李開(kāi)超，高虎艷，鄭建國(guó)，王慶滿，姜夢(mèng)林

(1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043；2.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018)

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西安地鐵四號(hào)線南段大厚度濕陷性黃土浸水試驗(yàn)研究

李開(kāi)超1，高虎艷2，鄭建國(guó)1，王慶滿1，姜夢(mèng)林1

(1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043；2.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018)

結(jié)合西安地鐵工程國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，在西安地鐵四號(hào)線南段塬區(qū)進(jìn)行了試坑浸水試驗(yàn)，揭示出該區(qū)域大厚度自重濕陷性黃土具有獨(dú)特特點(diǎn)，室內(nèi)試驗(yàn)上部Q3黃土不具自重濕陷性，而下部Q2黃土自重濕陷性較為強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)結(jié)果各沉降標(biāo)點(diǎn)均未發(fā)生明顯沉降變形，反而略有抬升；根據(jù)TDR土壤水分計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)古土壤層具有明顯的隔水作用，水分入滲至該層有徑向擴(kuò)大的趨勢(shì)，浸水影響范圍是以試坑直徑為圓臺(tái)頂面，浸水影響范圍形狀類(lèi)似一個(gè)倒置的漏斗；當(dāng)水體自上而下入滲時(shí)，垂直向滲透較快，但隨深度及土層性質(zhì)的變化，滲透速率隨即減緩；土體中由于基質(zhì)吸力存在，開(kāi)始孔隙水壓力為負(fù)值，隨著注水量增加孔隙水壓力也隨之變化，孔隙水壓力變化與坑內(nèi)水頭變化一致。

大厚度自重濕陷性黃土；濕陷變形特征；浸潤(rùn)線；滲透系數(shù)；孔隙水壓力

黃土的濕陷性以及濕陷性的處理一直以來(lái)是工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的問(wèn)題，研究黃土濕陷性的方法有兩種，(1)室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)理方法相結(jié)合，(2)現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)[1]，后者工作時(shí)一般成本大、勘察周期長(zhǎng)，對(duì)于大型重點(diǎn)工程才考慮。近年來(lái)，隨著西安國(guó)際化大都市的不斷深入及城市的擴(kuò)大，工程中遇見(jiàn)的問(wèn)題也日趨復(fù)雜和多樣，有些問(wèn)題目前還很難解決，如在建的西安地鐵四號(hào)線南段大厚度濕陷性黃土隧道地基如何處理問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題需要對(duì)黃土的濕陷性進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究，這為認(rèn)識(shí)該區(qū)域大厚度自重濕陷性黃土的濕陷變形特征提供了良好機(jī)遇，同時(shí)也為研究西安南塬濕陷性黃土工程特性奠定了基礎(chǔ)。

在西安地鐵一、二、三號(hào)線建設(shè)中，針對(duì)厚度相對(duì)較薄，距離相對(duì)較短，濕陷性較弱的黃土地層，設(shè)計(jì)采用調(diào)整隧道結(jié)構(gòu)埋深或?qū)植窟M(jìn)行灰土換填、擠密等方法即可處理[2]。西安地鐵四號(hào)線初步勘察資料表明，待建的四號(hào)線南段分布有大厚度自重濕陷性黃土，濕陷性黃土層最大厚度達(dá)25 m，計(jì)算最大濕陷量近1 000 mm，地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)底板以下的黃土仍具有自重濕陷性，受濕陷性黃土影響的地鐵線路長(zhǎng)度約6 km。西安地鐵是世界上第一個(gè)在黃土地區(qū)修建的地鐵工程，工程經(jīng)驗(yàn)相對(duì)比較缺乏，而地鐵工程作為一種特殊工程，要求全部消除地基土層的濕陷性，其處理的技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)代價(jià)是相當(dāng)大的。

