砂性土与湿陷性黄土工程特性及分类
一、砂性土的分类及工程特性
(一)砂性土的分类
砂性土(sandy soil)指的是含砂土粒含量较多且具有一定粘性的土。砂性土颗粒间粘聚力比较小,性质松散,主要由0.075 mm~2 mm的颗粒所组成无塑性的土,按粒度组成可分为粗砂、中砂、细砂和粉砂等。砂性土在第四纪沉积物中,以及现代滨海、河流、湖泊、沙漠地带有广泛的分布,其主要矿物成分为石英、长石、云母等,由暴露于地表的各类岩石经物理风化破碎、再经过机械搬运、磨蚀、分选、堆积而形成,其中纯砂,例如石英砂,还必须促使不稳定矿物化学分解才能形成。
砂性土内摩擦力小,不具粘着性和塑性,但透水性极强,其含水量合理范围的空间大,容易压实,压实后水稳性好,强度较高,毛细作用小。由于砂性土既具有一定数量的粗粒组,使路基具有足够的强度和水稳性,又具有一定数量的细颗粒,使土具有一定的粘性,不至于过分松散,因此砂性土的颗粒组成接近于最佳级配[29]。并且砂性土层是良好的含水层,作建筑地基时易压密,沉降量小,砂性土的天然密实程度是控制其工程地质性质的主要因素,因此,砂性土不可避免地成为土方填料的重要来源之一。按密实程度可分为疏松的砂、中密的砂和密实的砂。就填筑路基来说,最合适的是砂砾土、砾土、亚砂土等,用这些土作为路基填料不容易引起路基沉陷。
二、砂性土的工程特性
(1)抗剪强度随着含水量的增加而增加,当强度增加到最大值时,含水量如果还继续增加,则剪切强度就会减小;
(2)压缩模量随着法向应力的增加而增加,载荷对砂土的密实起着关键的作用;
(3)随着压实度的增加,CBR值明显增加,但浸水状态的CBR值比没有浸水状态要低的多。
苏广和等对级配不太良好的粉土质砂进行了一系列的动力特性分析,得出以下结论
(1)粉细砂的工程特性比较差,在动应力和重复载荷作用下,其抗剪强度有大幅度的衰减,将严重影响路基稳定性;
(2)细砂土的累积应变随着加载次数的增加而增大;
(3)密度小的粉细砂随着围压的增大,动弹性模量增加趋势明显,密度大的粉细砂随着围压的增加,动弹性模量逐渐减小;
(4)动载荷频率在2 Hz~5 Hz之间变化时,频率对动弹性模量大小的影响并不明显,但是,动
应力的变化对动弹性模量影响显著,随着动应力的增大,动弹性模量基本呈线性增大;铁道第三勘察设计院的郗宁通过对砂性土击实试验数据的归一处理得出以下成果:
(1)砂性土中粒径小于0.075 mm的细粒土含量对Proctor曲线线性影响较大。含水量对细粒土含量超过20%的
砂性土击实所得干密度影响比较大。
(2)含水量对击实所得干密度影响大小与细粒含量具有正相关性,与孔隙比就有反相关性。外力作用下的土粒重新排列和与水相关的“粘性膜润滑”原理构成了砂性土压实机理的主要内容。
以上研究人员通过大量的试验对砂性土压实特性的研究,得出一些共性的成果:细粒土的含量百分比不同,导致土体机构不同,力学性能就发生相应的变化,并且含水量对压实度的影响大小也会发生一定的变化。
二、湿陷性黄土的危害、评价
标准
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以及处理方法
(一)湿陷性黄土的危害及其工程特性
湿陷性黄土属于一种特殊土,是在上覆土层自重应力作用下,或者在自重应力和附加应力共同作用下,因浸水后土的结构迅速破坏而发生显著下沉现象的土。广泛分布于我国东北、西北、华北和华东部分地区的黄土多具有湿陷性,且其面积约占黄土总面积的3/4,因此与工程建设的关系非常的密切。湿陷性黄土的这种特性,给其上的路基及结构体带来不同程度的危害,使路基及结构体发生大幅度沉降、折裂、倾斜,严重影响其安全和使用。所以对湿陷性黄土地基的正确处理至关重要。湿陷性黄土主要为新近堆积的黄土,大部分为风积或冲击的粉粒土与碳酸盐等易溶盐类胶结体,粒度成分以粉土颗粒为主,约占50%以上,具有较大的孔隙,呈现松散、多孔结构状态,孔隙比较大,天然剖面上具有垂直节理,含可溶盐(碳酸盐、硫酸盐等)比较多。湿陷性黄土发生湿陷的主要原因有两方面:1、内部因素主要是垂直大孔性、松散多孔结构以及遇到水就降低或者消失的土壤颗粒间的凝聚力;2、外部因素是自重压力、附加压力及水。郭松昌和李存宾等对某工业设备水循环系统、某住宅楼、某厂房进行了大量的土工试验和固结试验,画出湿陷性黄土固结试验e-p曲线,并得出湿陷性黄土的物理力学特性,结论如下:
(1)湿陷性黄土由于沉积年代短、土体疏松、空隙大等原因,因此具有高压缩、低承载力、较差的均匀性等物理力学特性。
(2)湿陷性黄土在50 kPa~150 kPa压力作用下对变形比较敏感,特别是在P=150kPa时土体结构大幅度的被破坏,沉降量会特别的大,其屈服点在压力P=150 kPa附近。
(二)湿陷性黄土评价标准
(1)在一定压力作用下浸水时有无湿陷性;
(2)在自重压力作用下浸水时有无自重湿陷性;
(3)场地湿陷性的划分;
(4)判定地基湿陷性等级。
(三)湿陷性黄土处理目的与方法
(1)强夯法也叫动力固结法,适用于消除1 m~1.5 m层厚的湿陷性,这种方法速度快、效果好,是一种经济
简便的方法之一;(2)冲击碾压是表层夯实的一种,适用于消除1 m~3 m层厚的湿陷性,主要用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基;(3)换填垫层法也是一种常用的基础浅层处理湿陷性的方法,适用于消除1 m~3m层厚的湿陷性,经过此种方法处理的基础承载力可达到300 kPa,具有良好的均匀性;(4)灰土挤密桩属于横向加密土层,适用于消除5 m~10 m层厚的湿陷性,并且可全部或部分消除;苟和平提出在自重性黄土湿陷地区,采用灰土挤密桩法处理路基,其工程效果非常好。
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