寇曉嵐 金 睿

(中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710032)

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濕陷系數(shù)和溶濾變形及溶陷系數(shù)在工程中的應(yīng)用

寇曉嵐 金 睿

(中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710032)

從濕陷系數(shù)、溶濾變形系數(shù)及溶陷系數(shù)的概念出發(fā)，分析了引起黃土與鹽漬土變形的成因機(jī)理，探討了各參數(shù)的適用范圍、試驗(yàn)流程及計(jì)算方法，論述了三個(gè)指標(biāo)間的聯(lián)系和區(qū)別，以便在今后的工作中能夠清晰明了的選擇正確的試驗(yàn)方法。

黃土，鹽漬土，濕陷系數(shù)，溶濾變形系數(shù)，溶陷系數(shù)

1 概述

濕陷系數(shù)、溶濾變形系數(shù)、溶陷系數(shù)看似相同，實(shí)則它們的概念完全不同，為了避免產(chǎn)生混淆，在此作以解釋說明，以便試驗(yàn)人員選擇正確的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

濕陷系數(shù)：?jiǎn)挝缓穸韧翗釉谝?guī)定的壓力作用下受水侵蝕后所產(chǎn)生的濕陷量。

溶濾變形系數(shù)：是濕陷變形的繼續(xù)。指在附加荷載及水長(zhǎng)期滲透侵蝕下，鹽類溶解物沉淀以及土中孔隙被進(jìn)一步壓密而產(chǎn)生的垂直變形。

溶陷系數(shù)：?jiǎn)挝缓穸韧翗釉谝?guī)定的壓力作用下受水溶陷后所產(chǎn)生的溶陷量。

濕陷系數(shù)、溶濾變形系數(shù)主要用來測(cè)定黃土的濕陷性，是測(cè)定黃土濕陷性的重要指標(biāo)，而溶陷系數(shù)主要用來測(cè)定易溶鹽類土的溶陷性，是測(cè)定鹽漬土溶陷量的一個(gè)重要參數(shù)。

2 成因及機(jī)理

2.1 黃土

黃土在其形成過程中，因大地氣候干燥，土中水分持續(xù)蒸發(fā)，水中所含的碳酸鈣、硫酸鈣等鹽類溶解物沉積下來，形成比較緊密的膠結(jié)物；同時(shí)土顆粒間的分子引力、薄膜水和毛細(xì)水形成相互聯(lián)結(jié)，使得土顆粒之間具有抵抗位移的能力，阻止土的骨架在自重壓力作用下發(fā)生壓密(固結(jié))的可能，從而形成大孔隙、多孔隙結(jié)構(gòu)。在水的作用下，水分子浸入顆粒之間，破壞薄膜連接，并逐步溶解鹽類，引起水膜變厚，使得土體的抗剪強(qiáng)度顯著降低，在外力和自重的作用下，土的結(jié)構(gòu)逐步破壞，顆粒向大孔中滑動(dòng)，骨架擠進(jìn)，從而發(fā)生濕陷。所以黃土本身的物質(zhì)成分(指顆粒組成、礦物成分和化學(xué)成分)和其結(jié)構(gòu)即大孔性和多孔性是黃土發(fā)生濕陷的內(nèi)因，而水和壓力是黃土濕陷的外因。

測(cè)定黃土濕陷特性的參數(shù)有：濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、濕陷起始?jí)毫Α⑷転V變形系數(shù)。

2.2 鹽漬土

GB/T 50942—2014鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范規(guī)定易溶鹽含量不小于0.3%且小于20%，并具有溶陷或鹽脹等工程特性的土為鹽漬土。

通常土是由三相組成：固相(礦物顆粒和有機(jī)質(zhì))、液相(水溶液)和氣相(空氣)。鹽漬土的三相體與常規(guī)土不同，其固體除土的顆粒外，還有結(jié)晶鹽，當(dāng)含水率較小易溶鹽含量較大時(shí)，液體部分常為飽和鹽溶液；當(dāng)含水量較大易溶鹽含量較小時(shí)，液體為非飽和溶液。在溫度變化和有足夠多的水侵入鹽漬土的條件下，結(jié)晶的易溶鹽將會(huì)被溶解為液體，填充氣體孔隙，此時(shí)鹽漬土的三相體即變?yōu)槎囿w。在三相體變?yōu)槎囿w的過程中，通常會(huì)發(fā)生土的結(jié)構(gòu)破壞和土體的變形即溶陷，進(jìn)而對(duì)工程帶來危害。鹽漬土的工程特性主要為：溶陷性、鹽脹性和腐蝕性。

測(cè)定鹽漬土溶陷性的參數(shù)是溶陷系數(shù)。溶陷系數(shù)是測(cè)定鹽漬土地基溶陷量的一個(gè)重要參數(shù)。

3 濕陷系數(shù)、溶濾變形系數(shù)、溶陷系數(shù)試驗(yàn)依據(jù)及計(jì)算方法

3.1 濕陷系數(shù)

濕陷系數(shù)是評(píng)價(jià)黃土濕陷性的一個(gè)重要力學(xué)參數(shù)，一般通過室內(nèi)黃土濕陷試驗(yàn)直接測(cè)出。依據(jù)GB 50025—2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范，黃土濕陷試驗(yàn)(雙線法)中試驗(yàn)步驟進(jìn)行。試樣變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每小時(shí)不大于0.01 mm。

濕陷系數(shù)按式(1)計(jì)算：

δs=Δh2=(h1-h2)/h0

(1)

其中，h1為保持天然含水率和結(jié)構(gòu)的試樣，加壓至一定壓力下沉穩(wěn)定后的高度,mm；h2為上述加壓穩(wěn)定后的土樣在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度,mm；h0為土樣的初始高度,mm。