根據(jù)線路周邊財(cái)經(jīng)學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)[3]結(jié)果表明，室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算黃土自重濕陷量計(jì)算值為230 mm，自重濕陷下限深度為28 m，現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)最終抬升量為9 mm，可見(jiàn)，室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)判定黃土的濕陷性存在一定差異，按室內(nèi)自重濕陷試驗(yàn)確定的自重濕陷下限深度要大于其現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)的自重濕陷下限深度。地鐵隧道開(kāi)挖是一個(gè)卸荷的過(guò)程，如果地鐵隧道穿越區(qū)段為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，就可以不針對(duì)濕陷性進(jìn)行地基處理，因此，準(zhǔn)確判斷地鐵線路通過(guò)區(qū)段黃土場(chǎng)地的濕陷類(lèi)型至關(guān)重要。

1 試驗(yàn)場(chǎng)地選址分析

1.1 場(chǎng)地選址原則

對(duì)于線路工程來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇尤為關(guān)鍵，選址是否具有代表性直接影響沿線濕陷性黃土的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》[4]中的相關(guān)規(guī)定，浸水試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在區(qū)段內(nèi)要具有代表性，應(yīng)遵循以下原則：

(1)地貌單元及地層應(yīng)在該段具有代表性；

(2)濕陷性黃土分布連續(xù)；

(3)黃土的濕陷程度相對(duì)較嚴(yán)重；

(4)場(chǎng)地附近應(yīng)有充足的水源。

上述選址原則主要是針對(duì)工業(yè)與民用建筑的，地鐵隧道工程和一般的工業(yè)與民用建筑不同，其主要區(qū)別在于，工業(yè)與民用建筑地基在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下其承受附加荷載作用，地基土承受垂向顯著的附加應(yīng)力作用，而地鐵隧道成洞開(kāi)挖過(guò)程是圍巖土體卸荷的過(guò)程，表現(xiàn)為圍巖土體中豎向、側(cè)向壓應(yīng)力減小，而剪應(yīng)力增大，結(jié)構(gòu)下剩余自重濕陷量對(duì)工程建設(shè)尤為關(guān)鍵。因此，試坑浸水試驗(yàn)在滿足上述原則的同時(shí)還需要結(jié)合地鐵結(jié)構(gòu)下剩余自重濕陷性黃土的分布情況綜合考慮。

1.2 工程概況

研究區(qū)段地貌單元屬少陵塬黃土臺(tái)塬，地勢(shì)較平坦，場(chǎng)地地下水位大于40 m，地層自上而下依次為新黃土、古土壤、老黃土、古土壤，且分布連續(xù)，無(wú)間斷。其中，濕陷性土層的最大厚度25 m。根據(jù)勘察資料及研究區(qū)段地鐵設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，分別計(jì)算場(chǎng)地的自重濕陷量、濕陷量及剩余濕陷量計(jì)算值詳見(jiàn)表1。

根據(jù)初勘報(bào)告中濕陷性黃土分布，在地鐵線路研究區(qū)段選擇濕陷性強(qiáng)烈位置人工開(kāi)挖探井并連續(xù)取樣，取樣間距1 m，做室內(nèi)壓縮試驗(yàn)。分別將含水量、飽和度、密度、干密度、孔隙比、壓縮系數(shù)、塑性指數(shù)、濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)隨深度的變化與勘察報(bào)告進(jìn)行了對(duì)比分析，得到了與報(bào)告一致的結(jié)論。

1.3 試驗(yàn)場(chǎng)地選址分析

依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，將濕陷量、自重濕陷量、主體結(jié)構(gòu)底板下自重濕陷量計(jì)算值按照濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)分類(lèi)，繪制沿線濕陷性黃土濕陷程度分布的圖譜。限于篇幅，本次只給出主體結(jié)構(gòu)底板下剩余自重濕陷量分布圖示如圖1。

