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26500字硕士毕业论文四川膨胀土力学特性试验总结

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:26500字
论点:膨胀,粘土,成都
论文概述:

本文围绕成都膨胀土的物理力学性质和工程特性展开全面的研究,针对成都龙潭寺科创中心项目和望江锦园项目基坑中膨胀土的各项物理力学指标做了深入分析,并进行了室内常规试验和室内外直

论文正文:

第1章导言

1.1引言膨胀土的主要矿物成分是强亲水性的蒙脱石和伊利石,因此它的特性主要表现在吸水膨胀、失水收缩,是一种具有较大往复胀缩变形的特殊粘土。由于该类土在天然状态下,其强度高,压缩性也低,所以经常被误评定是工程性质较好。人们首次认识该类土的缺陷,始于1938年美国开垦局在俄勒网州的一次重大事故中,钢制倒虹吸管基础破坏造成了这次严重事故⑴。膨胀土在世界各地分布很广,它是一种区域土,至今为止发现存在这种土的国家有很多个,遍及各大洲。这种土一般位于干早或半干旱地区。而我国是这种土分布较广的国家之一,我国很多个省区先后发现有这种土[2-6]。因为这种土的特性很显著,因此给各国造成的经济损失每年达数十亿元道路工程(包括铁路、公路等)、水利设施、机场设施、房屋以及其他各种建筑等常常遭受到很严重的破坏。长期以来,膨胀土因其自身特有的工程性质,包括超固结性、裂隙性、遇水膨胀、失水收缩并幵裂等,所以岩土工程研究领域中一直把膨胀土及其工程问题当作世界性的重大研究课题[\",12]。工程建筑因膨胀土会产生不同程度的破坏作用,是严重的自然灾害之一,因此人们都称之为“无声的地震”、“隐藏的灾难\"。膨胀土造成工程建筑的危害处处可见,它是各类轻型浅表层建筑的全球性技术难题。据KRON和SLOSSON在1980年统计资料分析,仅美国每年因为这种土的变形对上层建筑物造成的损失远远超过賜风、龙卷风、洪水和地震所造成的损失的总和,每一年都要损失七十亿美元。SNETHEN经多年的深入探寻研究,从经济上讲,这种危害性大的土是美国付出代价最大的自然灾害之一。膨胀土不止给美国的工程建设带来严重的经济损失,还给世界上其他国家的工程建设带来严重的经济损失。在中国,膨胀土地区的铁路,基床翻装冒泥、路基下沉、边坡滑坡等病害时有发生,对不少地段防护工程也产生很大危害。铁路、公路及建筑物受到的危害也很严重。膨胀土每年都会造成大量工程建筑物遭受的严重危害。据统计我国达数万平方米的建筑面积由于膨胀土地基而损害的。我们国家铁路相关部门总结膨胀土地区修建铁路的经验时,认为“逢暂必滑、无堤不坊”。仅据襄(樊)渝(重庆)铁路施工决算统计,每公里路基的造价增加了 91.45万元,实际投资已达设计造价的三倍,这都是由于膨胀土在施工期间造成的破坏所引起的。我国以往在膨胀土地区进行工程建设的经验证明,只有对膨胀土的土性作出正确分析、判断,对其釆取相应措施,才能有效避免工程事故的发生减少造成巨大工程经济损失。在四川,成都的这种土分布广泛、并且断断续续地分布在川西平原二级阶地和三级阶地上,属于典型的裂隙粘土,俗称为“成都粘土\"。尤以成都市以东,洛带以西,金堂以南,新店子以北地区三级阶地上呈大面积连续分布的膨胀土最为典型。其上部为黄褐色较均质,向下颜色转红,裂隙发育。随着经济的迅速发展,成都市城区建设规模日益扩大,在成都膨胀土分布的地区,修建了许多工业及民用建筑、道路桥梁、水利工程。在这些建筑物的修建和运营过程中,建筑物常因膨胀土胀缩而引起开裂,且经常不同程度地发生了事故和病害。如四川省某仓库的滑坡、某部队办公楼和成都地质学院一幢家属宿舍均因地基变形而导致房屋拉裂、成昆铁路狮子山段滑坡、东风渠岸坡跨塌、许多已建建筑物由于膨胀土地基的沉降引起开裂,特别是近年来在成都膨胀土地区施工的建筑基坑连续出现了多起跨塌事故,均与成都膨胀土的工程特性有关,尤其与胀缩性有关。