3.2 溶濾變形系數(shù)

溶濾變形系數(shù)是水工建筑物施工和運(yùn)用階段所要求的濕陷性指標(biāo)。一般在實(shí)際荷重下進(jìn)行試驗(yàn)，浸水后長(zhǎng)期滲透求得溶濾變形。

溶濾變形是黃土濕陷變形的繼續(xù)，溶濾變形系數(shù)實(shí)則是在測(cè)定濕陷系數(shù)后，提高判別穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，即測(cè)定土體內(nèi)鹽分在水中長(zhǎng)期溶濾后引起的剩余濕陷變形量。GB/T 50123—1999土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定溶濾變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每3 d變形量不大于0.01 mm。

溶濾變形系數(shù)應(yīng)按式(2)計(jì)算：

δwt=Δh3= (h2-h3)/h0

(2)

其中,δwt為溶濾變形系數(shù);h3為在某級(jí)壓力下，長(zhǎng)期滲透而引起的溶濾變形穩(wěn)定后的試樣高度，mm。

3.3 溶陷系數(shù)

溶陷系數(shù)主要是指單位厚度的鹽漬土的溶陷量。室內(nèi)雙線法測(cè)定溶陷系數(shù)的試驗(yàn)步驟同測(cè)濕陷系數(shù)的試驗(yàn)步驟完全相同；依據(jù)GB/T 50942—2014鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范附錄D中鹽漬土溶陷系數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)方法中規(guī)定，溶陷變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為變形量每小時(shí)不大于0.01 mm。

溶陷系數(shù)按式(3)計(jì)算：

(3)

其中，δrx為溶陷系數(shù)；h0為鹽漬土不擾動(dòng)土樣的原始高度；

4 結(jié)語

濕陷系數(shù)、溶濾變形系數(shù)、溶陷系數(shù)三者之間有區(qū)別也有聯(lián)系，現(xiàn)就以下幾方面加以闡述。

4.1 成因和機(jī)理

從產(chǎn)生成因和機(jī)理看，用濕陷系數(shù)和溶濾變形系數(shù)測(cè)定的濕陷是黃土在水和力的作用下，土顆粒向孔隙中滑動(dòng)的過程，而溶陷系數(shù)測(cè)定的溶陷是鹽漬土在水和溫度的變化時(shí)易溶鹽被溶解的過程。

4.2 試驗(yàn)方法的異同

溶濾變形是濕陷變形的繼續(xù)，溶濾變形系數(shù)是在濕陷系數(shù)的基礎(chǔ)上，測(cè)得長(zhǎng)時(shí)間浸水作用對(duì)土的濕陷影響，所以它的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)從濕陷系數(shù)的每小時(shí)變形不大于0.01 mm提高為3 d不大于0.01 mm，且計(jì)算公式有區(qū)別，應(yīng)引起重視。

溶陷系數(shù)與濕陷系數(shù)試驗(yàn)步驟及計(jì)算方法按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可以說是完全相同的(包括變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)均為每小時(shí)變形不大于0.01 mm，但在成因和概念上有區(qū)別。

4.3 適用范圍

濕陷系數(shù)和溶濾變形系數(shù)這兩個(gè)參數(shù)適用黃土類土，且溶濾系數(shù)適用測(cè)定長(zhǎng)期緩慢的受水侵蝕如水工建筑物地基等。溶陷系數(shù)適用于鹽漬土。

4.4 判定程度不同

根據(jù)濕陷系數(shù)的大小可將黃土的濕陷程度分為下列三類：

1)當(dāng)濕陷系數(shù)0.015≤δs≤0.03，為濕陷性輕微；2)當(dāng)濕陷系數(shù)0.03<δs≤0.07，為濕陷性中等;3)當(dāng)濕陷性系數(shù)δs>0.07，為濕陷性強(qiáng)烈。

根據(jù)溶陷系數(shù)的大小可將鹽漬土的溶陷程度分為下列三類：

1)當(dāng)溶陷系數(shù)0.01<δrx≤0.03時(shí)，溶陷性輕微；2)當(dāng)溶陷系數(shù)0.03<δrx≤0.05時(shí)，溶陷性中等；3)當(dāng)溶陷系數(shù)δrx>0.05時(shí)，溶陷性強(qiáng)。

通過以上對(duì)濕陷系數(shù)、溶濾變形系數(shù)、溶陷系數(shù)的探討，便于大家能明確地根據(jù)不同地區(qū)、不同類別土質(zhì)、不同建筑物的要求，選擇適宜的試驗(yàn)方法，進(jìn)而為巖土工程提供適用可靠的試驗(yàn)資料。

[1] GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[2] GB/T 50123—1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB/T 50942—2014，鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 錢鴻縉，王繼唐.濕陷性黃土地基[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

The application of collapsibility coefficient and lixiviation deformation and karst collapse coefficient in engineering

Kou Xiaolan Jin Rui

(NorthwestElectricPowerDesignInstitute,ChinaPowerEngineeringConsultingGroupLimitedCompany,Xi’an710032,China)

From the concept of collapsibility coefficient, lixiviation deformation coefficient and karst collapse coefficient, this paper analyzed the causes and mechanism caused by loess and saline soil deformation, discussed the application scope, test procedure and calculation method of each parameter, discussed the relation and difference between the three indexes, in order to clearly selected the correct test method in future work.

loess, saline soil, collapsibility coefficient, lixiviation deformation coefficient, karst collapse coefficient

2016-11-27

寇曉嵐(1972- )，女，高級(jí)工程師； 金 睿(1962- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2017)04-0069-02

TU431

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