圖1 主體結(jié)構(gòu)底板下剩余自重濕陷量圖示

根據(jù)地鐵線路展布情況，航創(chuàng)路車(chē)站為二、三級(jí)黃土臺(tái)塬的地貌單元分界線，結(jié)合選址原則中的第(1)條，為了準(zhǔn)確查清研究區(qū)段黃土場(chǎng)地濕陷類(lèi)型，需在各地貌單元上分別開(kāi)展1組試坑浸水試驗(yàn)。圖1表明，地鐵線路主體結(jié)構(gòu)底板下自重濕陷量較為強(qiáng)烈地段主要分布在神州大道車(chē)站和飛天路車(chē)站附近，同時(shí)該位置也滿足浸水試驗(yàn)選址的其它要求，因此，本次將在這2處開(kāi)展試坑浸水試驗(yàn)工作，限于篇幅限制，本次浸水試驗(yàn)主要針對(duì)一號(hào)試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行論述。

表1 地鐵主要設(shè)計(jì)參數(shù)及濕陷性黃土分布

2 浸水試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)探井揭露的地層，兩組試驗(yàn)場(chǎng)地地層相似，一號(hào)浸水試驗(yàn)場(chǎng)地(以下簡(jiǎn)稱(chēng)試驗(yàn)場(chǎng)地)濕陷性土層的下限深度為22 m，為了使試坑底面以下全部濕陷性土層受水浸濕達(dá)到飽和，并充分產(chǎn)生自重濕陷，本次現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)場(chǎng)地距離地鐵線路30 m，試坑呈圓形，直徑25 m，深度0.5 m，坑底鋪設(shè)厚度10 cm的圓礫。

在距試坑50 m外布設(shè)6個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，其中2個(gè)為常觀測(cè)使用，其余4個(gè)用做基準(zhǔn)點(diǎn)的校核。試驗(yàn)場(chǎng)地布置沉降觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)78個(gè)(其中淺標(biāo)點(diǎn)42個(gè)，深標(biāo)點(diǎn)36個(gè))，土壤水分計(jì)36個(gè)(坑內(nèi)12個(gè)，坑外24個(gè))。為加速地基浸水飽和進(jìn)程，將深標(biāo)點(diǎn)全部作為滲水孔，即在套管外填充圓礫，其它位置沒(méi)有設(shè)置滲水孔；為了對(duì)比分析滲水孔是否對(duì)水分計(jì)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生影響，另一組浸水試驗(yàn)中深標(biāo)點(diǎn)套管外采用過(guò)篩素土回填夯實(shí)，沒(méi)有設(shè)置滲水孔。

2.1 淺標(biāo)點(diǎn)的布設(shè)

淺標(biāo)點(diǎn)用以測(cè)量地面(濕陷)變形及其影響范圍。由中心向坑邊3個(gè)方向放射狀布置A、B、C三條測(cè)線，三條測(cè)線呈120°夾角。每條測(cè)線坑內(nèi)布置6個(gè)觀測(cè)地面濕陷變形的淺標(biāo)點(diǎn)，每條測(cè)線第一個(gè)淺標(biāo)點(diǎn)距圓心為1.5 m，之后淺標(biāo)點(diǎn)間距為2 m；在坑外沿3條測(cè)線設(shè)置觀測(cè)地面變形的淺標(biāo)點(diǎn)，第一個(gè)淺標(biāo)點(diǎn)距坑邊1 m，第2、3、4、5、6間距為2 m，第7個(gè)為4 m，第8個(gè)為5 m，詳見(jiàn)平面布置圖2。

2.2 深標(biāo)點(diǎn)的布設(shè)

深標(biāo)點(diǎn)用以觀測(cè)不同深度土層的自重濕陷變形量，本次采用的深標(biāo)點(diǎn)均為機(jī)械式深標(biāo)點(diǎn)。由試坑中心布置了H、J、K、L、M、N六條測(cè)線，每條測(cè)線布置6個(gè)深標(biāo)點(diǎn)，每條測(cè)線第一個(gè)深標(biāo)點(diǎn)距圓心為1.5 m，之后深標(biāo)點(diǎn)間距為2 m；根據(jù)地層及厚度，結(jié)合與地鐵結(jié)構(gòu)空間關(guān)系，深標(biāo)點(diǎn)同一深度布設(shè)2組，深度分別為2、4、6、8.5 m、9.5、10.5、11.6 m、13.5、14.5、15.5、16.5、17.5、18.5、19.5、20.5、21.5 m、23.5、26.0 m。

