黃土工程地質(zhì)(5)

1、黃土其它工程黃土其它工程地質(zhì)問題（二）地質(zhì)問題（二）一、黃土濕陷典型案例及有關(guān)問題黃土是地球上分布廣泛、性質(zhì)特殊的一種沉積物。天然狀態(tài)下黃土強(qiáng)度較高、壓縮性小， 但遇水浸濕后將會(huì)發(fā)生顯著下沉，其強(qiáng)度也隨之迅速降低 由此引發(fā)災(zāi)害造成巨大損失。黃土濕陷的早期研究成果多在飽和黃土濕陷理論的傳統(tǒng)框架內(nèi)開展。是對(duì)黃土浸水沉陷現(xiàn)象的刻畫。而黃土是典型的非飽和土，常見到的濕陷往往發(fā)生在沿土層深度達(dá)到不同含水量的情況。從飽和角度開展黃土濕陷性的研究只是黃土濕陷的一種特例。受現(xiàn)有儀器對(duì)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下黃土濕陷性研究的限制，導(dǎo)致在現(xiàn)行理論和方法的指導(dǎo)下對(duì)黃土濕陷性評(píng)價(jià)與實(shí)際值間的差距較大 以位于甘肅永靖縣的黑方臺(tái)為

2、例，歷經(jīng)40余年的灌溉， 厚約45的黃土實(shí)際濕陷值超過5.96m， 而計(jì)算值僅為2.8m（孫萍萍，等. 2013）。甘肅黑方臺(tái)甘肅黑方臺(tái)僅十余平方千米的臺(tái)面累計(jì)損失耕地超過200hm2 水利設(shè)施嚴(yán)重破壞， 距離灌區(qū)近的房屋整體沉陷明顯，臺(tái)面上原來整齊排列的村戶，由于黃土的不均勻濕陷被裂得七歪八斜。此外，黃土濕陷造成地基變形、房屋開裂。 區(qū)內(nèi)新塬、朱王、陳家、方臺(tái)4個(gè)移民村因黃土濕陷造成房屋開裂損毀， 村民每隔幾年就需要對(duì)房屋進(jìn)行翻新或者復(fù)遷新建，平均每家復(fù)遷翻修房屋達(dá)2次 多者高達(dá)4-5次水窖變水塔水窖變水塔水窖為1968 年修建， 修建過程中為消除水窖處黃土地基的濕陷性，對(duì)其進(jìn)行了大開挖換土

3、，采用漿砌塊石獨(dú)立基礎(chǔ)，在很大程度上避免了由于后期灌溉引起的水窖處的沉陷。 與之相比較，水窖周圍黃土則隨著灌溉時(shí)間的增長不斷產(chǎn)生沉陷， 最終使得位于地下的水窖 長出地表。 水窖剛建成時(shí)，其進(jìn)水口與地面相平，歷經(jīng)40 余年的灌溉至2012 年水窖已成了高出地表3.5m 的水塔。記錄了灌溉歷史內(nèi)黃土濕陷的結(jié)果。區(qū)內(nèi)常年灌溉引起黃土濕陷量之大超出了以往工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)水窖變水塔水窖變水塔黑方臺(tái)以農(nóng)田為主， 村莊的建筑物均為 12 層民用建筑，無其它附加荷載， 臺(tái)面沉陷主要來自黃土自重濕陷黃土自重濕陷 ，在區(qū)內(nèi)選取典型灌區(qū)和未灌區(qū)分別開挖15m 探井， 每隔 1m 采集原狀黃土樣進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試（表）， 可

4、知 灌區(qū)黃土的自重濕陷系數(shù)明顯小于非灌區(qū)， 且灌區(qū)與非灌區(qū)黃土在地表 15m深度范圍內(nèi)均具有較大的自重濕陷性， 特別是灌區(qū)黃土，雖然經(jīng)歷了長達(dá) 40 余年的灌溉， 濕陷性仍未完全消除 。據(jù)調(diào)查資料， 灌區(qū)黃土厚約 45m， 其中25m埋深以下為飽和黃土，其濕性可忽略。非灌區(qū)黃土厚約50m，據(jù)濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范GB50025-2004 ,采用分層總和法分別計(jì)算黑方臺(tái)灌區(qū)與非灌區(qū)黃土層自重濕陷量。對(duì)于隴西地區(qū) 土質(zhì)的修正系數(shù)為 1.50 ，以最不利工況考慮，假定灌溉前50m厚的黃土層均具有濕陷性，計(jì)算得出非灌區(qū)黃土的自重濕陷量為4.48m，灌區(qū)黃土自重濕陷量為1.68m，即經(jīng)歷 44 年的灌溉

