土動(dòng)力學(xué)三土的動(dòng)力指標(biāo)及其測(cè)定

第四章土的動(dòng)力指標(biāo)及其測(cè)定第四節(jié)強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的模型試驗(yàn)研究3/19/2023土動(dòng)力學(xué)黃土是第四紀(jì)形成的一種特殊的土狀堆積物。顏色主要呈黃色或褐黃色，以粉土顆粒為主，富含碳酸鹽，具有大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，具有濕陷性。凡具備上述全部特征的土即為典型黃土，與之類似但有的特征不明顯的土稱為黃土狀土。黃土在一定的壓力作用下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的性質(zhì)，叫做黃土的濕陷性。在我國(guó)西北地區(qū)大面積分布的黃土中約占總數(shù)四分之三的是具有濕陷性的黃土。3/19/2023土動(dòng)力學(xué)3/19/2023土動(dòng)力學(xué)3/19/2023土動(dòng)力學(xué)強(qiáng)夯法（Strongcompact)是利用重錘的自由落體運(yùn)動(dòng)，對(duì)地基土體反復(fù)施加強(qiáng)大的夯擊能，這種夯擊能以沖擊波的形式向土體深部傳播，是地表以下一定深度范圍內(nèi)的土體得到夯實(shí)。強(qiáng)夯改善了黃土的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)了地基遇水后的穩(wěn)定性，使一定深度內(nèi)地基土的濕陷性得以消除。3/19/2023土動(dòng)力學(xué)研究問(wèn)題怎樣確定強(qiáng)夯消除黃土地基濕陷性的有效深度怎樣確定強(qiáng)夯的主要參數(shù)強(qiáng)夯消除濕陷性的機(jī)理3/19/2023土動(dòng)力學(xué)研究方法通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)研究強(qiáng)夯變量與有效深度之間的關(guān)系強(qiáng)夯變量包括夯錘重量W、落距H、夯錘半徑r、夯擊次數(shù)N、地基土的干容重γd、地基土的含水量w對(duì)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，得出有效深度與夯沉量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系通過(guò)對(duì)強(qiáng)夯前后黃土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的研究和微觀結(jié)構(gòu)分析，探討強(qiáng)夯消除黃土濕陷性的機(jī)理3/19/2023土動(dòng)力學(xué)一、物性指標(biāo)與濕陷系數(shù)的關(guān)系黃土的物質(zhì)構(gòu)成和基本性質(zhì)，影響著它的濕陷性大小和敏感程度黃土的顆粒成分、水溶鹽含量、顯微結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)等與黃土濕陷性有密切的關(guān)系3/19/2023土動(dòng)力學(xué)濕陷系數(shù)大致上隨干容重的增大而減小干容重相同的試樣，含水量越高，濕陷系數(shù)越低干容重小時(shí)，含水量的變化對(duì)濕陷系數(shù)的影響很大。干容重大時(shí)，含水量的變化對(duì)濕陷系數(shù)的影響減小。強(qiáng)夯使土的干容重有很大的增加，這是強(qiáng)夯消除黃土濕陷性的一個(gè)重要因素3/19/2023土動(dòng)力學(xué)黃土的濕陷性受多種因素的影響，濕陷系數(shù)與物性指標(biāo)之間不存在確定性的數(shù)學(xué)關(guān)系僅存在某種相關(guān)關(guān)系。多元回歸分析有助于了解物性指標(biāo)與濕陷系數(shù)的相關(guān)關(guān)系3/19/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)濕陷系數(shù)數(shù)與干容容重、含含水量的的關(guān)系3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)

地區(qū)性質(zhì)蘭州樞紐蘭州西站牟家莊桃樹(shù)坪東崗含水量8.10-28.75.10-30.913.1-29.26.60-17.211.3-31.0容重1.59-2.011.31-2.031.42-19.921.40-1.861.34-1.93干容重1.40-1.671.20-1.761.26-1.581.22-1.611.20-1.51孔隙比0.582-0.9270.715-1.1510.713-1.1360.685-1.0030.815-1.135飽和度26.9-81.512.9-86.336.5-82.613.3-63.422.6-91.1液限20.8-31.221.1-30.224.4-32.523.8-26.824.6-38.3塑性指數(shù)6.2-12.95.2-11.28.2-13.67.8-9.37.6-12.9液性指數(shù)-0.69~1.10-0.76~1.12-0.83~0.73-0.85~1.19壓縮系數(shù)0.02-0.1270.021-0.1240.019-0.1310.019-0.123濕陷系數(shù)0-0.0730-0.0950.003