圖2 浸水試驗(yàn)場(chǎng)地平面布置圖

2.3 TDR土壤水分計(jì)的布設(shè)

為了測(cè)定浸水過(guò)程中各層土含水量變化情況，分析研究浸水區(qū)地下浸潤(rùn)邊界及時(shí)空變化規(guī)律，本次試驗(yàn)在試坑內(nèi)及試坑外布置水分計(jì)，土壤水分計(jì)采用預(yù)鉆孔埋設(shè)法。試坑內(nèi)同一深度埋設(shè)2組，根據(jù)地層變化情況，坑內(nèi)埋設(shè)深度分別為4 m、8 m(新黃土)、11 m(古土壤)、15 m、19 m(老黃土)、23 m(古土壤)，坑外在C組淺標(biāo)點(diǎn)附近布置深度不同的4排水分計(jì)，各排埋設(shè)深度為4.0、8.0、11.0、15.0 m。

2.4 孔隙水壓力計(jì)的布設(shè)

為了分析研究浸水過(guò)程中不同深度孔隙水壓力的變化規(guī)律，在試坑內(nèi)埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)6組，深度分別為4、8、11、15、19、23 m?？紫端畨毫τ?jì)埋設(shè)采用預(yù)鉆孔埋設(shè)方式，埋設(shè)前將孔壓在水中浸泡30分鐘，待透水石充分飽和之后采用預(yù)制砂袋包裹孔壓傳感器。埋設(shè)時(shí)預(yù)先在鉆孔內(nèi)回填20 cm細(xì)砂，將孔壓計(jì)下入預(yù)設(shè)深度后，回填30 cm細(xì)砂，最后利用預(yù)先篩好的素土進(jìn)行回填并夯實(shí)，根據(jù)埋置深度不同，分層夯實(shí)，同時(shí)間隔2 m利用素混凝土進(jìn)行止水，確保浸水過(guò)程中不會(huì)由于鉆孔內(nèi)滲流速率的增大加快孔隙水壓力計(jì)的變化速率。

3 停水條件及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)現(xiàn)行《黃土規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定[4]，浸水及濕陷穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)浸水過(guò)程中試坑內(nèi)的水頭高度保持在30 cm左右，至土層變形穩(wěn)定后可以停止注水，變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為最后5 d的平均變形量小于1 mm/d；

(2)試坑內(nèi)停止注水后，應(yīng)繼續(xù)觀測(cè)不少于10 d，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)5天的平均下沉量不大于1 mm/d時(shí)，試驗(yàn)終止。

本次試驗(yàn)試坑直徑為25 m，大于試驗(yàn)場(chǎng)地濕陷性黃土下限深度22 m，試驗(yàn)過(guò)程水頭一直保持在30 cm左右。根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，試坑在浸水20 d后變形已經(jīng)穩(wěn)定，為了保證坑內(nèi)地基土浸水充分飽和，繼續(xù)向坑內(nèi)注水，注水34 d后停水，停水之后立即在坑內(nèi)鉆探取樣看地基土是否完全飽和。土工試驗(yàn)結(jié)果表明，試坑以下25 m范圍內(nèi)地基土飽和度均大于85%；停水條件及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)均滿足上述規(guī)范要求。

4 試驗(yàn)成果分析

4.1 注水量

試坑注水歷時(shí)34 d，每天注水量使試坑內(nèi)水頭高度保持在30 cm左右為準(zhǔn)，開(kāi)始階段試坑滲水速度較快，采用兩口機(jī)井同時(shí)注水，中后期采用兩口機(jī)井間歇性注水。