5、后，灌區(qū)黃土已產(chǎn)生的濕陷為2.8m，該計(jì)算值與區(qū)內(nèi)黃土的真實(shí)濕陷值間相差近該計(jì)算值與區(qū)內(nèi)黃土的真實(shí)濕陷值間相差近 50%。原因原因黃土濕陷量是在飽和黃土濕陷理論的框架內(nèi)展開的， 沒有考慮到長期灌溉條件下黃土不同埋深范圍內(nèi)含水量的變化、黃土內(nèi)部膠結(jié)成分的溶解、黃土微觀結(jié)構(gòu)的變化、 黃土內(nèi)部應(yīng)力的重分布等對(duì)黃土濕陷性的影響。同時(shí)， 室內(nèi)測(cè)試多是基于側(cè)限壓縮的試驗(yàn)， 而完全側(cè)限的壓縮濕陷試驗(yàn)無法反映自然條件下不同側(cè)限的實(shí)際濕陷變形，多種原因?qū)е聭?yīng)用現(xiàn)行規(guī)范推薦公式計(jì)算得到的黃土濕陷理論計(jì)算值與實(shí)際值間尚存在較大差異。思考：1、為何大厚度自重濕陷性黃土場(chǎng)地的浸水試驗(yàn)結(jié)果比計(jì)算結(jié)果要?。窟@與剛才的論述事

6、實(shí)相反。2、為何有的研究認(rèn)為大厚度濕陷性黃土在2025m以下后實(shí)際上可不考慮黃土的濕陷性，這又與上述的案例有怎樣的矛盾和聯(lián)系，工程中到底該如何處置這類問題二、灌溉型黃土高速高速滑坡機(jī)理黑方臺(tái)焦家崖頭 13 號(hào)滑坡焦家崖頭滑坡位于黑臺(tái)東南側(cè)，自 20 世紀(jì) 80年代以來曾多次發(fā)生滑動(dòng)， 主滑方向 105， 為典型的高速黃土滑坡 。 滑坡所處斜坡坡高約130m ，坡度整體呈上緩下陡 上部黃土段坡度約為32， 下部基巖段坡度約為 43， 滑坡主要發(fā)育在斜坡上部黃土層內(nèi)， 剪出口位于粉質(zhì)粘土頂面。甘肅省永靖縣黑方臺(tái)原為四周被溝谷深切的孤島狀旱臺(tái)，天然狀況下大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水唯一的補(bǔ)給來源， 自196

7、8年農(nóng)業(yè)灌溉以來，長期沿襲大水漫灌的方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉， 因相對(duì)隔水粉質(zhì)粘土層阻隔，沿其頂面之上的黃土含水層地下水位不斷上升，平均升幅達(dá)平均升幅達(dá) 0.27m/a0.27m/a。斜坡為黃土 粉質(zhì)粘土 砂礫石與基巖組成的多層結(jié)構(gòu)斜坡 地層由上至下分別為：1、上更新統(tǒng)風(fēng)成黃土層：厚約 49m， 呈淡黃色， 砂粒含量高，土質(zhì)疏松， 垂直節(jié)理發(fā)育；2、中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)粘土層：厚約 2.2m， 棕褐色， 硬塑，可見明顯波狀層理， 沿其頂面地下水呈線狀滲出，流量約 0.5L/s；3、中更新統(tǒng)沖積砂礫石層： 厚約 3.4m， 顆粒最大粒徑約25cm， 泥質(zhì)含量占 10%左右， 分選性和磨圓度均較好，處于密實(shí)狀

8、態(tài)；4、下白堊統(tǒng)河口群： 為棕褐色，棕紅色砂泥巖互層， 巖層產(chǎn)狀為 2958黑方臺(tái)焦家崖頭滑坡于 2011 年 4 月 25 日和 2012 年 2 月 7 日先后發(fā)生 2 次滑動(dòng)。 2011 年 4月 25 日 15 時(shí)滑動(dòng)規(guī)模約 9000m3。在斜坡坡腳可見堆積體寬約 60m，厚23m，最厚處約4m。堆積量約3000m3，掩埋鹽蘭公路部分路段，其余滑體沖入黃河八盤峽庫區(qū)內(nèi)，滑床上殘存少量滑體，滑體多解體為散體粉狀，未造成人員傷亡。 2012年2月7日16時(shí)，再次發(fā)生高速滑動(dòng)，滑動(dòng)規(guī)模約12萬m3，滑坡將正在行駛的2車推入黃河八盤峽庫區(qū)，造成1人死亡，3人失蹤。并阻斷鹽蘭公路，大部分滑體高速