-0.1050.001-0.1240-0.1123/17/2023土動(dòng)力學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明明，黃土物性性指標(biāo)多呈正正態(tài)分布從以上五個(gè)場(chǎng)場(chǎng)地中篩取230組試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)成成一個(gè)三元正正態(tài)分布的樣樣本，通過(guò)計(jì)計(jì)算機(jī)分析可可得出蘭州地地區(qū)黃河南岸岸黃土的濕陷陷系數(shù)預(yù)測(cè)模模型3/17/2023土動(dòng)力學(xué)根據(jù)黃土地基基規(guī)范，當(dāng)濕濕陷系數(shù)小于于0.015的黃土為非濕濕陷性黃土濕陷性黃土的的飽和度一般般為30-80%，當(dāng)濕濕陷系數(shù)等于于0.015時(shí)，地基消消除濕陷性的的最小干容重重為1.44-1.50kN/m3.當(dāng)干容重大大于1.50kN/m3時(shí)，地基土不不再具有濕陷陷性因此，干容重重可以作為檢檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果果的重要指標(biāo)標(biāo)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)二、夯沉量與夯擊擊能的關(guān)系地基表面在重錘作作用下的夯擊下沉沉量稱為夯沉量（（S）夯沉量隨夯擊次數(shù)數(shù)的增加而增加單擊夯沉量（ΔS)隨擊次的增加加而減小，表明地地基土體越夯越密密實(shí)夯沉量是加固效果果的直觀反映夯沉量的大小與錘錘重W、落距H、、擊次N有關(guān)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)研究思路夯錘在空中具有一一定的勢(shì)能夯錘在自由落體運(yùn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中獲得得動(dòng)能夯錘撞擊地面后與與地面一起朝下運(yùn)運(yùn)動(dòng)一段距離能量守恒定律和撞撞擊理論是強(qiáng)夯法法的理論基礎(chǔ)據(jù)此可以建立夯沉沉量和夯擊能之間間的關(guān)系3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)定義每一一擊的錘錘底單位位面積上上的夯擊擊能為單單擊夯擊擊能3/17/2023土動(dòng)力學(xué)根據(jù)曲線的的形狀可以以采用自然然對(duì)數(shù)曲線線S=a+blnEg或指數(shù)數(shù)曲線S=aeb/Eg方程來(lái)擬合合3/17/2023土動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表表明，采用用自然對(duì)數(shù)數(shù)曲線對(duì)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的的S-Eg曲線進(jìn)進(jìn)行擬合，，相關(guān)系數(shù)數(shù)較大，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)離差較較小應(yīng)用最小二二乘法原理理進(jìn)行非線線性回歸來(lái)來(lái)求夯沉量量與夯擊能能之間的關(guān)關(guān)系3/17/2023土動(dòng)力學(xué)定義S=0時(shí)的夯擊擊能為起始始夯擊能Eg0起始夯擊能能小，表明明土層容易易夯實(shí)，地地基加固效效果好，起始夯擊能能和系數(shù)b隨單擊單單位面積上上的夯擊能能的增加而而增加3/17/2023土動(dòng)力學(xué)bEg0Eg10.65625.948450.57216.143350.43412.495300.34913.253250.2520.17912.3287.70815.612.53/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)夯沉量的預(yù)測(cè)模型型單擊夯沉量隨擊次次增加而減小。一一般規(guī)定最后兩擊擊的單擊夯沉量ΔΔS≤0.03m時(shí)結(jié)束夯擊。。這時(shí)的擊次稱為為界限擊次可用上式來(lái)估算不不同單擊夯擊能的的界限擊次還可用上式進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)夯參數(shù)的最優(yōu)組組合設(shè)計(jì)，首先考考慮提高落距，其其次考慮增加錘重重，確定了錘重和和落距之后，再利利用上式來(lái)選擇界界限擊次3/17/2023土動(dòng)力學(xué)應(yīng)用實(shí)例蘭州樞紐辦公樓樓試驗(yàn)區(qū)采用錘錘重10t，落落距10m，夯夯錘底面積為4m2，Eg1＝25tm/m2，夯擊次數(shù)為15次，夯沉量量為1.115m。夯后實(shí)測(cè)地基消消除濕陷性的有有效深度小于4.5m統(tǒng)計(jì)蘭州地區(qū)強(qiáng)強(qiáng)夯試驗(yàn)資料可可知，夯沉量達(dá)達(dá)到1.5m時(shí)時(shí)，有效深度可可達(dá)5m以上3/17/2023土動(dòng)力學(xué)更改設(shè)計(jì)參數(shù)，，將落距提高至至20m，則Eg1＝50tm/m2，按模型預(yù)測(cè)，，夯擊5次，夯夯沉量為1.65m，有效深深度將超過(guò)5m3/17/2023土動(dòng)力學(xué)地基土的性質(zhì)質(zhì)對(duì)夯沉量的的影響當(dāng)含水量小于于10％時(shí)，，土體表層較較堅(jiān)硬，土顆顆粒之間摩阻阻力較大，妨妨礙夯擊能量量有效向縱深深傳遞，不易易壓實(shí)，使夯夯沉量減小若含水量過(guò)大大，顆粒之間間孔隙內(nèi)自由由水增多，夯夯擊能量部分分消耗于驅(qū)使使自由水流動(dòng)動(dòng)，表層土容容易夯成橡皮皮土。