圖3 晝夜耗水量-浸水時(shí)間關(guān)系圖

試驗(yàn)共向試坑內(nèi)注水12 034 m3，平均日注水量約354 m3；最大日注水量為560 m3，最小日注水量為274 m3。試驗(yàn)浸水時(shí)間為7-8月，天氣炎熱并有暴雨發(fā)生。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了蒸發(fā)和降雨模擬試驗(yàn)，分析了天氣因素(主要為降雨和蒸發(fā))對(duì)試驗(yàn)的影響，可知試驗(yàn)期間蒸發(fā)量和降雨量的差值對(duì)注水量的影響不到1%，可以忽略不計(jì)。圖3所示的日注水量與浸水時(shí)間關(guān)系曲線日耗水量-浸水時(shí)間的關(guān)系呈現(xiàn)“大→緩→穩(wěn)”的變化規(guī)律。

4.2 濕陷變形特征分析

試驗(yàn)浸水期和停水后歷時(shí)87 d，沉降標(biāo)點(diǎn)的變化趨勢(shì)基本一致，本次只列舉部分標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行分析，圖4是坑內(nèi)外觀測(cè)點(diǎn)變形量-時(shí)間關(guān)系曲線。圖中位移為正值表示抬升，負(fù)值表示下沉。

圖4 沉降標(biāo)點(diǎn)隨時(shí)間變形曲線

圖4為沉降標(biāo)點(diǎn)隨浸水時(shí)間的變化曲線，變化可分為以下幾個(gè)階段，(1)初期抬升段(0～15 d)：浸水期內(nèi)，各淺標(biāo)點(diǎn)處于緩慢抬升狀態(tài)，絕大多數(shù)標(biāo)點(diǎn)達(dá)到其抬升峰值，最大抬升量不超過(guò)7 mm，(2)中期平緩段(16～34 d)，浸水15 d以后各標(biāo)點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定，其變化量在1 mm左右波動(dòng)。(3)停水后的下降段(35～48 d)：停水之后對(duì)各沉降標(biāo)點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行觀測(cè)，其處于緩慢下降狀態(tài)，降幅量均小于3 mm，此過(guò)程為地基土固結(jié)沉降過(guò)程。(4)后期穩(wěn)定段(48～87 d)：各沉降標(biāo)點(diǎn)最大變化量不超過(guò)1 mm，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，兩組試驗(yàn)沉降標(biāo)點(diǎn)變化規(guī)律基本相似。將試驗(yàn)結(jié)果與西安周邊同類(lèi)浸水試驗(yàn)場(chǎng)地的濕陷變形進(jìn)行對(duì)比分析:文獻(xiàn)[3]財(cái)經(jīng)學(xué)院室內(nèi)試驗(yàn)判定為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，自重濕陷主要發(fā)生在Q2黃土層中，現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)的濕陷變形最終表現(xiàn)為抬升狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)生濕陷變形，屬非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，沉降標(biāo)點(diǎn)抬升主要發(fā)生在浸水過(guò)程，停水之后也發(fā)生了固結(jié)沉降，但最終標(biāo)點(diǎn)的沉降量小于抬升量，試驗(yàn)結(jié)果和本次試驗(yàn)變化趨勢(shì)一致；文獻(xiàn)[5]浦城電廠室內(nèi)試驗(yàn)判定為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，自重濕陷主要發(fā)生在Q2黃土層中，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的濕陷變形主要發(fā)生在Q3黃土層中，其沉降量小于7 cm，屬于非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷變形主要是在停水后的固結(jié)過(guò)程中發(fā)生的，其濕陷量-時(shí)間關(guān)系曲線在停水前是很平緩的，但沒(méi)有出現(xiàn)抬升的情況；文獻(xiàn)[6]中海國(guó)際社區(qū)的濕陷變形為10.4 cm，屬于自重濕陷性黃土場(chǎng)地，自重濕陷的下限深度為9 m(主要為Q3黃土)，和室內(nèi)試驗(yàn)23 m相比相差較大。綜上分析，西安地區(qū)室內(nèi)土工試驗(yàn)Q2黃土發(fā)生了自重濕陷，而現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)未發(fā)生自重濕陷，由此表明西安地區(qū)Q2黃土發(fā)生自重濕陷的概率很小[7]，說(shuō)明該區(qū)域的黃土具有其獨(dú)特特點(diǎn)。

