第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例

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第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例
本章内容
•膨胀土对建筑物的危害 •膨胀土的特征 •膨胀土的工程特性指标 •膨胀土场地与地基评价 •膨胀土地基计算 •膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 •膨胀土地基的工程处理措施 •工 程 实 例 •思考题与习题
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第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例
膨胀土对建筑物的危害
由于膨胀土通常强度较高、压缩性低，易被误认为是良好的地基。实际 上膨胀土同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。膨胀土地 基的胀缩作用能造成基础位移，建筑物和地坪开裂、变形而破坏。例如 某地建造96幢建筑物，其中82幢因膨胀土的胀缩作用而变形，事故发生 率占85.4%；另一地区200多幢建筑物，几乎都发生了开裂事故，其中损 坏严重无法使用的有40多幢，被迫拆除的10多幢。调查表明，膨胀土地 基上建筑物的开裂，通常具有地区性成群出现的特点，其中以低层砖木 结构的民用房屋最为严重。 膨胀土地基对建筑的巨大危害，决不仅仅是我国独有的现象。值得注意 的是，美国在上世纪40年代，曾经用于处理膨胀土对建筑物危害的费用 超过了当时处理地震灾害费用若干倍。由此可见，膨胀土对建筑物的危 害性应给予足够的重视。根据“负负得正”的减灾经济效益计算方法， 对膨胀土地基进行综合治理，可以使膨胀土地区兴建的房屋、公路、桥 梁等建筑物的结构安全性有极大的提高，建筑物的服役寿命得到延长， 建筑物的维护费用降低，从而产生积极的经济效益和社会效益。因此， 加强对膨胀土地基危害性及其防治措施的研究是十分必要的。
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第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例
膨胀土的特征
四.胀缩变形的因素
1. 主要内因 1) 矿物及化学成分 膨胀土含大量蒙特土和伊利土，亲水性强，胀缩变形大，化学成分以 氧化硅、氧化铝和氧化铁为主。如氧化硅含量越大，则胀缩量越大。 2) 黏粒和胶体粒径，比表面积大，电分子吸引力大。因此黏粒和胶体 含量高时，胀缩变形大。 3) 土的密度 如土的密度大、孔隙比小则浸水膨胀强烈，失水收缩小。反之，如土 的密度小、孔隙比大，则浸水膨胀小，失水收缩大。 4) 含水量 当初始含水量与胀后含水量愈接近，则土的膨胀就愈小，收缩就愈大。 反之，膨胀大，收缩小。 5) 土的结构 土的结构强度愈大，则限制胀缩变形的作用也愈大，当土的结构受到 破坏后，膨胀性增大。
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第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例
膨胀土的特征
一. 野外特征
膨胀土一般分布在Ⅱ级以上的河谷阶地、陡坎台地、丘陵地区及山前缓 坡地带，旱季时地表常出现裂缝，雨季时裂缝闭合。我国膨胀土生成的 地质年代，大多数为第四纪晚更新世(Q3)及其以前，少量为全新世(Q4)。 膨胀土的颜色呈黄色、黄褐色、红褐色、灰白色或花斑色等。膨胀土结 构致密，呈坚硬或硬塑状态，一般液性指数，塑性指数。这种土距地表 1m～2m内常见竖向张开裂隙，向下逐渐尖灭，并有倾斜和水平方向裂 缝。膨胀土地区的地下水多为上层滞水，随季节变化，水位变化也大， 从而引起地基不均匀胀缩变形。
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第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例
2. 主要外因 1) 气候环境 包括降雨量、蒸发量、气温、相对湿度和地温等，雨季土中水分增加，土体发 生膨胀；旱季水分减少，土体收缩。 2) 地形地貌 同类膨胀土地基，地势低处土层含水量比较稳定，胀缩变形比地势高处小。例 如：云南地区某小学有三排教室，上部结构和地基土性质相同，分别建在三个 台阶形地段的膨胀土上，结果地势高的教室严重破坏，地势低的教室完好无损。 3) 植被条件 建筑物周围如有灌木、花草等良好植被时， 表层土体内含水量稳定，不易引发膨胀土 胀缩灾害，但扎根较深的阔叶乔木对稳定 土中含水量不利，反而容易导致灾害。 4) 朝向坡向 调查资料表明，膨胀土地区建筑，房屋向 阳且逆坡面开裂较多。背阴且顺坡面开裂 较少。如图13.1所示。
第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例
教学提示：关于膨胀土地基，虽然已有了较完整的规范，但对膨胀土灾 害的认识深度还很不够。本章从规范到实践，从理论到实际对膨胀土地 基进行了较全面地论述。 教学要求：建议引导学生用批判的精神来阅读这一章。重点要引导学生 寻求可靠性高、经济代价低的关于防治农村低标准建筑膨胀土灾害的技 术手段。 如果对膨胀土的特性缺乏充分了解，在设计和施工过程中没有采取必要的 措施，就利用膨胀土作为建筑物地基，则会给建筑物的结构稳定性与安全 造成危害，尤其对三至四层以下的低层轻型建筑，膨胀土地基可能给建筑 带来摧毁性的大灾难！ 我国自从20世纪60年代开始对膨胀土地基进行了比较系统的研究，在膨胀 土灾害防治方面，取得了不少成果。其特点是各有关部门针对本部门建筑 物的需要，各自进行了防治方法的专门研究，创造了不少防治办法。随着 对膨胀土胀缩灾害防治方法研究的进一步深入，一次性投入进行预防的成 功率愈来愈高。应该指出的是，对于膨胀土地基灾害防治来说，其主要防 治对象是量大面广、而建造标准却偏低的农村建筑。因此，简化防治措施、 降低防治成本才是课题研究的重点。
三. 物理力学特性
根据一些地区膨胀土的试验资料整理结果如下。 (1) 天然含水量接近塑限，，一般饱和度。 (2) 天然孔隙比中等偏小。 (3) 液限wL=30％～55%，塑限wp=20％～35%，塑性指数Ip=18～35， 多数Ip=22～35之间。 (4) 黏粒和胶体含量高粒径d＜0.005mm的颗粒占24％～40％。 (5) 液性指数小，IL=－0.14～0.00，呈坚硬或硬塑状态。 (6) 自由体积膨胀率σeI=40%～58%，最高>70％，相对线性膨胀率 δep=1%～4%，一般膨胀压力pe=10kPa～110kPa，最高达500kPa以 上。 (7) 缩限ws=11%～18%，红黏土类型的膨胀土ws偏大。 (8) 抗剪强度指标c、φ值浸水前后相差大，尤其c值可差2倍～3倍以上。 (9) 压缩性小，多属于低压缩性土。
二. 矿物成分
膨胀土的矿物成分主要是次生黏土矿物蒙特土和伊利土。蒙特土矿物晶 格极不稳定，亲水性强，浸湿时发生强烈膨胀。伊利土的亲水性仅次于 蒙特土。当地基土中含较多的蒙特土和伊利土时，遇水膨胀隆起，会产 生强大的膨胀压力，对建筑物的危害很大。
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第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例
膨胀土的特征