随着成都膨胀土地区建筑物的大规模修建,建筑物越来越高,地下室越来越深,膨胀土地区幵挖的基坑深度越来越大,尽管设计人员在进行基坑和边坡设计计算时,对勘察本文中提出的成都膨胀土力学参数(C、cp值)建议值进行了一定程度的折减,但基坑边坡开裂和跨塌事故仍连续发生,成都膨胀土边坡的稳定己成为影响工程安全和经济效益的主要因素之一。目前,针对成都膨胀土地E基坑和边坡的事故逐渐增多,行业内相关勘察单位及研究机构对成都膨胀土力学参数的取值问题存在相当大的争议。故为保障成都地区膨胀土地区工程和建筑的安全、降低工程投资,对成都地区膨胀土力学特性进行深入研究具有非常重要的意义。
 1.2膨胀土的基本性质膨胀土具有反复胀缩变形性、非饱和性及结构不稳定性的区域性特殊粘性土[15],且含有大量的亲水矿物质并,亲水矿物变形受约束时产生较大内应力,故吸水急剧膨胀软化,失水后显著收缩开裂,同时湿度变化也会产生较大体积的变化。在国家标准《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJ112-87)中,这种土被定义为:土中的粘粒成分主要是由亲水矿物组成,同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的粘性土。但世界存在各种说法则对膨胀土的定义稍微有所差异。
 第2章成都地区膨胀土的室内试验研究
 2.1成都地区膨胀土的基本物理力学性质研究根据野外观察和钻孔揭露,成都膨胀土颜色呈黄色或黄褐色,裂隙发育,其倾角陆缓不一,隙壁由灰白色粘土组成,裂隙交叉呈现网纹状,土内含妈质、铁猛结核。成都膨胀土中各色粘土的粘粒含量均高,并以白色粘土的粘粒含量为最高可达65%,粘土矿物的成分主要有伊利石和高岭石,并且含有一定量的蒙脱石,其中灰白色粘土中脱石含量较高。在保证实验中的土样是研究区典型的膨胀土的情况下,试验中采用的所有的膨胀土土样都是在龙潭寺的科创中心项目基坑中取得,试验所用膨胀土土样均为新开挖的典型的成都膨胀土。
 第3章成都地区膨胀土现场直剪试验研究..........223.1工程中选择现场直剪试验的意义..........223.2现场直剪试验方案..........233.2.1大剪仪法试验方案..........233.2.2 —次水平剪切法试验方案..........243.3现场直剪试验结果..........263.3.1大剪仪法试验结果..........263.3.2 一次水平剪切法试验结果..........323.4本章小结..........44第4章成都地区膨胀土抗剪强度相关性研究..........464.1室内外试验抗剪强度指标对比分析..........464.2膨胀土的强度特性分析..........474.3影响膨胀土强度的主要因素..........484.4膨胀土抗剪强度的尺寸效应..........494.5本章小结..........49第5章结论与展望..........515.1结论..........515.2展望..........52
 结论