4.3 土壤水分計(jì)的數(shù)據(jù)分析

土壤水分計(jì)監(jiān)測(cè)值為體積含水率，本次采用體積含水率與質(zhì)量含水率呈近線性關(guān)系[8]，體積含水率與干密度正相關(guān)原理對(duì)水分計(jì)測(cè)量值進(jìn)行了換算，繪制各水分計(jì)隨浸水歷時(shí)的變化曲線。

根據(jù)水分計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，浸水20 h后4 m位置的水分計(jì)開(kāi)始變化，浸水148 h后23 m水分計(jì)開(kāi)始變化，由此表明浸水20 h后水滲入4 m，浸水6 d后滲流水頭已經(jīng)到達(dá)23 m。綜合分析試坑內(nèi)水分計(jì)的變化曲線，可以得到如下結(jié)論：(1)隨著浸水時(shí)間增長(zhǎng)，注水量增加，水分計(jì)呈現(xiàn)出由上至下逐漸開(kāi)始變化的規(guī)律，垂直向滲透較快，但隨深度及土層性質(zhì)影響，滲透速率逐漸減緩。(2)水分計(jì)變化呈雙曲線型增長(zhǎng)趨勢(shì)，浸水5～15 d后土壤基本達(dá)到飽和狀態(tài)，停水后1～5 d含水率減小速率較快，古土壤層以上新黃土水入滲較快，與孔隙比較大，垂直孔隙發(fā)育有關(guān)。(3)坑內(nèi)黃土的飽和含水率為28%～33%，古土壤的飽和含水率為24%～27%。水分計(jì)埋設(shè)位置距離深標(biāo)點(diǎn)鉆孔較遠(yuǎn)，對(duì)比分析第二組浸水試驗(yàn)水分計(jì)測(cè)試結(jié)果，可知充填粒料的深標(biāo)點(diǎn)孔不會(huì)影響水分計(jì)的測(cè)量結(jié)果。黃雪峰等[9-10]在蘭州進(jìn)行的試驗(yàn)表明浸水第7 天2.5 m位置處的水分計(jì)才發(fā)生變化，說(shuō)明浸水7 d水分才入滲到2.5 m處，并且水分在20 m以下很難滲入等，試驗(yàn)結(jié)果和本次試驗(yàn)相差較大，這也說(shuō)明兩地黃土性質(zhì)差別較大，西安地區(qū)黃土有其獨(dú)特特點(diǎn)。

圖5 TDR土壤水分計(jì)監(jiān)測(cè)曲線圖

4.4 孔隙水壓力測(cè)試分析

為了測(cè)量不同深度土體中孔隙水壓力的變化，試驗(yàn)前在坑內(nèi)布設(shè)了孔隙水壓力計(jì)，孔隙水壓力隨注水時(shí)間變化曲線如圖6。

圖6 孔隙水壓力隨時(shí)間變化關(guān)系

從圖6可以看出，孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)后，土體處于非飽和狀態(tài)，由于基質(zhì)吸力存在，土體中孔隙水壓力為負(fù)值，測(cè)試壓力值在-1.2～-1.7 kPa，浸水前期，由于未受到下滲水的影響，孔隙水壓力一直為負(fù)壓，浸水3 d后，孔隙水壓力開(kāi)始逐漸增加，浸水10 d后，孔隙水壓力達(dá)到最大值，最大值約60 kPa，之后隨著試坑中水土的變化，孔壓略有波動(dòng)，停水后，孔隙水壓力迅速減小，2～3 d后孔壓降到負(fù)值，數(shù)值略大于初始值，之后孔壓基本維持不變，這也說(shuō)明水分下滲較快，與土壤水分計(jì)測(cè)試結(jié)果比較吻合。

