酸性环境下黄土的工程性质试验研究文献综述

 2023-08-16 04:08

国内外文献综述:

(1) 黄土工程特性研究

我国黄土的分布具有覆盖广、厚度大、大面积连续和性质特殊四大特点,且受特定形成和沉积条件影响,其分布及基本物理指标也会有明显的差异,如图1所示。可以看出,在黄土高原地区在从西向东、由北向南的大方向上,黄土性质呈如下变化规律:含水量由低到高,孔隙率由大到小,天然重度由小到大,水溶盐含量由多到少,黄土层厚度由大到小。天然状态下黄土的含水量(湿度)较低,密度(天然重度)较小,具有大孔隙随机分布和竖向裂隙发育的特殊结构。黄土的孔隙比一般在0.8~1.24范围内,多数则在0.9~1.1之间;天然重度一般为1.35~1.90 g/cm3;天然含水量在5~23%之间,受地区年降雨量和地下水以及农田灌溉等环境影响较大;黄土多呈非饱和状态,饱和度在17~77%之间,多数在40~50%范围内,当饱和度超过80%时,一般即称为饱和黄土。我国湿陷性黄土的液限一般在22~35%之间,塑限在14~20%间,塑性指数平均值为12.0左右,基本属于塑性土。

(2) 湿陷性黄土地基加固处理技术研究现状

湿陷变形是一种特殊的塑性变形,其最大的特点是突变性、非连续性和不可逆性。因此,在湿陷性黄土地区进行工程建设时,需要对建筑物地基采取一定的处理措施,以改善土的力学和结构性质,从而减小或消除黄土地基的湿陷性,保证建筑物的安全使用。目前,常用的处理湿陷性黄土地基的方法有强夯法、灰土挤密桩法、换土垫层法、预浸水法和化学加固法等,这些方法都有其各自的适用范围和优势,以及一定的局限性。

强夯法。强夯法又称为动力固结法,使用8~35 t重锤从10~40 m高度自由下落,依靠重锤强大夯击能和冲击波反复夯击地基,使一定深度范围内的地基土挤压密实,从而提高地基承载力及强度、降低土层压缩性,可以显著减轻黄土的湿陷性。其技术成熟、工序少、施工进度快、周期短且投资较少,在湿陷性黄土地基加固工程中得到了广泛的应用。然而,①该工法对地基土层的含水量及饱和度有较高的要求,而且在进行夯击的过程中,由于黄土中含水量之间存在着一定的差别,这种差别就会在一定程度上导致实际的处理效果存在着一定的偏差,就有可能出现“橡皮土”的情况;②强夯过程中会产生的较大振动与噪音,对周边居民的生活造成较大的影响,使得强夯法的应用受到了诸多限制;③王谦等基于室内黄土动三轴试验发现,强夯法仅能在一定的地震动强度下完全消除饱和黄土地基的液化势,当地震烈度大于Ⅷ度时无法完全消除地基土的液化势;④处理深度有限,若加大夯击能,则出现能耗过大等问题。

灰土挤密法。通采用30~40 cm桩径,桩距根据挤密系数计算确定(一般为3倍桩径),坑内填料采用灰土。其加固原理是通过挤土效应增加周围土体的密实度,从而提高地基承载力。虽然该工法能够对湿陷性黄土进行有效处理,但在具体实施的过程中存在着一定的局限性。①只有湿陷性黄土的饱和度不大于65%,且处于地下水位以上时,才适宜进行湿陷性地基的加固处理;②灰土挤密桩的施工成本较高,多用于高填方、构造物台背路基的地基处理,赵永虎等研究表明,小间距灰土挤密桩对减弱黄土地基湿陷性的效果更加明显,这无疑提高了工程造价;③受人为因素影响较大,对重要的湿陷性黄土地基处理工程应慎重采用该工法;④灰土在施工前造成的扬尘污染,以及施工后土体强碱性对周边土体环境影响严重,不利于节约型土地资源再利用。

换土垫层法。通过挖除基底下部分湿陷性黄土层、回填灰土(或素土),以减少地基的湿陷量,其优点是施工简便、效果显著。垫层法在湿陷性黄土地基工程建设中比较常见,但是,该工法仅限于处理浅层湿陷性黄土地基或部分湿陷性土层,处理厚度一般为1~3m;若采用灰土换填,不利于冬、雨季施工,同样也会产生环境污染问题。

预浸水法。预浸水法用于处理湿陷性黄土层厚度大于10 m,自重湿陷量的计算值不小于500 mm的场地。该方法工程造价较低,但需要一定的浸水和停水时间(一般为一年),对施工工期要求高,且湿陷性黄土地区一般多为旱塬,用水紧张,因此工程中很少采用该工法。另外,采用预浸水法施工时,应防止浸水对周围建筑物等产生不均匀沉降的危害。

化学加固法。通过向特制设备向黄土地基中掺入固化剂,形成具有一定强度的桩体,以达到地基处理的目的。常用的固化剂有水泥和石灰,杨有海等通过试验发现水泥可显著提高黄土的抗压、抗剪强度;王谦等研究发现水泥可显著提升湿陷性黄土的抗液化能力,并给出水泥的最优掺量为5%;石灰改性黄土,同样可以起到加固的效果,但随着龄期增长,改性后的土体呈现逐渐呈现脆性破坏。室内试验证明这两种固化剂对黄土具有显著的加固效果,但是实际施工中,基于该固化原理的工法如深层搅拌法、高压旋喷法,其桩体强度不均,质量往往不易保证,且费用较高。另外,SH固化剂、复合改性水玻璃等化学改性方法,处理成本高昂,且远未达到广泛推广应用阶段,实际工程中应用较少,一般用于紧急事故处理。

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