9、沖入八盤峽庫區(qū)，激起高約6m的涌浪，涌浪最遠(yuǎn)波及至黃河南岸250m處。機(jī)理1、長期引水灌溉改變了黃土臺(tái)塬原有的水文地質(zhì)條件：、長期引水灌溉改變了黃土臺(tái)塬原有的水文地質(zhì)條件： 黃土層內(nèi)地下水位逐年上升， 同時(shí)， 塬邊斜坡坡體內(nèi)地下水位也逐步升高。黃土具有強(qiáng)烈的水敏性，飽水后強(qiáng)度降低，在地下水的作用下，塬邊黃土斜坡下部飽水黃土原生結(jié)構(gòu)遭到破壞，骨架排列狀態(tài)改變，可溶鹽溶解，土粒之間的粘結(jié)力減小，連接強(qiáng)度降低，地下水作用導(dǎo)致斜坡地下水作用導(dǎo)致斜坡下部形成低強(qiáng)度、飽水黃土軟弱層，下部形成低強(qiáng)度、飽水黃土軟弱層， 流塑流塑-軟塑狀飽水黃軟塑狀飽水黃土軟弱層的形成是該類黃土滑坡產(chǎn)生的先決條件；土軟弱層的形

10、成是該類黃土滑坡產(chǎn)生的先決條件；2、隨地下水位不斷抬升及水巖作用對(duì)黃土強(qiáng)度劣化作用的逐步加深， 塬邊斜坡下部飽水黃土的強(qiáng)度顯著降低，斜坡下伏飽水黃土軟弱層在上覆土體壓力作用下不斷壓縮、擠出變形，并向臨空方向塑性流動(dòng)， 此間滑坡前緣伴隨有局部變形破壞，同時(shí)，由于斜坡下部飽水黃土壓縮擠出，上覆土體產(chǎn)生拉裂、不均勻沉降等變形，并在后緣形成拉裂縫和陷落帶。斜坡后緣裂縫與下部飽水黃土組合形成一條潛在的滑動(dòng)面，斜坡整體向臨空方向發(fā)生蠕動(dòng)變形。下伏飽水黃土軟弱層向臨空方向發(fā)生流塑態(tài)破壞是該類下伏飽水黃土軟弱層向臨空方向發(fā)生流塑態(tài)破壞是該類滑坡產(chǎn)生的重要條件滑坡產(chǎn)生的重要條件 ，也是該類型滑坡塑流，也是該類型

11、滑坡塑流-拉裂機(jī)制的重要表現(xiàn)；拉裂機(jī)制的重要表現(xiàn)；3、隨著飽和黃土軟弱層塑流的持續(xù)發(fā)展， 已形成的拉裂縫在坡體內(nèi)部自上而下進(jìn)一步擴(kuò)張延伸與斜坡下部軟塑狀飽和黃土形成一貫通的滑動(dòng)面，滑坡整體產(chǎn)生觸發(fā)性失穩(wěn)破壞。 上覆滑體沖擊下伏飽和黃土，上覆滑體沖擊下伏飽和黃土， 強(qiáng)強(qiáng)大的沖擊力導(dǎo)致下伏飽和黃土內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力并伴有液化大的沖擊力導(dǎo)致下伏飽和黃土內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力并伴有液化 ，上覆，上覆滑體沖擊擠壓滑體沖擊擠壓幾乎完全喪失抗剪強(qiáng)度的飽和黃土幾乎完全喪失抗剪強(qiáng)度的飽和黃土 ，隨之產(chǎn)生高速滑動(dòng)。，隨之產(chǎn)生高速滑動(dòng)。由于滑坡剪出口位置高，由于滑坡剪出口位置高， 臨空條件好，臨空條件好， 滑體從剪出口