4.5 試坑浸水在豎向的影響分析

為了確定浸水豎向含水率的變化情況以及查明地基土是否浸水飽和，停水之后在試坑內(nèi)完成2個(gè)鉆孔，每0.5～1.0 m取一個(gè)土樣進(jìn)行含水量和飽和度測(cè)試。對(duì)比分析浸水前后含水率的變化見(jiàn)圖7。

從圖7可以看出，試坑內(nèi)地基土浸水前0～26 m土體的平均含水率為19%～25%，浸水后0～26 m土體的平均含水率為24%～35%，其含水量較浸水前增大6%～10%。試坑浸水豎向影響范圍大于室內(nèi)試驗(yàn)確定的自重濕陷土層厚度。

圖7 含水率隨深度變化關(guān)系

根據(jù)飽和度測(cè)試結(jié)果，試坑內(nèi)地基土浸水前0～26 m土體的平均飽和度為50%～75%，浸水后0～26 m土體的平均飽和度為75%～95%，坑內(nèi)地基土較浸水前飽和度增大15%～30%。一般認(rèn)為，當(dāng)飽和度Sr>85%時(shí)，認(rèn)為土體達(dá)到飽和狀態(tài)；根據(jù)測(cè)試結(jié)果，除10 m以上個(gè)別土樣受停水時(shí)間及土體各向異性影響飽和度未達(dá)到85%外，其余均大于85%，說(shuō)明試坑內(nèi)濕陷性土層浸水后已全部達(dá)到飽和狀態(tài)。

圖8 浸潤(rùn)區(qū)、飽和區(qū)范圍

4.6 試坑浸水在徑向的影響分析

為確定本次試驗(yàn)浸水在徑向的影響范圍，停水之后在試坑南北兩側(cè)及試坑內(nèi)完成了機(jī)械鉆孔8個(gè)，南側(cè)鉆孔距浸水坑邊沿的距離分別為3.0 m、6.0 m、10.0 m，北側(cè)鉆孔距浸水坑邊沿的距離分別為2.0 m、4.0 m、6.0 m。每個(gè)鉆孔內(nèi)均間隔0.5 m采取擾動(dòng)土樣現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行含水量試驗(yàn)，根據(jù)試坑外鉆孔浸水前后含水量對(duì)比結(jié)果，同時(shí)結(jié)合水分計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，綜合分析確定浸水在徑向的影響范圍，以北側(cè)含水量測(cè)試孔結(jié)果為例，zk6孔2.0 m以下土樣的含水量測(cè)試曲線逐漸偏離浸水前含水率曲線，表明zk6在2.0 m以下受到水的浸濕作用，為浸潤(rùn)區(qū)，zk7、zk8鉆孔土樣測(cè)試結(jié)果與浸水前基本相同，由此認(rèn)為zk7、zk8以上沒(méi)有受到水的浸濕作用，為非浸潤(rùn)區(qū)，結(jié)合坑內(nèi)完成的鉆孔及水分計(jì)測(cè)量結(jié)果，繪制了試驗(yàn)場(chǎng)地濕陷性黃土浸潤(rùn)、飽和范圍(見(jiàn)圖8)。

從圖8可以看出，地基土在浸水后的浸水影響范圍形狀類(lèi)似一個(gè)倒置的漏斗,在第一層古土壤處向外突出，分析認(rèn)為古土壤層干密度較大，孔隙比較小，屬相對(duì)隔水層，水分下滲到該層向徑向滲透所致。浸濕區(qū)與飽和區(qū)的影響范圍隨深度的增加而逐漸增大，浸潤(rùn)線與試坑邊緣垂直向約28°，飽和范圍小于浸潤(rùn)范圍，飽和與試坑邊緣垂直向約17°，浸潤(rùn)線與試坑垂線夾角并不是確定的，其大小與地下水位埋深及浸水時(shí)間等相關(guān)。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)浸水試驗(yàn)在研究范圍內(nèi)具有代表性，沉降標(biāo)點(diǎn)變化規(guī)律幾近相同，試坑邊緣及周邊地表均未出現(xiàn)垮塌、地表裂縫等浸水過(guò)程均未發(fā)生沉降變形，反而略有抬升，停水之后發(fā)生了固結(jié)沉降。

