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        公路黃土濕陷性的探討

        2012-11-20 02:06:18李江
        關(guān)鍵詞:陷性毛細(xì)黃土

        李江

        (西安市北郊市政養(yǎng)護(hù)管理公司,陜西 西安 710016)

        1 概述

        黃土形成于特殊的自然環(huán)境,主要位于北半球的俄羅斯、歐洲、北美和中國(guó)中西部地區(qū)。就其分布面積和厚度來(lái)說(shuō),我國(guó)黃土占世界首位,大致位于昆侖山、秦嶺、山東半島一線以北,阿爾泰山、阿拉善、鄂爾多斯、大興安嶺以南,面積達(dá)63萬(wàn)Km2。其中,濕陷性黃土又占了相當(dāng)大的部分,在西部的陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆、內(nèi)蒙古以及山西等省區(qū)都有大面積的濕陷性黃土分布。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,公路建設(shè)和公路運(yùn)輸也隨著快速增長(zhǎng),在濕陷性黃土地區(qū)修建公路一直是土工技術(shù)領(lǐng)域中最突出的問(wèn)題,因此值得我們進(jìn)行探討研究。

        2 黃土地基濕陷變形特征

        黃土在壓應(yīng)力作用形式下的變形有三種形式,即彈性變形、壓密變形和蠕變變形。由于黃土的形成條件和結(jié)構(gòu)狀態(tài)與一般粘性土有很大差異,其壓實(shí)變形表現(xiàn)為兩種形式,既在某一定荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形,又在荷載不變而遇水時(shí)產(chǎn)生濕陷變形。

        2.1 濕陷性的分類

        濕陷變形就是黃土在一定壓力作用下受水浸濕時(shí),土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生的顯著附加下沉的變形。黃土的濕陷性又分為非自重濕陷和自重濕陷兩種。非自重濕陷黃土是在自重壓應(yīng)力下受水侵濕時(shí)而不發(fā)生濕陷變形;自重濕陷性換圖是在自重應(yīng)力下受水侵濕時(shí)產(chǎn)生濕陷變形。另外,濕陷還分為如表1所列的三個(gè)等級(jí)。

        表1 黃土濕陷性分類

        2.2 變形特征

        黃土地基變形按外來(lái)作用因素可分為三類:即壓縮變形、濕陷變形和滲透溶濾變形。

        2.2.1壓縮變形,指黃土在壓力作用下含水量不變時(shí)的垂直變形,相當(dāng)施工時(shí)的變形。

        2.2.2濕陷變形,黃土在壓力和浸水同時(shí)作用下,由于結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生的垂直變形,一般變形量大,速度快,具有突變性質(zhì),但因結(jié)構(gòu)耐水程度不同引起的變形速度也不相同,這種變形相當(dāng)于黃土地基竣工后浸水時(shí)期。

        2.2.3滲透溶濾變形,是指黃土在水頭及滲透水長(zhǎng)期作用下由于鹽類溶濾以及土體孔隙繼續(xù)被擠壓而產(chǎn)生的垂直變形,實(shí)質(zhì)上是濕陷變形的繼續(xù)。

        3 變形計(jì)算指標(biāo)

        為了計(jì)算上述三種變形量,需要進(jìn)行黃土壓縮試驗(yàn),分別測(cè)以下三種計(jì)算指標(biāo)。

        3.1 壓縮變形系數(shù)

        式中:h0-壓縮試驗(yàn)中試樣的起始高度;

        h1-試樣在圖層自重壓力下壓縮穩(wěn)定后的高度;

        h3-試樣在自重壓力與建筑物附加壓力聯(lián)合作用下壓縮穩(wěn)定后的高度。

        3.2 濕陷變形系數(shù) 及自重濕陷變形系數(shù)

        式中:h3-在自重壓力與建筑附加壓力聯(lián)合作用下的壓縮穩(wěn)定后,充分浸水后的試樣高度;

        h'2-保持天然濕度與結(jié)構(gòu)的試樣,加壓至上覆土層飽和自重時(shí)壓縮穩(wěn)定后高度;

        h"2-在h'2試樣高度時(shí),充分浸水待濕陷變形穩(wěn)定后的高度。

        3.3 溶濾變形系數(shù)δt

        式中:h4-試樣濕陷變形穩(wěn)定后,繼續(xù)長(zhǎng)期浸水達(dá)變形穩(wěn)定后的高度。

        公式(1)做為土體自重壓力與建筑物附加壓力聯(lián)合作用不浸水情況下的土體壓縮計(jì)算;公式(2)、(3)和(4)作為浸水后的變形計(jì)算。以上指標(biāo)作為設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)施工沉降控制具有指導(dǎo)性意義。