土體往往側(cè)向擠出，，夯坑周圍的的土隆起，夯夯沉量不能真真實(shí)地反映土土的垂向壓密密狀態(tài)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)研究表明，，含水量為為10～20％時(shí)，，夯實(shí)效果果較好當(dāng)含水量小小于10％％時(shí)，可在在夯前進(jìn)行行預(yù)浸水處處理但要嚴(yán)格控控制水量，，不使表層層土含水量量過(guò)大，還還應(yīng)注意使使整個(gè)場(chǎng)地地浸水均勻勻3/17/2023土動(dòng)力學(xué)天然孔隙比比大的土結(jié)結(jié)構(gòu)疏松，，夯沉量較較大回填土的夯夯沉量比天天然地基土土大3/17/2023土動(dòng)力學(xué)三、消除濕陷性性的有效深度法國(guó)L.Menard(1975)提出預(yù)預(yù)估影響深度的的經(jīng)驗(yàn)公式為3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)裝置置由試驗(yàn)驗(yàn)圓桶、、夯錘、、導(dǎo)桿及及墊板等等組成測(cè)試裝置置包括動(dòng)動(dòng)靜態(tài)電電阻應(yīng)變變儀、預(yù)預(yù)調(diào)平衡衡箱等測(cè)試元件件為紙基基電阻應(yīng)應(yīng)變片3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)試樣制備3/17/2023土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)操作情情景3/17/2023土動(dòng)力學(xué)有效夯擊能通過(guò)墊板真正作作用與土體的夯夯擊能稱為有效效夯擊能質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的總動(dòng)動(dòng)能為3/17/2023土動(dòng)力學(xué)夯實(shí)前后干容重重的變化與體積積應(yīng)變的關(guān)系3/17/2023土動(dòng)力學(xué)相對(duì)深度與體積應(yīng)應(yīng)變的關(guān)系3/17/2023土動(dòng)力學(xué)負(fù)指數(shù)回歸歸方程3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)室內(nèi)模型試驗(yàn)驗(yàn)的回歸模式式3/17/2023土動(dòng)力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)的的主要意義義在于尋找找夯擊能量量與土體應(yīng)應(yīng)變之間的的關(guān)系，觀觀察含水量量變化對(duì)強(qiáng)強(qiáng)夯有效深深度的影響響3/17/2023土動(dòng)力學(xué)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)的整理理3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)強(qiáng)夯前后后的應(yīng)力力應(yīng)變關(guān)關(guān)系3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)黃土的濕濕陷變形形在一定定程度上上受土顆顆粒之間間的抗剪剪強(qiáng)度所所控制黃土的抗抗剪強(qiáng)度度受顆粒粒之間的的凝聚力力所左右右原始凝聚聚力加固凝聚聚力3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)抗剪強(qiáng)度的增加加主要表現(xiàn)在土土顆粒之間的凝凝聚力得到了提提高這是因?yàn)閯?dòng)動(dòng)力壓密作用使使土顆粒之間趨趨于緊密鑲嵌排排列增大了分子子引力的結(jié)果夯前的三軸試驗(yàn)驗(yàn)試樣表現(xiàn)為塑塑性破壞，夯后后的試樣表現(xiàn)為為脆性破壞，說(shuō)說(shuō)明強(qiáng)夯作用是是黃土的塑性變變形減小大孔結(jié)構(gòu)的消除除和土顆粒間抗抗剪強(qiáng)度的提高高是強(qiáng)夯作用消消除濕陷性的主主要原因3/17/2023土動(dòng)力學(xué)強(qiáng)夯前后黃土的的微觀結(jié)構(gòu)分析析3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)由顯微結(jié)構(gòu)分分析可知，大大孔結(jié)構(gòu)的粒粒間接觸點(diǎn)處處的抗剪強(qiáng)度度破壞，是產(chǎn)產(chǎn)生濕陷的基基本原因大孔隙是產(chǎn)生生濕陷必要條條件土顆粒之間的的抗剪強(qiáng)度破破壞是濕陷的的內(nèi)在原因壓力和水是引引起濕陷的誘誘導(dǎo)因素3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)