12、位置高速滑出，滑體從剪出口位置高速滑出， 局部伴隨有拋射過程，局部伴隨有拋射過程， 滑坡破壞過程中滑體具有能量大、 速度快、 運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)等特性， 為典型的高速遠(yuǎn)程黃土滑坡。三、自重濕陷黃土的負(fù)摩阻力產(chǎn)生負(fù)摩阻力的原因自重濕陷性黃土場(chǎng)地樁基負(fù)摩阻力特點(diǎn)1、浸水一開始，樁身就有負(fù)摩阻力產(chǎn)生，但數(shù)值較小，隨自重濕陷量增長，負(fù)摩擦力逐漸增大；當(dāng)整個(gè)濕陷性土層受水浸透后，負(fù)摩擦力達(dá)到峰值；時(shí)間上一般位于浸水后1020天內(nèi)，相應(yīng)于負(fù)摩阻力最大值時(shí)的自重濕陷量約為總濕陷量的48%55%；2、峰值后，盡管自重濕陷量仍在增大，但負(fù)摩阻力卻開始減?。唬ㄔ颍弘S土層沉陷，水分下滲，土抗剪強(qiáng)度降低，使得其與樁壁之間的

13、摩擦減小，導(dǎo)致負(fù)摩阻力下降）但到一定程度后變的穩(wěn)定；3、停止浸水后，由于土層失水固結(jié)，抗剪強(qiáng)度有所增高，樁側(cè)壁懸附能力重新增強(qiáng)，負(fù)摩阻力逐漸增強(qiáng)出現(xiàn)二次峰值；二次峰值要高于一次峰值（不多的試驗(yàn)表明高出20%以上）負(fù)摩擦力對(duì)樁基的最大影響不是在浸水期間，而是在發(fā)生停水之后。負(fù)摩擦力對(duì)樁基的最大影響不是在浸水期間，而是在發(fā)生停水之后。負(fù)摩阻力的影響因素1、樁的類型的影響、樁的類型的影響 預(yù)制樁比灌注樁高80%左右！爆擴(kuò)樁也比灌注樁大。 主要原因：預(yù)制樁打入時(shí)擠密樁周土所致。2、自重濕陷量的影響、自重濕陷量的影響 一般情況下，土的自重濕陷量越大，負(fù)摩阻力越大，但兩者不成正比關(guān)系。3、負(fù)摩阻力產(chǎn)生的濕

14、陷界限值、負(fù)摩阻力產(chǎn)生的濕陷界限值 一般認(rèn)為，樁的負(fù)摩阻力只產(chǎn)生在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，而非自重濕陷性黃土場(chǎng)地則無需考慮。 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，即使自重濕陷量較小的場(chǎng)地（非自重濕陷場(chǎng)地），浸水后仍會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，已有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)自重濕陷為14mm時(shí)，負(fù)摩阻力可達(dá)4KPa，自重濕陷量為10mm時(shí)，負(fù)摩阻力可達(dá)10KPa.中性點(diǎn)問題 自重濕陷性黃土浸水后產(chǎn)生濕陷，樁在荷載作用下也產(chǎn)生下沉。在上部，樁周土下沉量大于樁身，產(chǎn)生負(fù)摩擦力；下部，樁周土下沉量小于樁身，產(chǎn)生正摩擦力。兩者之間必有一個(gè)“0”點(diǎn)，即樁的位于等于土的位于，稱之為“中性點(diǎn)”。計(jì)算負(fù)摩阻力時(shí)應(yīng)只計(jì)算中性點(diǎn)以上部分計(jì)算負(fù)摩阻力時(shí)應(yīng)只計(jì)算中性點(diǎn)以

15、上部分。 在自重濕陷性黃土場(chǎng)地采用樁基時(shí)，要求將樁端置于基巖、密實(shí)的卵樁端置于基巖、密實(shí)的卵石或液性指數(shù)小于石或液性指數(shù)小于0 0的堅(jiān)硬土層的堅(jiān)硬土層上，故樁的性質(zhì)以端承力為主（或摩擦端承樁）。因而在濕陷性黃土層內(nèi)都有負(fù)摩阻力，往往測(cè)不出中性點(diǎn)，可近似認(rèn)為中性點(diǎn)是濕陷性土與非濕陷性土的交界點(diǎn)。負(fù)摩擦力的計(jì)算負(fù)摩擦力的計(jì)算深度應(yīng)等于樁在濕陷性黃土層內(nèi)的全部樁長。深度應(yīng)等于樁在濕陷性黃土層內(nèi)的全部樁長。現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定 1、在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，當(dāng)計(jì)算自重濕陷量小于50mm時(shí)，除不計(jì)負(fù)摩阻力，還要計(jì)飽和狀態(tài)下的正摩阻力；2 2、負(fù)摩阻力的考慮、負(fù)摩阻力的考慮減小負(fù)摩阻力的措施1、在自重濕陷性黃土層中，樁的負(fù)摩擦力試驗(yàn)資料表明， 在同一類土中，擠土樁的負(fù)摩擦力大于非擠土樁的負(fù)摩