        4 黃土濕陷原因和機(jī)理探討

        黃土的濕陷性是自然歷史的產(chǎn)物,濕陷原因很復(fù)雜,其過(guò)程是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程。濕陷的發(fā)生主要是由土體內(nèi)部固有的特殊因素和外界創(chuàng)造的適當(dāng)條件共同作用的結(jié)果。

        4.1 黃土濕陷成因的幾種假說(shuō)

        4.1.1大孔性、多孔性假說(shuō),最早是由列謝特金和扎馬林等人提出。認(rèn)為黃土之所以有濕陷性,根本原因是黃土具有大孔隙。所謂大孔實(shí)際并不是濕陷形成的原因,對(duì)濕陷真正起作用的是結(jié)構(gòu)孔隙(架空孔隙、支架孔隙)和疏松的土粒間孔隙。

        4.1.2毛細(xì)力假說(shuō),阿別列夫運(yùn)用太沙基(Terzaghi)關(guān)于毛細(xì)力的學(xué)說(shuō),認(rèn)為在顆粒接觸點(diǎn)處有不連續(xù)的水分布,在相鄰顆??障吨兴畾饨缑嫔嫌斜砻鎻埩Υ嬖冢?dāng)土體浸水后,孔隙全部被水分所占據(jù),毛細(xì)力消失而產(chǎn)生濕陷。實(shí)際上黃土在干燥條件下根本沒(méi)有毛細(xì)力,浸水后才可能有毛細(xì)力。因此,這種假說(shuō)缺乏支撐力。

        4.1.3加固凝聚力降低或消失假說(shuō),這個(gè)理論本質(zhì)是在水膜楔入作用和膠結(jié)物溶解作用下,加固凝聚力收到了破壞,同時(shí)對(duì)土的結(jié)構(gòu)造成破壞,因而發(fā)生濕陷。

        另外還有可溶鹽假說(shuō)、粘土水膜假說(shuō)、膠體不足假說(shuō)、土粒間的抗剪強(qiáng)度突然降低假說(shuō)等。

        綜上所述,濕陷性黃土的濕陷發(fā)生原因和機(jī)理,說(shuō)法不一。到底哪一種假說(shuō)最為正確,還要在今后的科學(xué)試驗(yàn)中繼續(xù)驗(yàn)證。

        4.2 黃土濕陷機(jī)理探討

        如果黃土沒(méi)有多孔性,那么就與一般粘土一樣,只能壓縮和膨脹而不會(huì)濕陷。如果黃土顆粒間聯(lián)結(jié)完全是抗水的,即使其結(jié)構(gòu)疏松、大孔隙多(孔隙劃分見(jiàn)表2),也不會(huì)發(fā)生濕陷。因此,要從兩個(gè)方面去找濕陷的原因,即多孔性、疏松結(jié)構(gòu)和不抗水的土顆粒間聯(lián)結(jié)問(wèn)題。

        表2 黃土孔隙劃分表

        4.2.1宏觀孔隙,主要包括黃土洞穴、黃土地裂縫與解理、放射狀孔穴、鼠洞、蟲(chóng)孔及根孔。這些宏觀的孔洞看起來(lái)與濕陷性關(guān)系不大,但在工程實(shí)踐中,作為路基或邊坡的黃土來(lái)說(shuō),在浸水時(shí),與黃土的濕陷性相結(jié)合,所造成的危害卻很大;同時(shí)這些孔穴往往是來(lái)水通道,使水進(jìn)入路基或邊坡,造成路基濕陷和邊坡坍塌,嚴(yán)重影響道路的服務(wù)狀態(tài)。

        4.2.2微觀孔隙,這類孔隙主要有結(jié)構(gòu)性孔隙、粒間孔隙和膠結(jié)物孔隙。在這些孔隙中,對(duì)濕陷性來(lái)說(shuō)最不穩(wěn)定是結(jié)構(gòu)孔隙,其次是粒間孔隙。而最為穩(wěn)定的是膠結(jié)物孔隙。

        結(jié)語(yǔ)

        我國(guó)濕陷性黃土分布廣泛,在進(jìn)行公路工程建設(shè)時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)路基沉陷、邊坡坍塌、崩解等病害。因此,在修筑前一定要了解道路所通過(guò)地區(qū)黃土的種類和性質(zhì),采取相對(duì)應(yīng)的措施來(lái)消除或減少黃土濕陷性帶來(lái)的不利影響。

        [1]楊玉生,李靖,趙世麒.黃土填方路基病害原因分析與防治[J].路基工程,2006(05).

        [2]鄭晏武.中國(guó)黃土的濕陷性,1982,(06).

        [3]孫建中,趙景波.黃土高原第四紀(jì),1991(06).

        [4]湯俐軒,折學(xué)森.濕軟性黃土路基綜合處理技術(shù)及病害防治措施[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2006,(06).

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