几种特殊土地基上的基本工程

第七章几种特殊土地基上的基础工程特殊土定义：由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因以及次生变化等原因，使一些土类具有特殊的成分、结构和工程性质。通常把这些具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多，大部分都具有地区特点，故又有区域性特殊土之称。

第一节湿陷性黄土地基

一、湿陷性黄土的定义和分布

湿陷性黄土的定义：凡天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度也随之降低的，称为湿陷性黄土。湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种。黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土；若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。

湿陷性黄土的分布：在我国，它占黄土地区总面积的60%以上，约为40万km2，而且又多出现在地表浅层，如晚更新世（Q3）及全新世（Q4）新黄土或新堆积黄土是湿陷性黄土主要土层，主要分布在黄河中游山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南西部，其次是宁夏、青海、河北的一部分地区，新疆、山东、辽宁等地局部也有发现。

二、黄土湿陷发生的原因和影响因素

黄土湿陷的原因：

（一）水的浸湿：由于管道（或水池）漏水、地面积水、生产和生活用水等渗入地下，或由于降水量较大，灌溉渠和水库的渗漏或回水使地下水位上升等原因而引起。但受水浸湿只是湿陷发生所必需的外界条件；而黄土的结构特征及其物质成分是产生湿陷性的内在原因。

（二）黄土的结构特征：季节性的短期雨水把松散干燥的粉粒粘聚起来，而长期的干旱使土中水分不断蒸发，于是，少量的水分连同溶于其中的盐类都集中在粗粉粒的接触点处。可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物。随着含水量的减少土粒彼此靠近，颗粒间的分子引力以及结合水和毛细水的联结力也逐渐加大。这些因素都增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密，于是形成了以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构。

黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间。于是，结合水联结消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重应力或在附加应力与自重应力综合作用下，其结构迅速破坏，土粒滑向大孔，粒间孔隙减少。这就是黄土湿陷现象的内在过程。

（三）物质成分：黄土中胶结物的多寡和成分，以及颗粒的组成和分布，对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱有着重要的影响。胶结物含量大，可把骨架颗粒包围起来，则结构致密。粘粒含量多，并且均匀分布在骨架之间也起了胶结物的作用。这些情况都会使湿陷性降低并使力学性质得到改善。反之，粒径大于0.05mm的颗粒增多，胶结物多呈薄膜状分布，骨架颗粒多数彼此直接接触，则结构疏松，强度降低而湿陷性增强。此外，黄土中的盐类，如以较难溶解的碳酸钙为主而具有胶结作用时，湿陷性减弱，但石膏及易溶盐的含量愈大时，湿陷性增强。

此外，黄土的湿陷性还与孔隙比、含水量以及所受压力的大小有关。天然孔隙比愈大，或天然含水量愈小则湿陷性愈强。在天然孔隙比和含水量不变的情况下，随着压力的增大，黄土的湿陷量增加，但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减少。

三、黄土湿陷性的判定和地基的评价

（一）黄土湿陷性的判定

黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数δs 值来判定，湿陷系数δs 为单位厚度的土层，由于浸水在规定压力下产生的湿陷量，它表示

了土样所代表黄土层的湿陷程度。

试验方法：δs 可通过室内浸水压缩试

验测定。把保持天然含水量和结构的黄土

土样装入侧限压缩仪内，逐级加压，达到

规定试验压力，土样压缩稳定后，进行浸

水，使含水量接近饱和，土样又迅速下沉，再次达到稳定，得到浸水后土样高度'p

h （图7-1），由式（7-1）求得土的湿陷系数δs

0'h h h p

p s -=δ （7-1）

式中：h 0——土样的原始高度(m)；

h p ——土样在无侧向膨胀条件下，在规定试验压力p 的作用下，压缩稳定后的高度

(m)；

'p h ——对在压力p 作用下的土样进行浸水，到达湿陷稳定后的土样高度(m)。

湿陷性判定：我国《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25-90）按照国内各地经验采用δs =0.015作为湿陷性黄土的界限值，δs ≥0.015定为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限值确定的。一般认为δs <0.03为弱湿陷性黄土，0.03<δs ≤0.07为中等湿陷性黄土，δs >0.07为强湿陷性黄土。

（二）湿陷性黄土地基湿陷类型的划分

定义：黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土；若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷

图7-1在压力P 下浸水压缩曲线

性黄土。

划分：《湿陷性黄土地区建筑规范》用计算自重湿陷量∆zs 来划分这两种湿陷类型的地基，∆zs (cm)按下式计算

∑==∆n i i zsi zs h 10

δβ （7-2）

式中：β0——根据我国建筑经验，因各地区土质而异的修正系数。对陇西地区可取1.5，陇

东、陕北地区可取1.2，关中地区取0.7，其他地区（如山西、河北、河南等）

取0.5；

δzsi ——第i 层地基土样在压力值等于上覆土的饱和（S γ>85%）自重应力时，试验测

定的自重湿陷系数(当饱和自重应力大于300kPa 时，仍用300kPa)；

h i ——地基中第i 层土的厚度(m)；

n ——计算总厚度内土层数。

当∆zs >7cm 时为自重湿陷性黄土地基，∆zs ≤7cm 时为非自重湿陷性黄土地基。

用上式计算时，土层总厚度从基底算起，到全部湿陷性黄土层底面为止，其中δzs <0.015的土层（属于非自重湿陷性黄土层）不累计在内。

（三）湿陷性黄土地基湿陷等级的判定

定义：湿陷性黄土地基的湿陷等级，即地基土受水浸湿，发生湿陷的程度，可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生湿陷量的总和（总湿陷量）来衡量。

《湿陷性黄土地区建筑规范》对地基总湿陷量∆s （cm ）用下式计算：

∑==

∆n i i si s h 1βδ

（7-3）