平顶山市西湖明珠膨胀土深基坑坑底浸水条件下土钉支护研究

发布时间：2020-05-09 12:32

【摘要】：平顶山地区分布有大量的非饱和膨胀土。非饱和膨胀土中含有大量蒙脱石、伊利石、高岭石等亲水性强的粘土矿物,因此,它对湿度的变化非常敏感。随着平顶山地区城市建设的发展,为了最大限度地利用有限的土地资源,建筑物越大越多,基坑也越大越深,不可避免地会遇到深层膨胀土问题。目前平顶山地区膨胀土基坑常用的支护方式包括放坡、土钉墙支护、排桩支护或各种支护结构相结合的措施。部分膨胀土深基坑由于各种原因,基坑开挖、基础施工工期较长,有时甚至会遇到超过一年的情况,这就会导致坑壁膨胀土长期暴露。当遇到降雨、冰雪融水、地下水管泄漏等不利条件,会发生坑底长期浸水的情况。由于坑壁膨胀土的水敏性易使膨胀土吸水膨胀软化,同时产生变形压力,这种额外增加的侧向压力可能会导致支护结构的破坏。如放坡、土钉墙支护的膨胀土基坑普遍存在局部变形过大,更严重的甚至会导致坑壁垮塌;用排桩支护的膨胀土基坑出现的主要问题为部分桩间护壁塌滑、严重的甚至会使排桩倾倒或断裂,从而导致基坑垮塌。本文是以平顶山市新城区西湖明珠膨胀土深基坑为研究对象,通过现场调查、室内试验和理论计算等多种研究方法,对深基坑坑壁非饱和膨胀土在浸水条件下的渗透特性、坑底浸水条件下侧壁非饱和膨胀土体积含水率分布规律、坑底浸水条件下侧壁土压力分布规律及坑底浸水条件下的土钉支护进行研究。研究结果如下:(1)通过膨胀土水分运动的上渗试验并结合无荷膨胀率试验结果,由上渗7天时间内的土体体积含水率分布规律可知,在水施加于土体表面后的极短的时间内,土体表面的体积含水率会很快地由初始值(24.75%)增大到某一接近于饱和体积含水率的的最大值(43.23%)。湿润锋会随着入渗的进行而不断前移,含水率的分布曲线也随之会由比较陡直逐渐变为相对比较平缓。(2)结合土水特征曲线,通过瞬时剖面法定量地计算初始体积含水率为24.75%,干密度为1.65 g/cm~3的膨胀土的导水率。得到非饱和膨胀土的导水率是土体含水率(或基质势)的函数,且为指数函数,它随含水率(或基质势)的增加而增大。(3)根据非饱和土中水分运动(一维)线性化方程的入渗解,计算所研究基坑在坑底表面含水率已知条件下浸水60天后的坑壁含水率的分布规律,得到在坑壁水平和垂直方向上随着入渗深度的增加,体积含水率均逐渐增大,且增加的幅度越来越小,增大的速率也越来越慢,直至与土体初始含水率相等的位置不再增大。(4)将膨胀土含水率增加时,限制其自由膨胀而产生的力命名为湿胀力。由湿胀力试验结果可知在某一初始含水量及干密度条件下,膨胀土增湿后产生的湿胀力随含水量的增加而增大。根据朗肯土压力理论,计算坑底浸水60 d后,在不考虑膨胀土影响的情况下(将膨胀土视为普通粘性土),基坑侧壁主动土压力强度呈规则的三角形或梯形分布。在考虑膨胀土强度折减和湿胀力的情况下,在膨胀土层中主动土压力强度会增大,尤其是在膨胀土含水率增加的区域,主动土压力强度会急剧增大,且是不规则的增加。(5)通过理论计算,研究了膨胀土基坑在坑底浸水60天后,土钉支护设计时将膨胀土视作普通粘性土、仅考虑膨胀土强度的降低、同时考虑膨胀土强度降低和吸水膨胀产生湿胀力的作用,三种情况下的土钉支护设计参数会有明显的不同。坑底浸水条件下,基坑土钉支护设计时,仅考虑膨胀土强度降低的土钉长度比不考虑膨胀土影响的土钉长度要长,尤其是膨胀土层中的土钉长度增加明显,且钢筋也要加粗。同时考虑膨胀土的强度降低和湿胀力作用时的土钉设计长度要比仅考虑强度降低情况下的土钉(湿胀力影响范围内的土钉)长度要长。该论文有图27幅,表46个,参考文献101篇。
【图文】：

地层柱状图,场地,灰绿色

层底标高 89.67-91.16m，层厚 13.10-13.60m。⑥层（Q1l）粘土：棕红，灰白、灰绿色，坚硬，切面光滑，无摇振及韧性高，可见灰绿色团块，含钙质结核，粒径 0.5cm-3.0cm，个量约占总质量的 40%左右，分布不均，局部胶结成块。该层分布普 27.90-28.90m，层底标高 78.40-81.05m，层厚 9.80-11.60m。⑦层（Q1l）粘土：棕红，灰白、灰绿色，坚硬，无摇振反应，切面及韧性高，含钙质结核，粒径 0.5cm-3.0cm，个别大于 5cm，质量 25%左右，分布不均，局部钙质胶结。该层分布普遍，层底埋深m，层底标高 67.70-70.55m，层厚 10.30-11.40m。⑧层（Q1l）粘土：棕红，灰白、灰绿色，坚硬，无摇振反应，切面及韧性高，含钙质结核，粒径 0.5cm-3.0cm，质量约占总质量的 20均，局部钙质胶结。该层分布普遍，在勘探深度范围内未揭穿，最1.10m。地层信息，可绘制出场地地层柱状图，结果如下图。

曲线,含水率分布,曲线,通量

图 3-1 含水率分布曲线Figure 3-1 Water Content Distribution Curve在测定土体导水率的试验过程中，，测得1t 和2t 时刻的体积含水率分布1 (t )和2 (t )，则1t ～2t 时段内任一断面 z 处的土体水分运动通量 q(z)由连续原理可知有qt z 对上式进行积分，积分限由0z 至 z ，则可得00( ) ( )zzdz q z q zt (3-12)上式表明在 t 时段内，0z 和 z 之间土柱剖面水量增加的速率和0z 和 z 断面处的水分运动通量之差是相等的。令0z =0，则上式可写为00 0( )z zq q z dz dzt t 式中，为 q ( z 0)的简写。为了便于计算，上式可进一步近似为0 2 10 01( ) ( ) ( )z zq q z t dz t dzt (3-13)式（3-13）中，在0z 0断面处的通量0q 可通过补水量求得；右端方括号内的值0q
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU476

【参考文献】