 本文围绕成都膨胀土的物理力学性质和工程特性展开全面的研究,针对成都龙潭寺科创中心项目和望江锦园项目基坑中膨胀土的各项物理力学指标做了深入分析,并进行了室内常规试验和室内外直剪试验,利用各项试验数据进行了一系列的分析研究,以下为主要结论:1)通过含水量的测试,膨胀土中灰白色粘土的含水量要比黄色粘土的含水量大10%左右。2)根据相关的液塑限试验试值,根据多指标综合判别分类及膨胀土胀缩性与表征胀缩性指标分类法,龙潭寺的成都膨胀土按上述分类法该土应属于中等膨胀土。3)从试验结果中可知,两种粘土的压缩系数和压缩模量试验值相差不大,对比土的压缩性评价表可知,成都膨胀土属中压缩性土。4)成都膨胀土的粘聚力试验值较大,内摩擦角的试验值相对来说要小一些;从膨胀土中两种不同粘土的c、cp值进行比较来看,在直剪、UU、CU三种试验条件下,黄色粘土与裂隙中灰白色粘土的粘聚力c的比值分别为1.43、1.55、1.14,内摩擦角cp的比值分别为1.45、1.42、1.51;在相同试验条件下,成都膨胀土中的黄色粘土均较裂隙中灰白色粘土的c、cp值高40%~50%。5)成都膨胀土中黄色粘土的自由膨胀率平均为48.8%,具有弱膨胀潜势,属于弱膨胀土,而膨胀土中灰白色粘土的自由膨胀率平均在80%,具有中等膨胀潜,属于中等膨胀土。综合而言,成都膨胀土是具有弱一中等膨胀潜势的膨胀土。6)从50kPa膨胀率试验和膨胀力试验结果可以看出,成都膨胀土中灰白色粘土的膨胀性较黄色粘土的膨胀性要大得多,但从收缩系数的试验值上看,黄色粘土与灰白色粘土的收缩系数相差不大,表明两种粘土的胀缩变形能力也相差不大。7)龙潭寺科创中心和望江锦园的膨胀土均具有特殊的结构特征,裂隙发育,黄色粘土和灰白色粘土混合,由于两者物质组成、化学成份、物理性质、微观结构不同,使得土体力学特征存在较大差异,同时,土体含水量的变化对土体力学性质影响较大。8)从现场直剪试验的结果来看,大剪仪法的试验效果较好,但在裂隙发育膨胀土上采用一次水平剪切法进行现场直剪试验时,效果非常差,一般剪切面的走向都沿着裂隙面,无法形成弧线状的剪切面,一次水平剪切法直剪试验不适合在裂隙发育的膨胀土上实施。9)通过总结室内外试验抗剪强度指标的相关试验数据并对比分析,总结出了室内试验、室外试验、以及室内外试验在不同状态、不同取样方式下所测出的不同抗剪强度指标之间的关系。10)对于膨胀土抗剪强度指标的获取来讲,室外大剪试验相对室内试验,结果更加可靠,更科学。11)影响膨胀土强度的主要因素有:成都膨胀土的粘聚力c和内摩擦角(p均随蒙脱石的含量增加而逐渐降低;成都天然状态膨胀土的抗剪强度与土的裂隙和结构面有着较大的关系,裂隙越多,裂隙中的灰白色粘土愈厚,膨胀土的抗剪强度就越低;膨胀土的强度与土体含水有着密切的联系,它弱化了膨胀土土体结构,从而使得土体强度大幅度降低。12)在成都膨胀土的抗剪强度指标建议值中,c值取室内天然快剪试验平均值的0.3-0.4 iB, (p值一般取室内天然快剪试验值的0.45~0.55倍比较合理,对于项目场地湿润、土体内部含水量较大、裂隙较发育、隙间灰白色粘土较厚时,应取小值,反之应取大值。
 参考文献:[1]刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京:中国建筑出版社,1997李生林.中国膨胀土工程地质研究[M].南京:江苏科技出版社,1992曹净,欧孝夺,周东等.南宁膨胀土胀缩模糊评判分析[J].中国公路工程,2004,29(3):15~18高国瑞.膨胀土的微结构和膨胀势[J].岩土工程学报,1984, 6(2):40?48谭罗荣,孔令伟.特殊岩土工程土质学[M],科学出版社,2006张天鹏.合肥膨胀土地基的岩土工程勘察[J].当代建设,2001,5:47何光武,机场工程特殊土地基处理技术[M].北京:人民交通出社,2003郝月清,朱建强.膨胀土胀缩变形的有关理论及评析[J].水土保持通报,1999,19(6):58-61曲永新,张永双.中国膨胀性岩、土一体化工程地质分类的理论与实践[C].中国工程地质五十年论文集,2000Jones D.E., Holtz W.G., et al. Expansive soils-the hidden disaster. Civil Engineering,ASCE, 1973, 43