(2)古土壤層具有相對(duì)隔水作用，水分入滲至該層有徑向擴(kuò)大的趨勢(shì)。試坑浸水影響范圍是以試坑直徑為圓臺(tái)頂面，浸水影響范圍形狀類(lèi)似一個(gè)倒置的漏斗。

(3)當(dāng)水體自上而下入滲時(shí)，垂直向滲透較快，但隨深度及土層性質(zhì)影響，滲透速率隨即減緩。

(4)土體中由于基質(zhì)吸力存在，開(kāi)始孔隙水壓力為負(fù)值，隨著注水量增加孔隙水壓力也隨之變化，孔隙水壓力變化與坑內(nèi)水頭變化一致。

[1]錢(qián)鴻縉,羅宇生,等.濕陷性黃土地基[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1985.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部JGJ79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2013.

[3]機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院.西安財(cái)經(jīng)學(xué)院陷性黃土場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)報(bào)告[R].西安：機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院.2005．

[4]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50025-2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2004.

[5]西北電力設(shè)計(jì)院.蒲城電廠大面積試坑浸水實(shí)驗(yàn)報(bào)告[R].西安:西北電力設(shè)計(jì)院.1991.

[6]機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院．中海興業(yè)(西安)有限公司中海國(guó)際社區(qū)濕陷性黃土場(chǎng)地樁基浸水載荷試驗(yàn)報(bào)告[R]. 西安：機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院.2006．

[7]張煒, 張?zhí)K民, 鄭建國(guó)．我國(guó)濕陷性黃土工程評(píng)價(jià)中若干問(wèn)題的探討[R]．青島：中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)(第九屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)).2012.

[8]于永堂,張繼文,鄭建國(guó)，等.駐波比法測(cè)定黃土含水量的標(biāo)定試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).2015, 32(3):102-106.

[9]黃雪峰, 陳正漢, 哈雙，等.大厚度自重濕陷性黃土場(chǎng)地濕陷變形特征的大型現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào).2006, 28(3):382-389.

[10]黃雪峰,張廣平,姚志華,等.大厚度自重濕陷性黃土濕陷變形特性水分入滲規(guī)律及地基處理方法研究[J].巖土力學(xué).2011,32(2):100-109.

Xi'an metro line four South Thick Collapsible Loess of water immersion tests

LI kai-chao1，GAO hu-yan2，ZHENG jian-guo1，WANG qing-man1，JIANG meng-lin1

(1.China JK Institute of Engineering Investigation And Design Co,Xi'an 710043,China；2.Xi'an Metro Ltd., Xi'an 710018,China)

combined with the Xi'an metro project of national key construction projects in Xi'an, metro line four South tableland of test pit soaking test reveals that the region with large thickness self weight collapsible loess has unique characteristics, laboratory tests of Q3 loess with upper collapsible loess, and the lower Q2 collapsible more strongly the site, test pit water test results of each settlement punctuation were no obvious settlement, but a slight uplift; according to the TDR soil moisture meter monitoring results showed that the paleosol layer has obvious effect of water, water infiltration to the layer with the big trend of radial expansion, effect of flooding is a test pit diameter round table top effect of flooding range, funnel shaped like an inverted; when the water infiltration from top to bottom, the vertical penetration faster, but changes with depth and soil properties, and reduced infiltration rate In the soil, due to the presence of matrix suction, the pore water pressure is negative, the pore water pressure changes with the increase of water injection quantity, the change of pore water pressure is consistent with the change of the water head in the pit.

Large thickness of collapsible loess；Characteristics of collapsible deformation；The saturation line；Coefficient of permeability；pore water pressures

2016-08-14

李開(kāi)超(1983-)，男，陜西旬陽(yáng)人，工程師，主要從事地鐵勘察與黃土濕陷性研究方面工作。

S152.7+2

A

1004-1184(2017)02-0133-05