，為硬化變形曲線。說(shuō)明圍壓越高，試樣的硬化強(qiáng)化特性越明顯。此外壓實(shí)系 數(shù)越小，試樣的塑性越明顯。非飽和重塑濕陷性黃土的內(nèi)摩擦角、粘聚力與壓實(shí)度正相關(guān)，粘聚力、內(nèi)摩擦角與 含水率負(fù)相關(guān)，其中粘聚力變化幅度較大，內(nèi)摩擦角變化幅度較小。土樣的內(nèi)摩擦角、粘聚 力與含水率、壓實(shí)度之間的變化關(guān)系可以用對(duì)數(shù)函數(shù)y=A ln (x) +B較精確的擬合，相關(guān)性 良好。重塑非飽和濕

8、陷性黃土的峰值強(qiáng)度隨著含水率增加而降低，初始剛度隨之降低，說(shuō) 明土體強(qiáng)度和變形模量隨含水量增加而減小，體現(xiàn)在兩方面：屈服強(qiáng)度隨著含水率增加而減 小，對(duì)應(yīng)于屈服強(qiáng)度的塑性變形隨著含水率的增加而增加。圍壓越高、含水率越大，土體塑 性變形越明顯。隨著壓實(shí)度的增加，土體的軟化變形特點(diǎn)越來(lái)越明顯，即脆性變形越來(lái)越明 顯。參考文獻(xiàn)李濱,劉瑞琦，馮振，王文沛.Q3砂黃土真三軸強(qiáng)度變形特性研究J.巖土力學(xué),2013,34(11):3127-3133.馬秀婷，邵生俊，楊春鳴,李小林.非飽和結(jié)構(gòu)性黃土的強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究J .巖土工程學(xué) 報(bào),2013,35(S1):68-75.3 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路隧道設(shè)計(jì)

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