基于试坑浸水试验的大厚度黄土湿陷及渗透特性研究

发布时间：2018-10-18 10:58

【摘要】：随着西部大开发和“一带一路”战略和城镇化战略的综合实施,黄土地区建筑物越来越多、其规模也越来越大,工程场地由低阶地逐渐向高阶地扩展,由河谷和平原不断向黄土塬、梁、峁扩展,加之部分城市平山造地,工程建设中遇到的大厚度湿陷性黄土问题越来越突出,给工程和研究人员提出了一系列新的挑战,大厚度黄土问题成为岩土科技界、工程界新的难点和热点。主要表现在对大厚度黄土湿陷变形特性了解尚不够系统,对大厚度黄土湿陷性的评价方法尚待进一步完善,大厚度湿陷性黄土地基如何处理,桩基负摩阻力如何确定等等。另外,浸水是湿陷性黄土地基产生湿陷变形的最主要外因,研究黄土地基内水分入渗规律是定量评估黄土湿陷以及进行工程防排水措施设计的基础。过去由于受水分原位测试技术的限制,对非饱和渗流问题的研究主要偏重于数值方法,在黄土浸水入渗规律方面积累的实测资料还十分有限,对黄土水分入渗规律的研究远远不能满足工程建设的需要,对其研究同样具有重要的科学意义和工程应用价值。鉴于此,本文在系统分析大厚度自重湿陷性黄土地基湿陷及渗透特性国内外研究现状的基础上,在我国关中、豫西、青海等地选择多处典型湿陷性黄土场地,通过大规模现场试坑浸水试验、室内试验、理论分析和数值模拟相结合的手段,对大厚度湿陷性黄土浸水后的湿陷变形特性、湿陷性黄土下限评价方法以及大厚度黄土地基水分入渗和消散规律进行了系统研究。取得的主要创新性成果有:(1)基于大量现场试坑浸水试验,获得了浸水后大厚度黄土地基自重湿陷变形的时域衍生特征及三维发展规律。现场试坑浸水试验结果表明:地表和深部的湿陷变形均呈现出慢-快-慢-稳定的特点,但各阶段的持续时间因场地的不同而不同;湿陷越严重的场地,地基受水浸湿时,不但附加下沉量大,而且下沉速度也相对较快;浸水边界对湿陷变形有明显的抑制作用;停止浸水后,由于孔隙水消散,地基会发生明显的固结变形,固结变形的大小因场地的不同而不同;湿陷性沿深度的变化趋势为中部湿陷性强,上部气候影响层湿陷性有所退化,下部随着深度的增加湿陷性逐渐减弱直至消失。(2)建立了自重湿陷性黄土下限现场试坑浸水试验实测值和相应的室内试验值之间的定量关系,发现了室内试验值大于现场实测值的客观性、普遍性以及与地域无关性;分析了二者差异的形成机理;首次提出了现场试验中湿陷性黄土下限的确定方法以及对室内试验结果的修正方法,可供大厚度湿陷性黄土区工程勘察和设计参考。(3)提出了大厚度黄土湿陷性综合评价方法。针对大厚度黄土的特点,从勘察手段、湿陷性指标测试方法、黄土基本物理指标与湿陷性的关系、自重湿陷量和湿陷量的计算等环节提出大厚度黄土湿陷性综合评价方法。(4)通过现场实测与数值模拟,定量揭示了水在大厚度原状黄土地基中的入渗规律、浸水影响范围,得到了大厚度黄土地基竖向和水平向不同部位的渗透系数及其变化规律,分析了水分渗透与湿陷变形的关系,为定量评价黄土湿陷性以及工程防排水设计提供了直接依据。(5)建立了可用于估算大厚度黄土地基剩余含水率的经验公式,填补了该领域的研究空白。首次通过大型现场试验和水分原位测试技术,定量研究了大厚度黄土地基水分消散的时空变化规律,建立了剩余含水率与消散时间之间的经验公式,可用于估算地基浸水后的剩余含水率。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU444

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